JP2008171967A - Semiconductor heater - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor heater capable of carrying out the process of a semiconductor wafer safely until high temperatures even if there is leakage current. <P>SOLUTION: A resistance heat generating element 3 for a ceramics heater 2 is connected to an AC power supply 6 through an insulating transformer 5 and a leakage current breaker 7 is provided between the resistance heat generating element 3 and the insulating transformer 5 so as to be capable of being connected to an earth between the insulating transformer 5 and the leakage current breaker 7 through a magnet switch 8. When the lid 1a of a chamber 1 is closed, the magnet switch 8 is put off and the same is not connected to the earth but when the lid 1a is opened, the magnet switch 8 is put on by the signal of a limit switch 9 and the resistance heat generating element 3 is connected to the earth. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、シリコンウエハなどを加熱する半導体加熱装置に関し、特に複数の電気回路を有しているセラミックスヒータを備える半導体加熱装置の電気回路に対する安全装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor heating device for heating a silicon wafer or the like, and more particularly to a safety device for an electric circuit of a semiconductor heating device including a ceramic heater having a plurality of electric circuits.

従来から、半導体ウエハに対する各種の処理、例えばCVDなどによる成膜、コータデベロッパなどでのレジストの硬化、あるいはウエハプローバによるウエハの検査などには、ウエハ加熱用のヒータとして窒化アルミニウムなどのセラミックスを用いた半導体加熱装置が用いられている。   Conventionally, ceramics such as aluminum nitride have been used as heaters for wafer heating in various processes on semiconductor wafers, such as film formation by CVD, curing resist with a coater developer, or inspection of a wafer with a wafer prober. The conventional semiconductor heating device is used.

これらの半導体加熱装置にヒータとして使用されているセラミックスは、一般には常温で絶縁体であるが、加熱により温度が上昇すると電気絶縁性が低下することが知られている。そのため、温度が上昇したときセラミックスヒータに形成された電気回路間の絶縁性が低下し、各回路に漏洩電流が発生しやすくなることが問題となっていた。   Ceramics used as a heater in these semiconductor heating devices are generally insulators at room temperature, but it is known that the electrical insulation properties decrease when the temperature rises due to heating. For this reason, when the temperature rises, the insulation between the electric circuits formed in the ceramic heater is lowered, and a leakage current is likely to be generated in each circuit.

この問題を解決するための手段として、例えば特開平08−191049号公報には、半導体加熱装置における回路の放電現象をくいとめるために、セラミックスヒータのような加熱手段と交流電源とが絶縁トランスを介して電気的に接続されるようにした装置が提案されている。
特開平08−191049号公報
As a means for solving this problem, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-191049, a heating means such as a ceramic heater and an AC power source are passed through an insulating transformer in order to stop a circuit discharge phenomenon in a semiconductor heating device. There has been proposed a device that is electrically connected.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-191049

上記特開平08−191049号公報に提案されているように、セラミックスヒータと交流電源とを絶縁トランスを介して電気的に接続することは、漏洩電流を防止する意味では有効な手段である。   As proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-191049, electrically connecting a ceramic heater and an AC power source via an insulating transformer is an effective means in terms of preventing leakage current.

しかしながら、セラミックスヒータを通電加熱した状態で、チャンバーの蓋を開けて大気に開放する場合、ヒータ回路がアースに接続(接地)されていないので、2次側の回路に万が一漏電が発生しても、それを検知する手段が存在しないため危険であるという欠点があった。2次側の回路を接地して通電することも考えられるが、この場合には、各電気回路間の漏電やチャンバーに対する放電を防止することができなくなる。   However, when the ceramic heater is energized and heated and the chamber lid is opened and opened to the atmosphere, the heater circuit is not connected to earth (grounded), so even if a leakage occurs in the secondary circuit There is a drawback that it is dangerous because there is no means for detecting it. Although it is conceivable that the secondary circuit is grounded and energized, in this case, it is impossible to prevent leakage between the electric circuits and discharge to the chamber.

本発明は、このような従来技術における問題点を解決するため、セラミックスヒータの温度が上昇しても漏洩電流がなく、万が一漏洩電流があった場合にも、チャンバーの蓋を開ける際には漏洩電流を検知することができ、高温まで安全に半導体ウエハの処理を実施することができる半導体加熱装置を提供することを目的とする。   In order to solve such problems in the prior art, the present invention has no leakage current even when the temperature of the ceramic heater rises. Even if there is a leakage current, the leakage will occur when the chamber lid is opened. An object of the present invention is to provide a semiconductor heating apparatus that can detect a current and can safely process a semiconductor wafer up to a high temperature.

