JP2004303736A - Ceramic heater - Google Patents

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JP2004303736A JP2004136183A JP2004136183A JP2004303736A JP 2004303736 A JP2004303736 A JP 2004303736A JP 2004136183 A JP2004136183 A JP 2004136183A JP 2004136183 A JP2004136183 A JP 2004136183A JP 2004303736 A JP2004303736 A JP 2004303736A
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Yasuji Hiramatsu
靖二 平松
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Ibiden Co Ltd
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Ibiden Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic heater, preventing a short circuit of a resistance heater, while functioning excellently for heating a silicon wafer. <P>SOLUTION: The ceramic heater has an insulating layer on at least part of the surface of a ceramic substrate, having a volume resistivity higher than the ceramic substrate, and the resistance heater is formed on the insulation layer. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、主に半導体産業において使用されるセラミックヒータに関し、特には、抵抗発熱体の回路間の絶縁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, and particularly to a ceramic heater having excellent insulation between circuits of a resistance heating element.

半導体製品は、種々の産業において必要とされる極めて重要な製品であり、その代表的製品である半導体チップは、例えば、シリコン単結晶を所定の厚さにスライスしてシリコンウエハを作製した後、このシリコンウエハ上に種々の集積回路等を形成することにより製造される。 Semiconductor products are extremely important products required in various industries, a typical product is a semiconductor chip, for example, after slicing a silicon single crystal to a predetermined thickness to produce a silicon wafer, It is manufactured by forming various integrated circuits and the like on this silicon wafer.

この種の集積回路等を形成するには、シリコンウエハ上に、感光性樹脂を塗布し、これを露光、現像処理した後、ポストキュアさせたり、スパッタリングにより導体層を形成する工程が必要である。このためには、シリコンウエハを加熱する必要がある。 In order to form such an integrated circuit or the like, a process of applying a photosensitive resin on a silicon wafer, exposing and developing the same, and post-curing or forming a conductor layer by sputtering is necessary. . For this purpose, it is necessary to heat the silicon wafer.

このシリコンウエハ等を加熱するためのヒータとして、セラミックヒータが用いられており、炭化物セラミックや窒化物セラミックを使用したヒータが開示されている(例えば、特許文献1参照)。 As a heater for heating the silicon wafer or the like, a ceramic heater is used, and a heater using a carbide ceramic or a nitride ceramic is disclosed (for example, see Patent Document 1).

特開平11−40330号公報JP-A-11-40330

しかしながら、通常、炭化物セラミックには不純物や焼結助剤等が含まれており、これらに起因して炭化物セラミックは導電性を有している場合が多い。このため、このような導電性の炭化物セラミックの表面に抵抗発熱体を設けても、回路間が短絡してしまい温度制御をすることができない。 However, carbide ceramics usually contain impurities, sintering aids, and the like, and as a result, carbide ceramics often have conductivity. For this reason, even if a resistance heating element is provided on the surface of such a conductive carbide ceramic, the circuits are short-circuited and the temperature cannot be controlled.

それゆえ、導電性を有さない炭化物セラミックを製造しようとすると、高価な高純度炭化物セラミックを使用し、また、焼結助剤を選ばなければならない。また、導電性セラミックは、同時に高い熱伝導率を備えていることが多いが、このようなセラミックに回路を形成しても短絡してしまうため、そのままセラミック基板に使用することはできない。 Therefore, in order to produce a non-conductive carbide ceramic, an expensive high-purity carbide ceramic must be used, and a sintering aid must be selected. In addition, conductive ceramics often have high thermal conductivity at the same time, but even if a circuit is formed on such ceramics, they will be short-circuited and cannot be used as a ceramic substrate as it is.

さらに、常温では絶縁性の窒化物等からなるセラミックも、固溶酸素等の欠陥を有しており、このため、高温での体積抵抗率が低下し、やはり回路間が短絡して温度制御ができないという問題があり、なお、改良の余地があった。 Furthermore, ceramics made of insulating nitride and the like at room temperature also have defects such as solid solution oxygen, which lowers the volume resistivity at high temperatures and short-circuits between circuits, thus controlling temperature. There was a problem that it could not be done, and there was still room for improvement.

一方、特にセラミック基板と半導体ウエハとを離間させて加熱する場合に、セラミック基板表面の温度を均一にしても、半導体ウエハの温度が不均一になるという現象がみられ、上述した問題とともに改良が期待されていた。 On the other hand, in particular, when the ceramic substrate and the semiconductor wafer are heated while being separated from each other, even when the temperature of the ceramic substrate surface is made uniform, the phenomenon that the temperature of the semiconductor wafer becomes non-uniform has been observed. Was expected.

本発明者らは、上述した問題を解決するために鋭意研究した結果、セラミック基板の一面に該セラミック基板よりも高い体積抵抗率の絶縁層を設け、その上に抵抗発熱体を形成することにより、抵抗発熱体の短絡を防止することができ、また、この絶縁層の存在により半導体ウエハの温度の不均一も解消されることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors have conducted intensive studies to solve the above-described problems, and as a result, by providing an insulating layer having a higher volume resistivity than the ceramic substrate on one surface of the ceramic substrate and forming a resistance heating element thereon. It has been found that a short circuit of the resistance heating element can be prevented, and that the presence of the insulating layer also eliminates the non-uniformity of the temperature of the semiconductor wafer, thereby completing the present invention.

すなわち、第一の本発明の本発明のセラミックヒータは、セラミック基板の表面の少なくとも一部に、上記セラミック基板よりも高い体積抵抗率を有する絶縁層が形成され、上記絶縁層上に抵抗発熱体が形成されてなることを特徴とするものである。 That is, in the ceramic heater according to the first aspect of the present invention, an insulating layer having a higher volume resistivity than the ceramic substrate is formed on at least a part of the surface of the ceramic substrate, and a resistance heating element is formed on the insulating layer. Are formed.

第一の本発明の本発明のセラミックヒータでは、上記絶縁層の上に抵抗発熱体が形成されているため、セラミック基板自体が導電性であったとしても、抵抗発熱体は短絡せず、ヒータとして良好に機能する。 In the ceramic heater according to the first aspect of the present invention, since the resistance heating element is formed on the insulating layer, even if the ceramic substrate itself is conductive, the resistance heating element does not short-circuit, Works well as

また、上記セラミック基板が、高温において体積抵抗率が低下するような場合も、使用温度領域で上記絶縁層の体積抵抗率がセラミック基板よりも高いため、抵抗発熱体の回路の短絡を防止することができる。 In addition, even when the ceramic substrate has a low volume resistivity at a high temperature, since the volume resistivity of the insulating layer is higher than that of the ceramic substrate in the operating temperature range, it is possible to prevent a short circuit of the resistance heating element. Can be.

また、本発明では、特に高価なセラミックを使用しなくてもよく、また、熱伝導率の高い導電性セラミックであっても、ヒータとして使用することができる。 Further, in the present invention, it is not necessary to use particularly expensive ceramics, and even a conductive ceramic having a high thermal conductivity can be used as a heater.

上記第一の本発明のセラミックヒータにおいて、上記セラミック基板は、炭化物セラミックまたは窒化物セラミックからなり、上記絶縁層は、酸化物セラミックからなることが望ましい。 In the ceramic heater according to the first aspect of the present invention, it is preferable that the ceramic substrate is made of a carbide ceramic or a nitride ceramic, and the insulating layer is made of an oxide ceramic.

窒化物セラミックは、酸素固溶等により、高温で体積抵抗値が低下しやすく、また、炭化物セラミックは、特に高純度化しない限り導電性を有しており、そのままでは基板表面や内部に抵抗発熱体を形成することはできない。そこで、本発明では、このような材料からなるセラミック基板の表面に酸化物セラミックからなる絶縁層を形成することにより、回路間の短絡を防止し、ヒータとして機能させることができるのである。 Nitride ceramics have a tendency to decrease in volume resistance at high temperatures due to oxygen solid solution and the like.Carbide ceramics have conductivity unless particularly highly purified. You cannot form a body. Therefore, in the present invention, by forming an insulating layer made of an oxide ceramic on the surface of a ceramic substrate made of such a material, a short circuit between circuits can be prevented, and the circuit can function as a heater.

上記セラミック基板の抵抗発熱体が形成された面の反対側は、加熱面であることが望ましい。
本発明では、抵抗発熱体が形成された面の反対側を加熱面とすることができるため、抵抗発熱体が形成された面から加熱面へ熱が拡散しながら伝搬し、加熱面に抵抗発熱体のパターンに近似した温度分布が発生しにくい。
The opposite side of the ceramic substrate on which the resistance heating element is formed is preferably a heating surface.
In the present invention, since the opposite side of the surface on which the resistance heating element is formed can be used as the heating surface, heat propagates while diffusing from the surface on which the resistance heating element is formed to the heating surface, and the heating surface has resistance heating. Temperature distribution close to the body pattern is unlikely to occur.

上記絶縁層の厚さは、0.1〜1000μmであることが望ましい。
上記絶縁層の厚さが0.1μm未満であると、絶縁性を確保することができず、一方、上記絶縁層の厚さが1000μmを超えると、抵抗発熱体からセラミック基板への熱伝達を阻害してしまうからである。
The thickness of the insulating layer is desirably 0.1 to 1000 μm.
If the thickness of the insulating layer is less than 0.1 μm, insulation cannot be ensured. On the other hand, if the thickness of the insulating layer exceeds 1000 μm, heat transfer from the resistance heating element to the ceramic substrate will not be ensured. This is because it will hinder.

上記絶縁層の体積抵抗率は、上記セラミック基板の体積抵抗率の10倍以上(ただし、同じ測定温度)であることが望ましい。
10倍未満であると、抵抗発熱体の回路の短絡を防止することができないからである。絶縁層の体積抵抗率は、25℃で106 〜1018Ω・cmであることが望ましい。25℃で106 Ω・cm未満では、温度が上昇した場合に、絶縁層として機能せず、1018Ω・cmを超える体積抵抗率を持ったセラミック層は、熱伝導率が悪いからである。
例えば、400℃で窒化アルミニウムの体積抵抗率は、109 Ω・cmであり、同じ温度で、アルミナの体積抵抗率は、1010Ω・cmである。また、25℃で、炭化珪素の体積抵抗率は、103 Ω・cmであり、同じ温度でシリカの体積抵抗率は、1014Ω・cmである。
It is desirable that the volume resistivity of the insulating layer is 10 times or more (however, the same measurement temperature) as the volume resistivity of the ceramic substrate.
If the ratio is less than 10 times, it is not possible to prevent the short circuit of the circuit of the resistance heating element. It is desirable that the volume resistivity of the insulating layer is 10 6 to 10 18 Ω · cm at 25 ° C. If the temperature is less than 10 6 Ω · cm at 25 ° C., it does not function as an insulating layer when the temperature rises, and a ceramic layer having a volume resistivity exceeding 10 18 Ω · cm has poor thermal conductivity. .
For example, at 400 ° C., the volume resistivity of aluminum nitride is 10 9 Ω · cm, and at the same temperature, the volume resistivity of alumina is 10 10 Ω · cm. At 25 ° C., the volume resistivity of silicon carbide is 10 3 Ω · cm, and at the same temperature, the volume resistivity of silica is 10 14 Ω · cm.

第二の本発明の本発明のセラミックヒータは、セラミック基板の表面に抵抗発熱体が形成されてなるセラミックヒータであって、上記セラミック基板は、一方向に反っていることを特徴とするものである。 A ceramic heater according to a second aspect of the present invention is a ceramic heater in which a resistance heating element is formed on a surface of a ceramic substrate, wherein the ceramic substrate is warped in one direction. is there.

ここで、一方向に反っているというのは、うねりがなく一方向に反って曲面が形成されている場合のみならず、本発明の効果を損なわない範囲でうねりながら一方向に反ったものも含まれる。うねり量は、反り量の50%以内になることが望ましい。反りやうねりの測定は、形状測定器(例えば、京セラ製 ナノウェイ)による。 Here, being warped in one direction means not only that the curved surface is formed in one direction without undulation, but also one that undulates in one direction while undulating within a range that does not impair the effects of the present invention. included. The amount of undulation is desirably within 50% of the amount of warpage. The measurement of warpage and undulation is performed by a shape measuring instrument (for example, Kyocera Nanoway).

図7は、このようなうねりながら一方向に反ったセラミック基板の表面について、水平方向の位置と垂直方向の位置との関係を模式的に示したグラフであり、X軸が水平方向の位置を、Y軸が垂直方向の位置を表す。図7に示したように、測定データの曲線から仮想平面を演算し、この仮想平面に対する最大値Y1 と最小値Y2 との差(Y1 +Y2 )が反り量となる。また、測定データから、反り成分を差し引いたデータの極大点YW1 と極小値YW2 とがうねりである(図8参照)。測定範囲は、セラミック基板の外周端長さ(円板では直径)−10mmである。この範囲で、本発明では、10〜100μmの反り量が好ましい。 FIG. 7 is a graph schematically showing the relationship between the horizontal position and the vertical position of the surface of the ceramic substrate which is warped in one direction while undulating, and the X axis indicates the horizontal position. , Y axis represent the vertical position. As shown in FIG. 7, a virtual plane is calculated from the curve of the measured data, and the difference (Y 1 + Y 2 ) between the maximum value Y 1 and the minimum value Y 2 with respect to this virtual plane is the amount of warpage. Further, from the measurement data, the maximum point of the data obtained by subtracting the warp components YW 1 and the minimum value YW 2 is waviness (see FIG. 8). The measurement range is the length of the outer peripheral end of the ceramic substrate (diameter for a disk) −10 mm. Within this range, in the present invention, a warpage amount of 10 to 100 μm is preferable.

第二の本発明の本発明のセラミックヒータでは、一面に絶縁層を形成すること等により、セラミック基板を一方向に反らせることができ、これにより、半導体ウエハをセラミック基板から一定距離離間させて加熱する場合に、半導体ウエハとセラミック基板との距離を掌握しやすくなり、それに合わせて温度制御を行うことにより、半導体ウエハの表面温度を均一化することができる。 In the ceramic heater according to the second aspect of the present invention, the ceramic substrate can be warped in one direction, for example, by forming an insulating layer on one surface, whereby the semiconductor wafer is heated at a predetermined distance from the ceramic substrate. In this case, the distance between the semiconductor wafer and the ceramic substrate can be easily grasped, and the surface temperature of the semiconductor wafer can be made uniform by controlling the temperature accordingly.

セラミック基板には、うねりがあり、半導体ウエハをセラミック基板から一定距離離間させて加熱する場合には、このうねりにより、半導体ウエハとセラミック基板との距離が場所によって変わり、半導体ウエハの温度が不均一になってしまう。
しかしながら、本発明では、セラミック基板を一方向に反らせることにより、不規則なうねりを無くすことができるため、温度制御が容易になり、半導体ウエハの表面温度を均一化することができるのである。
The ceramic substrate has undulations. If the semiconductor wafer is heated at a certain distance from the ceramic substrate and heated, the undulations change the distance between the semiconductor wafer and the ceramic substrate depending on the location and the temperature of the semiconductor wafer becomes uneven. Become.
However, according to the present invention, since the ceramic substrate is warped in one direction, irregular waviness can be eliminated, so that temperature control becomes easy and the surface temperature of the semiconductor wafer can be made uniform.

上記第二の本発明のセラミックヒータにおいて、上記セラミック基板の反り量は、10〜100μmであることが望ましい。 In the ceramic heater according to the second aspect of the present invention, the amount of warpage of the ceramic substrate is desirably 10 to 100 μm.

反り量が10μm未満では、うねりを解消することができず、一方、反り量が100μmを超えると、半導体ウエハの温度を均一化することが困難となるからである。この反りは、加熱面(抵抗発熱体が形成されていない面)側に凸であることが望ましい。この場合、半導体ウエハの外周部にいくほど、半導体ウエハとセラミック基板との距離が大きくなるが、もともと外周部は温度が低下しやすく、抵抗発熱体の発熱量を大きくするように設定されているため、既存の制御アルゴリズムをそのまま適用することができるからである。 If the amount of warpage is less than 10 μm, undulation cannot be eliminated, while if the amount of warpage exceeds 100 μm, it becomes difficult to make the temperature of the semiconductor wafer uniform. This warpage is preferably convex on the side of the heating surface (the surface on which the resistance heating element is not formed). In this case, the distance between the semiconductor wafer and the ceramic substrate increases as the distance to the outer peripheral portion of the semiconductor wafer increases, but the outer peripheral portion is originally set so that the temperature tends to decrease and the amount of heat generated by the resistance heating element is increased. Therefore, the existing control algorithm can be applied as it is.

第一の本発明のセラミックヒータは、セラミック基板の表面に絶縁層が形成され、上記絶縁層の上に抵抗発熱体が形成されているので、抵抗発熱体の短絡を防止することができ、セラミックヒータとして良好に機能させることができる。 In the ceramic heater according to the first aspect of the present invention, the insulating layer is formed on the surface of the ceramic substrate, and the resistance heating element is formed on the insulation layer. It can function well as a heater.

また、第二の本発明のセラミックヒータでは、セラミック基板が一方向に反っているので、半導体ウエハをセラミック基板から一定距離離間させて加熱する場合に、半導体ウエハとセラミック基板との距離を掌握しやすくなり、これに基づいて温度制御を行うことにより、半導体ウエハの表面温度を均一化することができる。 Further, in the ceramic heater according to the second aspect of the present invention, since the ceramic substrate is warped in one direction, when the semiconductor wafer is heated with a certain distance from the ceramic substrate, the distance between the semiconductor wafer and the ceramic substrate is grasped. The surface temperature of the semiconductor wafer can be made uniform by controlling the temperature based on this.

第一の本発明のセラミックヒータは、セラミック基板の表面の少なくとも一部に、上記セラミック基板よりも高い体積抵抗率を有する絶縁層が形成され、上記絶縁層上に抵抗発熱体が形成されてなることを特徴とするセラミックヒータである。 The ceramic heater according to the first aspect of the present invention includes an insulating layer having a higher volume resistivity than the ceramic substrate is formed on at least a part of the surface of the ceramic substrate, and a resistance heating element is formed on the insulating layer. A ceramic heater characterized in that:

図1は、第一の本発明のセラミックヒータの一実施形態を模式的に示す底面図であり、図2は、図1に示したセラミックヒータの部分拡大断面図である。 FIG. 1 is a bottom view schematically showing one embodiment of the ceramic heater of the first invention, and FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of the ceramic heater shown in FIG.

図1、2に示すように、セラミック基板11は、円板形状に形成されており、このセラミック基板11の底面11bには、絶縁層18が形成され、この絶縁層18の表面に複数の回路からなる抵抗発熱体12が同心円形状のパターンに形成されている。また、これら抵抗発熱体12は、互いに近い二重の同心円同士が1組の回路として、1本の線になるように接続されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the ceramic substrate 11 is formed in a disk shape, and an insulating layer 18 is formed on a bottom surface 11 b of the ceramic substrate 11. Is formed in a concentric pattern. The resistance heating elements 12 are connected such that double concentric circles close to each other form a single line as a set of circuits.

この抵抗発熱体12の表面には、抵抗発熱体12の酸化等を防止するために被覆層120が設けられており、この被覆層120が形成された抵抗発熱体12は、半田層17を介して外部端子13に接続されている。 A coating layer 120 is provided on the surface of the resistance heating element 12 to prevent oxidation or the like of the resistance heating element 12, and the resistance heating element 12 on which the coating layer 120 is formed is interposed via a solder layer 17. Connected to the external terminal 13.

また、絶縁層18を有するセラミック基板11の底面11bには有底孔14が設けられおり、この有底孔14には熱電対等からなる測温素子(図示せず)が挿入され、耐熱性の接着材で封止されるようになっている。 Further, a bottomed hole 14 is provided in the bottom surface 11b of the ceramic substrate 11 having the insulating layer 18, and a temperature measuring element (not shown) made of a thermocouple or the like is inserted into the bottomed hole 14 to provide heat resistance. It is sealed with an adhesive.

また、セラミック基板11には貫通孔15が設けられているが、この貫通孔15には、図2に示すように、リフターピン16を挿通することにより、シリコンウエハ19を保持することができるようになっており、このリフターピン16を上下することにより、搬送機からシリコンウエハ19を受け取ったり、シリコンウエハ19をセラミック基板11の加熱面11a上に載置して加熱したり、シリコンウエハ19を加熱面11aから50〜2000μm程度離間させた状態で支持し、加熱したりすることができる。 Further, a through hole 15 is provided in the ceramic substrate 11, and the silicon wafer 19 can be held by inserting a lifter pin 16 into the through hole 15 as shown in FIG. 2. By moving the lifter pins 16 up and down, the silicon wafer 19 is received from the transporter, the silicon wafer 19 is placed on the heating surface 11a of the ceramic substrate 11, and heated. It can be supported and heated in a state of being separated from the heating surface 11a by about 50 to 2000 μm.

また、セラミック基板に貫通孔または凹部を設け、この貫通孔または凹部に先端が尖塔状または半球状の支持ピンを挿入した後、支持ピンをセラミック基板よりわずかに突出させた状態で固定し、この支持ピンでシリコンウエハを支持することにより、加熱面から50〜2000μm程度離間させた状態でシリコンウエハを支持し、加熱することもできる(図5参照)。 Further, a through hole or a concave portion is provided in the ceramic substrate, and after inserting a support pin having a spire or a hemispherical tip into the through hole or the concave portion, the support pin is fixed in a state of slightly projecting from the ceramic substrate. By supporting the silicon wafer with the support pins, the silicon wafer can be supported and heated with a distance of about 50 to 2000 μm from the heating surface (see FIG. 5).

第一の本発明のセラミックヒータでは、図1に示したように、抵抗発熱体12は、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い。回路を分割することにより、各回路に投入する電力を変化させることができ、加熱面11aの温度を調節することができるからである。 In the ceramic heater according to the first aspect of the present invention, as shown in FIG. 1, the resistance heating element 12 is preferably divided into at least two or more circuits. This is because, by dividing the circuit, the power supplied to each circuit can be changed, and the temperature of the heating surface 11a can be adjusted.

第一の本発明では、このようにセラミック基板の底面に絶縁層を形成し、この絶縁層の上に抵抗発熱体を設けることにより、セラミック基板自体が室温で導電性が大きいか、または、高温領域において抵抗が低下するものであっても、ヒータとして機能させることができる。 In the first aspect of the present invention, by forming an insulating layer on the bottom surface of the ceramic substrate and providing a resistance heating element on the insulating layer, the ceramic substrate itself has high conductivity at room temperature or has a high temperature. Even if the resistance decreases in the region, it can function as a heater.

図3は、第一の本発明のセラミックヒータの別の実施形態を模式的に示す底面図であり、図4は、図3に示したセラミックヒータの部分拡大断面図である。
このセラミックヒータ20では、セラミック基板21の底面21bに円環形状の絶縁層28a〜28cと、円形状の絶縁層28dが設けられており、この絶縁層28a〜28dの上に、被覆層220を有する抵抗発熱体22a〜22fが形成されており、その端部に外部端子23が接続されている。
このように絶縁層28a〜28dがセラミック基板21の底面21bの一部に設けられているほかは、図1、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 bottom view schematically showing another embodiment of the ceramic heater according to the first invention, and FIG. 4 is a partially enlarged sectional view of the ceramic heater shown in FIG.
In this ceramic heater 20, annular insulating layers 28a to 28c and a circular insulating layer 28d are provided on a bottom surface 21b of a ceramic substrate 21. A coating layer 220 is formed on the insulating layers 28a to 28d. Resistance heating elements 22a to 22f are formed, and an external terminal 23 is connected to an end thereof.
Except that the insulating layers 28a to 28d are provided on a part of the bottom surface 21b of the ceramic substrate 21, the configuration is the same as that of the ceramic heater shown in FIGS.

図3、4に示したセラミックヒータにおいても、抵抗発熱体の回路同士の短絡を防止することができ、セラミックヒータとして良好に機能させることができる。 Also in the ceramic heater shown in FIGS. 3 and 4, short circuits between the circuits of the resistance heating element can be prevented, and the ceramic heater can function well.

次に、第一の本発明のセラミックヒータを構成するセラミック基板について、さらに詳しく説明する。
上記セラミック基板を構成する窒化物セラミックとしては、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、窒化ホウ素等が挙げられる。
また、上記炭化物セラミックとしては、金属炭化物セラミック、例えば、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化タンタル、炭化タングステン等が挙げられる。
Next, the ceramic substrate constituting the ceramic heater of the first aspect of the present invention will be described in more detail.
Examples of the nitride ceramic constituting the ceramic substrate include metal nitride ceramics, for example, aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, and the like.
Examples of the carbide ceramic include metal carbide ceramics such as silicon carbide, zirconium carbide, tantalum carbide, and tungsten carbide.

本発明においては、セラミック基板中に焼結助剤を含有していることか望ましい。例えば、窒化アルミニウムの焼結助剤としては、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類酸化物等を使用することができる。 In the present invention, it is desirable that the ceramic substrate contains a sintering aid. For example, as a sintering aid for aluminum nitride, an alkali metal oxide, an alkaline earth metal oxide, a rare earth oxide, or the like can be used.

これらの焼結助剤のなかでは、例えば、CaO、Y23 、Na2 O、Li2 O、Rb2 O等が好ましい。これら焼結助剤の含有量は、0.1〜20重量%が好ましい。
また、セラミック基板が炭化珪素からなる場合、焼結助剤としては、例えば、B、C、AlN等が挙げられる。
Among these sintering aids, for example, CaO, Y 2 O 3, Na 2 O, Li 2 O, Rb 2 O , and the like are preferable. The content of these sintering aids is preferably 0.1 to 20% by weight.
When the ceramic substrate is made of silicon carbide, examples of the sintering aid include B, C, and AlN.

本発明において絶縁層として使用される酸化物セラミックとしては、例えば、シリカ、アルミナ、ムライト、コージェライト、ベリリア等が挙げられる。
これらのセラミックは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
酸化物セラミックを使用した場合、抵抗発熱体を固着させやすいため、有利である。
Examples of the oxide ceramic used as the insulating layer in the present invention include silica, alumina, mullite, cordierite, and beryllia.
These ceramics may be used alone or in combination of two or more.
Use of an oxide ceramic is advantageous because the resistance heating element is easily fixed.

これらの材料からなる絶縁層を形成する方法としては、例えば、アルコキシドを加水分解させたゾル溶液を用い、スピンコート等によりセラミック基板表面に被覆層を形成した後、乾燥、焼成する方法、スパッタリング法、CVD法等が挙げられる。また、セラミック基板の表面の一部に絶縁層を形成する方法としては、スクリーン印刷等が挙げられる。また、ガラス粉ペーストを塗布して500〜1000℃で焼成してもよい。 Examples of a method for forming an insulating layer made of these materials include, for example, a method in which a sol solution obtained by hydrolyzing an alkoxide is used, a coating layer is formed on the surface of a ceramic substrate by spin coating or the like, followed by drying and firing, and a sputtering method. , CVD method and the like. As a method for forming the insulating layer on a part of the surface of the ceramic substrate, screen printing or the like can be given. Alternatively, a glass powder paste may be applied and fired at 500 to 1000 ° C.

本発明では、セラミック基板中に5〜5000ppmのカーボンを含有していることが望ましい。
カーボンを含有させることにより、セラミック基板を黒色化することができ、ヒータとして使用する際に輻射熱を充分に利用することができるからである。
カーボンは、非晶質のものであっても、結晶質のものであってもよい。非晶質のカーボンを使用した場合には、高温における体積抵抗率の低下を防止することができ、結晶質のものを使用した場合には、高温における熱伝導率の低下を防止することができるからである。従って、用途によっては、結晶質のカーボンと非晶質のカーボンの両方を併用してもよい。また、カーボンの含有量は、50〜2000ppmがより好ましい。
In the present invention, it is desirable that the ceramic substrate contains 5 to 5000 ppm of carbon.
By containing carbon, the ceramic substrate can be blackened, and radiant heat can be sufficiently utilized when used as a heater.
The carbon may be amorphous or crystalline. When amorphous carbon is used, a decrease in volume resistivity at a high temperature can be prevented, and when a crystalline material is used, a decrease in thermal conductivity at a high temperature can be prevented. Because. Therefore, depending on the application, both crystalline carbon and amorphous carbon may be used in combination. Further, the content of carbon is more preferably 50 to 2000 ppm.

セラミック基板にカーボンを含有させる場合には、その明度がJIS Z 8721の規定に基づく値でN4以下となるようにカーボンを含有させることが望ましい。この程度の明度を有するものが輻射熱量、隠蔽性に優れるからである。 When carbon is contained in the ceramic substrate, it is desirable that carbon be contained so that its brightness is N4 or less as a value based on the provisions of JIS Z 8721. This is because a material having such a lightness is excellent in radiant heat and concealing property.

ここで、明度のNは、理想的な黒の明度を0とし、理想的な白の明度を10とし、これらの黒の明度と白の明度との間で、その色の明るさの知覚が等歩度となるように各色を10分割し、N0〜N10の記号で表示したものである。
実際の明度の測定は、N0〜N10に対応する色票と比較して行う。この場合の小数点1位は0または5とする。
Here, N of lightness is 0 for ideal black lightness and 10 for ideal white lightness, and between these black lightness and white lightness, the perception of the lightness of the color is Each color is divided into 10 so as to have a uniform rate, and displayed by symbols N0 to N10.
The actual measurement of lightness is performed by comparing with color patches corresponding to N0 to N10. In this case, the first decimal place is 0 or 5.

本発明のセラミック基板の厚さは、10mm以下が望ましく、5mm以下がより望ましい。
セラミック基板の厚さが10mmを超えると、セラミック基板の熱容量が大きくなり、該セラミック基板の温度追従性が低下してしまうからである。なお、セラミック基板の厚さは、1.5mmを超える値であることが望ましい。
The thickness of the ceramic substrate of the present invention is desirably 10 mm or less, and more desirably 5 mm or less.
This is because if the thickness of the ceramic substrate exceeds 10 mm, the heat capacity of the ceramic substrate increases, and the temperature followability of the ceramic substrate decreases. Note that the thickness of the ceramic substrate is desirably a value exceeding 1.5 mm.

上記セラミック基板の直径は200mm以上が望ましく、12インチ(300mm)以上であることがより望ましい。直径が大きく、例えば、12インチ以上のシリコンウエハが次世代の半導体ウエハの主流となるからである。 The diameter of the ceramic substrate is preferably 200 mm or more, and more preferably 12 inches (300 mm) or more. This is because silicon wafers having a large diameter, for example, 12 inches or more, will be the mainstream of next-generation semiconductor wafers.

本発明のセラミックヒータは、100℃以上で使用されることが望ましく、200℃以上で使用されるのが最も好ましい。 The ceramic heater of the present invention is desirably used at 100 ° C. or higher, and most preferably at 200 ° C. or higher.

抵抗発熱体は、貴金属(金、銀、白金、パラジウム)、鉛、タングステン、モリブデン、ニッケル等の金属、または、タングステン、モリブデンの炭化物等の導電性セラミックからなるものであることが望ましい。抵抗値を高くすることが可能となり、断線等を防止する目的で厚み自体を厚くすることができるとともに、酸化しにくく、熱伝導率が低下しにくいからである。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。 The resistance heating element is preferably made of a metal such as a noble metal (gold, silver, platinum, palladium), lead, tungsten, molybdenum, nickel, or a conductive ceramic such as a carbide of tungsten or molybdenum. This is because the resistance value can be increased, the thickness itself can be increased for the purpose of preventing disconnection and the like, and it is hard to be oxidized and the thermal conductivity does not easily decrease. These may be used alone or in combination of two or more.

また、抵抗発熱体は、セラミック基板全体の温度を均一にする必要があることから、図1に示すような同心円形状のパターンや同心円形状のパターンと屈曲線形状のパターンとを組み合わせたものが好ましい。また、抵抗発熱体の厚さは、1〜50μmが望ましく、その幅は、5〜20mmが好ましい。 Since the resistance heating element needs to make the temperature of the entire ceramic substrate uniform, it is preferable to use a concentric pattern as shown in FIG. 1 or a combination of a concentric pattern and a bent line pattern. . The thickness of the resistance heating element is preferably 1 to 50 μm, and the width thereof is preferably 5 to 20 mm.

抵抗発熱体の厚さや幅を変化させることにより、その抵抗値を変化させることができるが、上記範囲が最も実用的だからである。抵抗発熱体の抵抗値は、薄く、また、細くなるほど大きくなる。 The resistance value can be changed by changing the thickness or width of the resistance heating element, but the above range is the most practical. The resistance value of the resistance heating element becomes thinner and becomes larger as it becomes thinner.

抵抗発熱体は、断面が方形、楕円形、紡錘形、蒲鉾形状のいずれでもよいが、偏平なもの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、加熱面への熱伝搬量を多くすることができ、加熱面の温度分布ができにくいからである。なお、抵抗発熱体は螺旋形状でもよい。 The cross section of the resistance heating element may be any one of a square, an ellipse, a spindle shape, and a semi-cylindrical shape. This is because the flattened surface is easier to radiate heat toward the heating surface, so that the amount of heat propagation to the heating surface can be increased, and the temperature distribution on the heating surface is difficult to achieve. The resistance heating element may have a spiral shape.

上記絶縁層上に抵抗発熱体を形成するためには、金属や導電性セラミックを含む導体ペーストを用いることが好ましい。
即ち、セラミック基板に形成した絶縁層上に抵抗発熱体を形成する場合には、通常、焼成を行って、セラミック基板を製造し、続いて底面に絶縁層を形成した後、その表面に上記導体ペースト層を形成し、焼成することより、抵抗発熱体を形成する。
In order to form a resistance heating element on the insulating layer, it is preferable to use a conductive paste containing metal or conductive ceramic.
That is, when forming a resistance heating element on an insulating layer formed on a ceramic substrate, usually, firing is performed to produce a ceramic substrate, then an insulating layer is formed on the bottom surface, and then the conductor is formed on the surface. A resistance heating element is formed by forming a paste layer and firing the paste layer.

上記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金属粒子または導電性セラミック粒子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。 The conductive paste is not particularly limited, but preferably contains not only metal particles or conductive ceramic particles to secure conductivity, but also contains a resin, a solvent, a thickener, and the like.

上記金属粒子や導電性セラミック粒子の材料としては、上述したものが挙げられる。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 material of the metal particles and the conductive ceramic particles include those described above. 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、抵抗発熱体と絶縁層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 scaly or a mixture of spherical and scaly, it is easy to hold the metal oxide between the metal particles and ensure the adhesion between the resistance heating element and the insulating layer. And the resistance value can be increased.

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

抵抗発熱体用の導体ペーストを上記絶縁層上に形成する際には、上記導体ペースト中に上記金属粒子のほかに金属酸化物を添加し、上記金属粒子および上記金属酸化物を焼結させたものとすることが好ましい。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、絶縁層と金属粒子とをより密着させることができる。 When forming a conductor paste for a resistance heating element on the insulating layer, a metal oxide was added to the conductor paste in addition to the metal particles, and the metal particles and the metal oxide were sintered. It is preferable that Thus, by sintering the metal oxide together with the metal particles, the insulating layer and the metal particles can be more closely adhered.

上記金属酸化物を混合することにより、絶縁層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、この酸化膜が金属酸化物を介して絶縁層の酸化物と一体化し、金属粒子と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 the above metal oxide improves the adhesion with the insulating layer, but the surface of the metal particles is slightly oxidized to form an oxide film. It is conceivable that the metal particles and the ceramic may adhere to each other via the oxide and the oxide of the insulating layer via the oxide.

上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、抵抗発熱体の抵抗値を大きくすることなく、金属粒子とセラミック基板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 ceramic substrate without increasing the resistance value of the resistance heating element.

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好ましい。
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、特にセラミック基板との密着性を改善することができる。
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 preferred that the adjustment be made within a range that does not exist.
By adjusting the amounts of these oxides in these ranges, the adhesion to the ceramic substrate can be particularly improved.

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抵抗発熱体を形成した際の面積抵抗率は、1〜45mΩ/□が好ましい。 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. Further, the area resistivity when the resistance heating element is formed using the conductor paste having such a configuration is preferably 1 to 45 mΩ / □.

面積抵抗率が45mΩ/□を超えると、印加電圧量に対して発熱量は大きくなりすぎて、表面に抵抗発熱体を設けた半導体装置用セラミック基板では、その発熱量を制御しにくいからである。なお、金属酸化物の添加量が10重量%以上であると、面積抵抗率が50mΩ/□を超えてしまい、発熱量が大きくなりすぎて温度制御が難しくなり、温度分布の均一性が低下する。 If the area resistivity exceeds 45 mΩ / □, the amount of heat generated is too large with respect to the applied voltage, and it is difficult to control the amount of heat generated in a ceramic substrate for a semiconductor device having a resistance heating element on the surface. . If the addition amount of the metal oxide is 10% by weight or more, the sheet resistivity exceeds 50 mΩ / □, the calorific value becomes too large, the temperature control becomes difficult, and the uniformity of the temperature distribution decreases. .

抵抗発熱体が上記絶縁層の表面に形成される場合には、抵抗発熱体の表面部分に、金属被覆層が形成されていることが好ましい。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 resistance heating element is formed on the surface of the insulating layer, a metal coating layer is preferably formed on the surface of the resistance heating element. 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.

上記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。これらのなかでは、ニッケルが好ましい。
なお、抵抗発熱体をセラミック基板の内部に形成する場合には、抵抗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。
The metal used for 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.
When the resistance heating element is formed inside the ceramic substrate, the surface is not oxidized, and thus no coating is required.

本発明では、図1に示したように、セラミック基板の底面に有底孔14を設け、有底孔14に測温素子を挿入、固定し、セラミック基板の温度を測定し、この温度に基づいてセラミック基板の温度を制御することが望ましい。 In the present invention, as shown in FIG. 1, a bottomed hole 14 is provided on the bottom surface of the ceramic substrate, a temperature measuring element is inserted and fixed in the bottomed hole 14, and the temperature of the ceramic substrate is measured. It is desirable to control the temperature of the ceramic substrate by using the above method.

用いる測温素子としては特に限定はされず、例えば、熱電対を挙げることができる。この熱電対と配線との接合部位の大きさは、各配線の素線径と同一か、もしくは、それよりも大きく、かつ、0.5mm以下がよい。このような構成によって、接合部分の熱容量が小さくなり、温度が正確に、また、迅速に電流値に変換されるのである。このため、温度制御性が向上してウエハの加熱面の温度分布が小さくなるのである。
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型熱電対を挙げることができる。
The temperature measuring element to be used is not particularly limited, and examples thereof include a thermocouple. The size of the junction between the thermocouple and the wiring is preferably equal to or larger than the wire diameter of each wiring and 0.5 mm or less. With such a configuration, the heat capacity of the junction is reduced, and the temperature is accurately and quickly converted to a current value. For this reason, the temperature controllability is improved, and the temperature distribution on the heated surface of the wafer is reduced.
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).

上記測温素子は、金ろう、銀ろう等を使用して、有底孔14の底に接着してもよく、この有底孔14に測温素子を挿入した後、耐熱性樹脂等で封止してもよく、上記二つの方法を併用してもよい。 The temperature measuring element may be adhered to the bottom of the bottomed hole 14 using gold brazing, silver brazing, or the like. After the temperature measuring element is inserted into the bottomed hole 14, it is sealed with a heat-resistant resin or the like. The above two methods may be used in combination.

上記耐熱性樹脂としては、例えば、熱硬化性樹脂が挙げられ、熱硬化性樹脂のなかでは、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂等が好ましい。これらの耐熱性樹脂は、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Examples of the heat-resistant resin include a thermosetting resin. Among the thermosetting resins, an epoxy resin, a polyimide resin, a bismaleimide-triazine resin, and the like are preferable. These heat-resistant resins may be used alone or in combination of two or more.

上記金ろうとしては、例えば、37〜80.5重量%のAuと63〜19.5重量%のCuとからなる合金、81.5〜82.5重量%のAuと18.5〜17.5重量%のNiとからなる合金等が挙げられる。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。
銀ろうとしては、例えば、Ag−Cu系のものが挙げられる。
Examples of the gold solder include an alloy composed of 37 to 80.5% by weight of Au and 63 to 19.5% by weight of Cu, and 81.5 to 82.5% by weight of Au and 18.5 to 17%. An alloy composed of 5% by weight of Ni and the like can be mentioned. These have a melting temperature of 900 ° C. or higher and are difficult to melt even in a high temperature region.
As the silver solder, for example, an Ag-Cu-based solder can be used.

以上、第一のセラミックヒータについて説明したが、セラミック基板自体が比較的体積抵抗率が大きく、内部に設けた電極等の短絡が発生しにくい場合には、セラミック基板の表面に抵抗発熱体を設けるとともに、セラミック基板の内部に静電電極を設けることにより、静電チャックとしてもよい。 As described above, the first ceramic heater has been described. However, when the ceramic substrate itself has a relatively large volume resistivity and a short circuit of an electrode or the like provided therein is unlikely to occur, a resistance heating element is provided on the surface of the ceramic substrate. In addition, an electrostatic chuck may be provided by providing an electrostatic electrode inside the ceramic substrate.

また、セラミック基板の表面に抵抗発熱体を設けるとともに、セラミック基板の表面にチャックトップ導体層を設け、一方、セラミック基板の内部にガード電極やグランド電極を設けることにより、ウエハプローバとしてもよい。 Also, a wafer prober may be provided by providing a resistance heating element on the surface of the ceramic substrate, providing a chuck top conductor layer on the surface of the ceramic substrate, and providing a guard electrode or a ground electrode inside the ceramic substrate.

次に、本発明のセラミックヒータの製造方法の一例を図6に基づき説明する。
図6(a)〜(d)は、セラミック基板の底面に形成された絶縁層上に抵抗発熱体を有するセラミックヒータの製造方法を模式的に示した断面図である。
Next, an example of a method for manufacturing the ceramic heater of the present invention will be described with reference to FIG.
6A to 6D are cross-sectional views schematically showing a method for manufacturing a ceramic heater having a resistance heating element on an insulating layer formed on the bottom surface of a ceramic substrate.

(1)セラミック基板の作製工程
窒化アルミニウム、炭化珪素等のセラミック粉末に必要に応じてイットリア、ボロン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。スラリー調製時に、非晶質や結晶質のカーボンを添加してもよい。
(1) Step of preparing ceramic substrate A slurry is prepared by blending sintering aids such as yttria and boron and a binder as necessary with ceramic powder such as aluminum nitride and silicon carbide, and then spray drying the slurry. The granules are put into a mold or the like and pressed into a plate to form a green body. At the time of preparing the slurry, amorphous or crystalline carbon may be added.

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し、その後、所定の形状に加工することにより、セラミック基板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、気孔のないセラミック基板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、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, and then processed into a predetermined shape to produce a ceramic substrate 11, which is used as it is after firing. It is good also as a shape which can be used. By performing heating and firing while applying pressure, it is possible to manufacture a ceramic substrate 11 having no pores. Heating and firing may be performed at a temperature equal to or higher than the sintering temperature.

次に、例えば、アルコキシドを加水分解させて調製したアルミナゾル、シリカゾル等の溶液を、セラミック基板11の底面11bにスピンコート法により塗布し、乾燥、焼成を行うことにより絶縁層18を形成する。スパッタリング法やCVD法を用いて絶縁層18を形成してもよく、セラミック基板を酸化性の雰囲気で加熱することにより、表面を酸化させ、絶縁層18としてもよい(図6(a))。 Next, for example, a solution such as an alumina sol or a silica sol prepared by hydrolyzing an alkoxide is applied to the bottom surface 11b of the ceramic substrate 11 by spin coating, followed by drying and baking to form the insulating layer 18. The insulating layer 18 may be formed by a sputtering method or a CVD method, or the surface may be oxidized by heating the ceramic substrate in an oxidizing atmosphere to form the insulating layer 18 (FIG. 6A).

次に、セラミック基板に、必要に応じて、シリコンウエハを支持するためのリフターピンを挿入する貫通孔15や、熱電対などの測温素子を埋め込むための有底孔14を形成する。 Next, a through hole 15 for inserting a lifter pin for supporting the silicon wafer and a bottomed hole 14 for embedding a temperature measuring element such as a thermocouple are formed in the ceramic substrate as necessary.

(2)セラミック基板に形成された絶縁層上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、抵抗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。また、抵抗発熱体は、セラミック基板全体を均一な温度にする必要があることから、例えば、同心円形状とするか、または、同心円形状と屈曲線形状とを組合わせたパターンに印刷することが好ましい。
導体ペースト層は、焼成後の抵抗発熱体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好ましい。
(2) Step of Printing Conductive Paste on Insulating Layer Formed on Ceramic Substrate Conductive paste is generally a high-viscosity fluid composed of metal particles, resin and solvent. This conductor paste is printed on a portion where the resistance heating element is to be provided by screen printing or the like to form a conductor paste layer. In addition, since the resistance heating element needs to have a uniform temperature over the entire ceramic substrate, it is preferable that the resistance heating element be printed, for example, in a concentric shape or in a pattern combining a concentric shape and a bent line shape. .
The conductive paste layer is preferably formed such that the cross section of the resistance heating element 12 after firing has a rectangular and flat shape.

(3)導体ペーストの焼成
セラミック基板11底面の絶縁層上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、セラミック基板11の底面に焼き付け、抵抗発熱体12を形成する(図6(b))。加熱焼成の温度は、500〜1000℃が好ましい。
(3) Firing of the conductive paste The conductive paste layer printed on the insulating layer on the bottom surface of the ceramic substrate 11 is heated and fired to remove the resin and the solvent, and the metal particles are sintered and baked on the bottom surface of the ceramic substrate 11. The resistance heating element 12 is formed (FIG. 6B). 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、セラミック基板および金属酸化物が焼結して一体化するため、抵抗発熱体と絶縁層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 ceramic substrate and the metal oxide are sintered and integrated, so that the adhesion between the resistance heating element and the insulating layer is improved.

(4)被覆層の形成
抵抗発熱体12の表面には、被覆層120を設けることが望ましい。
被覆層120は、電解メッキ、無電解メッキ、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(図6(c))。
(4) Formation of Coating Layer It is desirable to provide a coating layer 120 on the surface of the resistance heating element 12.
The coating layer 120 can be formed by electrolytic plating, electroless plating, sputtering, or the like. However, considering mass productivity, electroless plating is optimal (FIG. 6C).

(5)端子等の取り付け
抵抗発熱体12の回路の端部に、電源との接続のための外部端子13をスズ−鉛半田からなる半田層17を介して接続する(図6(d))。金ろうまたは銀ろうを用いて接続してもよい。また、有底孔14に熱電対(図示せず)を挿入し、ポリイミド等の耐熱樹脂、セラミックで封止し、セラミックヒータ10の製造を完了する。
(5) Attachment of terminals and the like An external terminal 13 for connection to a power supply is connected to an end of the circuit of the resistance heating element 12 via a solder layer 17 made of tin-lead solder (FIG. 6D). . The connection may be made using a gold solder or a silver solder. Also, a thermocouple (not shown) is inserted into the bottomed hole 14 and sealed with a heat-resistant resin such as polyimide or ceramic, and the manufacture of the ceramic heater 10 is completed.

上記セラミックヒータを構成するセラミック基板の体積抵抗率が比較的大きく、電極等の短絡が発生しにくい場合には、上記セラミックヒータを製造する際に、セラミック基板の内部に静電電極を設けることにより静電チャックを製造することができ、また、加熱面にチャックトップ導体層を設け、セラミック基板の内部にガード電極やグランド電極を設けることによりウエハプローバを製造することができる。 If the ceramic substrate constituting the ceramic heater has a relatively large volume resistivity and short-circuiting of electrodes and the like is unlikely to occur, when manufacturing the ceramic heater, an electrostatic electrode is provided inside the ceramic substrate. An electrostatic chuck can be manufactured, and a wafer prober can be manufactured by providing a chuck top conductor layer on a heating surface and providing a guard electrode and a ground electrode inside a ceramic substrate.

上記セラミック基板の製造方法では、セラミック粉末を含む顆粒を用いてセラミック基板を製造したが、セラミック粉末とバインダと溶剤等を用いてグリーンシートを作製し、このグリーンシートを積層することにより、セラミック基板を製造してもよい。内部に電極等を設ける場合には、この方法で比較的容易に電極等を形成することができる。 In the method for manufacturing a ceramic substrate, the ceramic substrate is manufactured using granules containing the ceramic powder, but a green sheet is prepared using the ceramic powder, a binder, a solvent, and the like, and the green sheet is laminated to form a ceramic substrate. May be manufactured. When an electrode or the like is provided inside, the electrode or the like can be formed relatively easily by this method.

次に、第二の本発明に係る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、セラミック基板の表面に抵抗発熱体が形成されてなるセラミックヒータであって、上記セラミック基板は、一方向に反っていることを特徴とするものである。
Next, the ceramic heater according to the second aspect of the present invention will be described.
A ceramic heater according to a second aspect of the present invention is a ceramic heater in which a resistance heating element is formed on the surface of a ceramic substrate, wherein the ceramic substrate is warped in one direction.

このように、セラミック基板が一方向に反ることにより、半導体ウエハをセラミック基板から一定距離離間させて加熱する場合に、半導体ウエハとセラミック基板との距離を掌握しやすくなり、半導体ウエハの表面温度を均一化することができる。 As described above, the warpage of the ceramic substrate in one direction makes it easier to grasp the distance between the semiconductor wafer and the ceramic substrate when the semiconductor wafer is heated at a predetermined distance from the ceramic substrate, and the surface temperature of the semiconductor wafer becomes higher. Can be made uniform.

セラミック基板を一方向に反らせる方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、セラミック基板の内部の加熱面から一定の深さの部分に、熱膨張率がセラミック基板と異なる層(金属層、セラミック層等)を設ける方法、上述した第一の本発明のセラミックヒータのように、底面に絶縁層を設ける方法等が挙げられる。 The method of warping the ceramic substrate in one direction is not particularly limited. For example, a layer (metal layer) having a different coefficient of thermal expansion from that of the ceramic substrate may be provided at a certain depth from a heating surface inside the ceramic substrate. , A ceramic layer, etc.), a method of providing an insulating layer on the bottom surface as in the above-described ceramic heater of the first invention, and the like.

第二の本発明のセラミックヒータにおいては、例えば、第一の本発明と同様に、セラミック基板の底面に絶縁層が設けられ、該絶縁層の上に抵抗発熱体が設けられているか、または、セラミック基板の内部に該セラミック基板と異なる材質の層が設けられている。セラミック基板の内部に該セラミック基板と異なる材質の層が設けられている場合には、その他の部分は、第一の本発明のセラミックヒータの場合と同様に構成されている。 In the ceramic heater of the second invention, for example, similarly to the first invention, an insulating layer is provided on the bottom surface of the ceramic substrate, and a resistance heating element is provided on the insulating layer, or A layer made of a material different from that of the ceramic substrate is provided inside the ceramic substrate. When a layer made of a material different from that of the ceramic substrate is provided inside the ceramic substrate, other portions are configured in the same manner as in the case of the ceramic heater of the first present invention.

底面に絶縁層を設ける方法については、第一の本発明において説明したので省略することにする。また、セラミック基板の内部に別の材質の層を形成する場合には、顆粒を成形型に投入する際に、金属箔等を入れればよく、グリーンシートを積層して成形体を作製する場合には、グリーンシート上にそのような材質の粉末を含むペースト層を形成すればよい。
上記セラミック基板の他の部分の構成については、第一の本発明の場合と同様であるので、ここでは、これらについての説明を省略することにする。
The method of providing the insulating layer on the bottom surface has been described in the first invention, and will not be described. In addition, when forming a layer of another material inside the ceramic substrate, it is sufficient to put a metal foil or the like when the granules are put into the molding die, and when producing a molded body by laminating green sheets. May be formed by forming a paste layer containing a powder of such a material on a green sheet.
The configuration of the other parts of the ceramic substrate is the same as that of the first embodiment of the present invention, and the description thereof will be omitted here.

第二の本発明においても、セラミック基板の内部に静電電極を設けることにより静電チャックとすることができ、また、加熱面にチャックトップ導体層を設け、セラミック基板の内部にガード電極やグランド電極を設けることによりウエハプローバとすることができる。 Also in the second invention, an electrostatic chuck can be obtained by providing an electrostatic electrode inside the ceramic substrate, a chuck top conductor layer is provided on the heating surface, and a guard electrode or ground is provided inside the ceramic substrate. By providing the electrodes, a wafer prober can be obtained.

以下、本発明をさらに詳細に説明する。
(実施例1)炭化珪素製のセラミックヒータの製造
(1)炭化珪素粉末(平均粒径:0.3μm)100重量部、焼結助剤として、B4 C(平均粒径:0.5μm)4重量部、C(三菱化学社製 三菱ダイヤブラック)0.5重量部、アクリルバインダ12重量部、分散剤0.5重量部およびアルコールを混合した後、スプレードライ法を用いて、顆粒状の粉末を作製した。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
(Example 1) Production of a ceramic heater made of silicon carbide (1) 100 parts by weight of silicon carbide powder (average particle size: 0.3 μm), B 4 C (average particle size: 0.5 μm) as a sintering aid After mixing 4 parts by weight, 0.5 parts by weight of C (Mitsubishi Chemical Co., Mitsubishi Diamond Black), 12 parts by weight of an acrylic binder, 0.5 part by weight of a dispersant, and alcohol, the mixture was granulated using a spray drying method. A powder was made.

(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。
(3)加工処理の終わった生成形体を2100℃、圧力:17.6(180kg/cm2 )MPaでホットプレスし、厚さが3mmの炭化珪素製セラミック基板を得た。
次に、この板状体の表面から直径210mmの円板状体を切り出し、セラミック基板11とした。
(2) Next, this granular powder was placed in a mold and formed into a flat plate to obtain a formed product (green).
(3) The formed body after the processing was hot-pressed at 2100 ° C. and a pressure of 17.6 (180 kg / cm 2 ) MPa to obtain a silicon carbide ceramic substrate having a thickness of 3 mm.
Next, a disk-shaped body having a diameter of 210 mm was cut out from the surface of the plate-shaped body to obtain a ceramic substrate 11.

(4)次に、このセラミック基板11に、テトラエチルシリケート25重量部、エタノール37.6重量部、塩酸0.3重量部、水23.5重量部からなる混合液を24時間、攪拌しながら加水分解させ、重合させたゾル溶液をスピンコート法により塗布し、ついで80℃で5時間乾燥させ、1000℃で1時間焼成することにより、炭化珪素からなるセラミック基板11の底面に厚さが2μmのSiO2 膜からなる絶縁層18を形成した(図6(a))。 (4) Next, a mixture of 25 parts by weight of tetraethyl silicate, 37.6 parts by weight of ethanol, 0.3 part by weight of hydrochloric acid, and 23.5 parts by weight of water was added to the ceramic substrate 11 with stirring for 24 hours. The decomposed and polymerized sol solution is applied by a spin coating method, then dried at 80 ° C. for 5 hours, and baked at 1000 ° C. for 1 hour, so that the bottom surface of the ceramic substrate 11 made of silicon carbide has a thickness of 2 μm. An insulating layer 18 made of a SiO 2 film was formed (FIG. 6A).

(5)絶縁層18を形成したセラミック基板11に、ドリル加工を施し、シリコンウエハのリフターピンを挿入する貫通孔15、熱電対を埋め込むための有底孔14を作製した。 (5) Drilling was performed on the ceramic substrate 11 on which the insulating layer 18 was formed to form a through hole 15 for inserting a lifter pin of a silicon wafer and a bottomed hole 14 for embedding a thermocouple.

(6)上記(5)の作業が終了した後、絶縁層18を有するセラミック基板11の底面に、スクリーン印刷により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形状のパターンとした。
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。
(6) After completion of the operation (5), a conductor paste was printed on the bottom surface of the ceramic substrate 11 having the insulating layer 18 by screen printing. The printing pattern was a concentric pattern as shown in FIG.
The 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), boron oxide (25% by weight) and It contained 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.

(7)次に、導体ペーストを印刷したセラミック基板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焼結体に焼き付け、抵抗発熱体12を形成した(図6(b))。銀−鉛の抵抗発熱体12は、厚さが5μm、幅2.4mm、面積抵抗率が7.7mΩ/□であった。
(8)次に、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を含む水溶液からなる無電解ニッケルめっき浴に上記(7)で作製したセラミック基板11を浸漬し、銀−鉛の抵抗発熱体の表面に厚さ1μmの被覆層120(ニッケル層)を析出させた(図6(c))。
(7) Next, the ceramic substrate 11 on which the conductor paste is printed is heated and fired at 780 ° C. to sinter silver and lead in the conductor paste and to sinter the sintered body to form the resistance heating element 12 ( FIG. 6 (b)). The silver-lead resistance heating element 12 had a thickness of 5 μm, a width of 2.4 mm, and an area resistivity of 7.7 mΩ / □.
(8) Next, the above electroless nickel plating bath comprising an aqueous solution containing 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 used. The ceramic substrate 11 prepared in 7) was immersed, and a coating layer 120 (nickel layer) having a thickness of 1 μm was deposited on the surface of the silver-lead resistance heating element (FIG. 6C).

(9)電源との接続を確保するために、抵抗発熱体12(回路)の端部に、スクリーン印刷により、銀−鉛半田ペースト(田中貴金属製)を印刷して半田ペースト層を形成した。
ついで、半田ペースト層の上にコバール製の外部端子13を載置して、420℃で加熱リフローし、半田層17を介して、抵抗発熱体12の端部と外部端子13とを接続した(図6(d))。
(9) In order to secure the connection with the power supply, a silver-lead solder paste (manufactured by Tanaka Kikinzoku) was printed on the end of the resistance heating element 12 (circuit) by screen printing to form a solder paste layer.
Next, the external terminal 13 made of Kovar was placed on the solder paste layer, and heated and reflowed at 420 ° C., and the end of the resistance heating element 12 and the external terminal 13 were connected via the solder layer 17 ( FIG. 6D).

(8)続いて、温度制御のための熱電対を有底孔14に挿入し、セラミック接着剤(東亜合成製 アロンセラミック)を埋め込んで固定し、セラミックヒータ10を得た。 (8) Subsequently, a thermocouple for temperature control was inserted into the bottomed hole 14, and a ceramic adhesive (Aron Ceramic manufactured by Toagosei Co., Ltd.) was embedded and fixed to obtain a ceramic heater 10.

(実施例2)炭化珪素製のセラミックヒータの製造
平均粒径が1.0μmの炭化珪素粉末を使用し、焼結温度を1900℃とし、さらに、得られたセラミック基板の表面を1500℃で2時間焼成して表面に厚さが1μmのSiO2 からなる絶縁層を形成したほかは、実施例1と同様にして、炭化珪素製のセラミックヒータを製造した。
Example 2 Production of Silicon Ceramic Ceramic Heater Silicon carbide powder having an average particle size of 1.0 μm was used, the sintering temperature was 1900 ° C., and the surface of the obtained ceramic substrate was heated at 1500 ° C. for 2 hours. A silicon carbide ceramic heater was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the surface was fired to form an insulating layer made of SiO 2 having a thickness of 1 μm on the surface.

(実施例3)窒化アルミニウム製のセラミックヒータの製造
(1)窒化アルミニウム粉末(平均粒径0.6μm)100重量部、イットリヤ(Y23 、平均粒径0.4μm)4重量部、アクリル系樹脂バインダ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。
(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。
(3)加工処理の終わった生成形体を温度: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焼結体を得た。
次に、この板状体から直径210mmの円板体を切り出し、セラミック基板11とした。このセラミック基板の底面に、実施例1で用いたゾル溶液を実施例1と同様の方法で塗布し、乾燥、焼成することにより、厚さが2μmのSiO2 膜からなる絶縁層を形成した。
(Example 3) Production of a ceramic heater made of aluminum nitride (1) 100 parts by weight of aluminum nitride powder (average particle size: 0.6 μm), 4 parts by weight of yttria (Y 2 O 3 , average particle size: 0.4 μm), acrylic A composition comprising 12 parts by weight of a resin binder and alcohol was spray-dried to produce a granular powder.
(2) Next, this granular powder was placed in a mold and formed into a flat plate to obtain a formed product (green).
(3) The formed body after the processing was hot-pressed at a temperature of 1800 ° C. and a pressure of 200 kg / cm 2 to obtain an aluminum nitride sintered body having a thickness of 3 mm.
Next, a disk having a diameter of 210 mm was cut out from the plate to obtain a ceramic substrate 11. The sol solution used in Example 1 was applied to the bottom surface of the ceramic substrate in the same manner as in Example 1, dried, and fired to form an insulating layer made of a 2 μm thick SiO 2 film.

次に、この絶縁層を有するセラミック基板11にドリル加工を施し、リフターピンを挿入する貫通孔、熱電対を埋め込むための有底孔(直径:1.1mm、深さ:2mm)を形成した。 Next, drilling was performed on the ceramic substrate 11 having the insulating layer to form a through hole for inserting a lifter pin and a bottomed hole (diameter: 1.1 mm, depth: 2 mm) for embedding a thermocouple.

(4)上記(3)で得たセラミック基板11の底面に、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形状とした。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) A conductor paste was printed on the bottom surface of the ceramic substrate 11 obtained in (3) by screen printing. The printing pattern was concentric 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 comprising 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セラミック基板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焼結体に焼き付け、抵抗発熱体12を形成した。銀−鉛の抵抗発熱体12は、厚さが5μm、幅2.4mm、面積抵抗率が7.7mΩ/□であった。
(6)次に、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を含む水溶液からなる無電解ニッケルめっき浴に上記(5)で作製した焼結体を浸漬し、銀−鉛の抵抗発熱体の表面に厚さ1μmの被覆層120(ニッケル層)を析出させた。
(5) Next, the ceramic substrate 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 to sinter the sintered body to form the resistance heating element 12. The silver-lead resistance heating element 12 had a thickness of 5 μm, a width of 2.4 mm, and an area resistivity of 7.7 mΩ / □.
(6) Next, the above electroless nickel plating bath comprising an aqueous solution containing nickel sulfate 80 g / l, sodium hypophosphite 24 g / l, sodium acetate 12 g / l, boric acid 8 g / l, and ammonium chloride 6 g / l, The sintered body prepared in 5) was immersed to deposit a coating layer 120 (nickel layer) having a thickness of 1 μm on the surface of the silver-lead resistance heating element.

(7)電源との接続を確保するために、抵抗発熱体12(回路)の端部に、スクリーン印刷により、銀−鉛半田ペースト(田中貴金属製)を印刷して半田ペースト層を形成した。
ついで、半田ペースト層の上にコバール製の外部端子13を載置して、420℃で加熱リフローし、半田層17を介して、抵抗発熱体12の端部と外部端子13とを接続した。
(7) In order to secure the connection with the power supply, a silver-lead solder paste (manufactured by Tanaka Kikinzoku) was printed by screen printing on the end of the resistance heating element 12 (circuit) to form a solder paste layer.
Then, an external terminal 13 made of Kovar was placed on the solder paste layer, and heated and reflowed at 420 ° C., and the end of the resistance heating element 12 and the external terminal 13 were connected via the solder layer 17.

(8)温度制御のための熱電対を有底孔14に挿入し、セラミック接着剤(東亜合成社製 アロンセラミック)を埋め込んで固定し、セラミックヒータを得た。 (8) A thermocouple for temperature control was inserted into the bottomed hole 14, and a ceramic adhesive (Aron Ceramic manufactured by Toa Gosei Co., Ltd.) was embedded and fixed to obtain a ceramic heater.

(比較例1)
SiO2 からなる絶縁層をセラミック基板の底面に設けなかったほかは、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 1)
A ceramic heater was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the insulating layer made of SiO 2 was not provided on the bottom surface of the ceramic substrate.

以上のようにして製造した実施例1〜3および比較例1に係るセラミックヒータについて、セラミック基板の中心と外周との距離(表面平坦度)を測定した。平坦度の測定は、形状測定器(京セラ社製 ナノウェイ)を使用した。 For the ceramic heaters according to Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 manufactured as described above, the distance (surface flatness) between the center and the outer periphery of the ceramic substrate was measured. The flatness was measured using a shape measuring instrument (Nanoway manufactured by Kyocera Corporation).

また、実施例1、2に係るセラミックヒータについては、150℃に昇温し、実施例3に係るセラミックヒータについては、400℃まで昇温して、独立した回路の抵抗値を測定することで回路の短絡の有無を判定した。 The temperature of the ceramic heaters according to Examples 1 and 2 was increased to 150 ° C., and the temperature of the ceramic heater according to Example 3 was increased to 400 ° C., and the resistance of an independent circuit was measured. The presence or absence of a short circuit was determined.

さらに、実施例1〜3および比較例1に係るセラミックヒータについて、400℃まで昇温し、シリコンウエハの最高温度と最低温度との差をサーモビュア(日本データム社製 IR−16−2012−0012)で測定した。
また、400℃まで昇温した後、冷却し、テープを発熱体に張りつけて剥がすテープテストを実施した。その結果を同じく表1に示す。
Further, for the ceramic heaters according to Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, the temperature was raised to 400 ° C., and the difference between the maximum temperature and the minimum temperature of the silicon wafer was measured using a thermoviewer (IR-16-0012-0012, manufactured by Nippon Datum). Was measured.
After the temperature was raised to 400 ° C., the tape was cooled, and a tape test was conducted in which the tape was attached to a heating element and peeled off. Table 1 also shows the results.

Figure 2004303736
Figure 2004303736

表1に示した結果より明らかなように、セラミック基板の最高温度は、外周部に存在している。セラミック基板とシリコンウエハとの関係は、図5に示したような関係になっており、外周部にいくほどシリコンウエハとセラミック基板との距離が大きくなる。このため、外周部分のセラミック基板の温度を上昇させれば、シリコンウエハ全体の温度を均一化することができる。 As is clear from the results shown in Table 1, the maximum temperature of the ceramic substrate exists at the outer peripheral portion. The relationship between the ceramic substrate and the silicon wafer is as shown in FIG. 5, and the distance between the silicon wafer and the ceramic substrate increases toward the outer periphery. Therefore, if the temperature of the ceramic substrate in the outer peripheral portion is increased, the temperature of the entire silicon wafer can be made uniform.

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 which shows an example of the ceramic heater of this invention typically. 図1に示したセラミックヒータの部分拡大断面図である。FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of the ceramic heater shown in FIG. 1. 本発明のセラミックヒータの別の一例を模式的に示す底面図である。It is a bottom view which shows another example of the ceramic heater of this invention typically. 図3に示したセラミックヒータの部分拡大断面図である。FIG. 4 is a partial enlarged sectional view of the ceramic heater shown in FIG. 3. 本発明のセラミックヒータのさらに別の一例を模式的に示す底面図である。It is a bottom view which shows another example of the ceramic heater of this invention typically. (a)〜(d)は、セラミックヒータの製造工程の一部を模式的に示す断面図である。(A)-(d) is sectional drawing which shows typically a part of manufacturing process of a ceramic heater. うねりと反りとを有するセラミック基板の表面の水平方向と垂直方向との位置関係を示したグラフである。5 is a graph showing a positional relationship between a horizontal direction and a vertical direction of a surface of a ceramic substrate having waviness and warpage. 図7に示したグラフにおいて、測定データから反り成分を差し引いたグラフである。8 is a graph obtained by subtracting a warp component from measurement data in the graph shown in FIG. 7.

符号の説明Explanation of reference numerals

10、20、30 セラミックヒータ
11、21、31 セラミック基板
11a、21a、31a 加熱面
11b、21b、31b 底面
12 抵抗発熱体
120、220 被覆層
13 外部端子
14 有底孔
15 貫通孔
16 リフターピン
17 半田層
18、28、38 絶縁層
19 シリコンウエハ
32 支持ピン
10, 20, 30 Ceramic heaters 11, 21, 31 Ceramic substrates 11a, 21a, 31a Heating surfaces 11b, 21b, 31b Bottom surface 12 Resistance heating elements 120, 220 Coating layer 13 External terminals 14 Bottom hole 15 Through hole 16 Lifter pin 17 Solder layers 18, 28, 38 Insulating layer 19 Silicon wafer 32 Support pins

Claims (7)

セラミック基板の表面の少なくとも一部に、前記セラミック基板よりも高い体積抵抗率を有する絶縁層が形成され、前記絶縁層上に抵抗発熱体が形成されてなることを特徴とするセラミックヒータ。 A ceramic heater, wherein an insulating layer having a higher volume resistivity than the ceramic substrate is formed on at least a part of the surface of the ceramic substrate, and a resistance heating element is formed on the insulating layer. 前記セラミック基板は、炭化物セラミックまたは窒化物セラミックからなり、前記絶縁層は、酸化物セラミックからなる請求項1に記載のセラミックヒータ。 The ceramic heater according to claim 1, wherein the ceramic substrate is made of a carbide ceramic or a nitride ceramic, and the insulating layer is made of an oxide ceramic. 前記セラミック基板の抵抗発熱体が形成された面の反対側は、加熱面である請求項1または2に記載のセラミックヒータ。 The ceramic heater according to claim 1, wherein a side of the ceramic substrate opposite to a surface on which the resistance heating element is formed is a heating surface. 前記絶縁層の厚さは、0.1〜1000μmである請求項1〜3のいずれか1に記載のセラミックヒータ。 The ceramic heater according to claim 1, wherein a thickness of the insulating layer is 0.1 to 1000 μm. 前記絶縁層の体積抵抗率は、前記セラミック基板の体積抵抗率の10倍以上である請求項1〜4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 4, wherein a volume resistivity of the insulating layer is at least 10 times a volume resistivity of the ceramic substrate. セラミック基板の表面に抵抗発熱体が形成されてなる半導体製造・検査装置用セラミックヒータであって、前記セラミック基板は、一方向に反っていることを特徴とするセラミックヒータ。 What is claimed is: 1. A ceramic heater for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus having a resistance heating element formed on a surface of a ceramic substrate, wherein the ceramic substrate is warped in one direction. 前記セラミック基板の反り量は、10〜100μmである請求項6に記載のセラミックヒータ。 The ceramic heater according to claim 6, wherein the amount of warpage of the ceramic substrate is 10 to 100 m.
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