上記目的を達成するため、本発明が提供する半導体加熱装置は、チャンバー内にウエハ加熱用のセラミックスヒータが設置され、該セラミックスヒータは絶縁体を介して少なくとも一つの抵抗発熱体を含む複数の電気回路を有する半導体加熱装置において、前記抵抗発熱体は絶縁トランスを介して交流電源に接続されると共に、該抵抗発熱体と絶縁トランスとの間に漏電ブレーカーを備え、該抵抗発熱体はチャンバーの蓋が閉じているときはアースに接続されず、チャンバーの蓋が開放されたときアースに接続されることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a semiconductor heating apparatus provided by the present invention is provided with a ceramic heater for heating a wafer in a chamber, and the ceramic heater includes a plurality of electric heaters including at least one resistance heating element via an insulator. In the semiconductor heating device having a circuit, the resistance heating element is connected to an AC power supply via an insulation transformer, and an earth leakage breaker is provided between the resistance heating element and the insulation transformer. When the chamber is closed, it is not connected to the ground, and is connected to the ground when the chamber lid is opened.

上記本発明による半導体加熱装置においては、前記抵抗発熱体が絶縁トランスと漏電ブレーカーの間でマグネットスイッチを介してアースに接続可能に設けられ、該マグネットスイッチにON−OFF信号を送るリミットスイッチがチャンバーの蓋に取り付けてある。これにより、前記抵抗発熱体は、チャンバーの蓋が閉じているときはリミットスイッチの信号によりマグネットスイッチがOFFとなっているためアースに接続されず、チャンバーの蓋が開放されたときリミットスイッチの信号によりマグネットスイッチがONとなって抵抗発熱体がアースに接続される。   In the semiconductor heating device according to the present invention, the resistance heating element is provided between the insulating transformer and the earth leakage breaker so as to be connectable to the ground via a magnet switch, and a limit switch for sending an ON-OFF signal to the magnet switch is provided in the chamber. It is attached to the lid. As a result, the resistance heating element is not connected to the ground because the magnet switch is turned off by the limit switch signal when the chamber lid is closed, and the limit switch signal when the chamber lid is opened. As a result, the magnet switch is turned on and the resistance heating element is connected to the ground.

本発明によれば、セラミックスヒータの温度が上昇しても漏洩電流がなく、安定して半導体ウエハの加熱処理を実施することができる。しかも、万が一漏洩電流があった場合にも、チャンバーの蓋を開ける際には漏洩電流を検知することができ、漏電ブレーカーにより電流を遮断できるため、高温まで安全に半導体ウエハの処理を実施することができる。   According to the present invention, there is no leakage current even when the temperature of the ceramic heater rises, and the semiconductor wafer can be stably heated. Moreover, even if there is a leakage current, the leakage current can be detected when opening the chamber lid, and the current can be cut off by the leakage breaker, so the semiconductor wafer can be processed safely up to a high temperature. Can do.

本発明の半導体加熱装置は、チャンバー内に設置されているウエハ加熱用のセラミックスヒータが絶縁体を介して抵抗発熱体を含む複数の電気回路を有し、その電気回路のうち少なくとも1回路、例えば高周波発生用電極や静電チャック用電極は常にアースに接続されている。一方、抵抗発熱体は絶縁トランスを介して交流電源に接続されると共に、抵抗発熱体と絶縁トランスとの間に漏電ブレーカーを備えている。更に、抵抗発熱体は、電気的なスイッチあるいは機械的な機構によって、チャンバーの蓋が閉じているときはアースに接続されず、チャンバーの蓋が開放されたときアースに接続されるようになっている。   In the semiconductor heating device of the present invention, a ceramic heater for heating a wafer installed in a chamber has a plurality of electric circuits including a resistance heating element via an insulator, and at least one of the electric circuits, for example, The high frequency generating electrode and the electrostatic chuck electrode are always connected to the ground. On the other hand, the resistance heating element is connected to an AC power supply via an insulation transformer, and a leakage breaker is provided between the resistance heating element and the insulation transformer. Furthermore, the resistance heating element is not connected to ground when the chamber lid is closed by an electrical switch or mechanical mechanism, and is connected to ground when the chamber lid is opened. Yes.

次に、本発明の半導体加熱装置について、図1〜3を参照しながら具体的に説明する。これらの各図の装置において、チャンバー1内に設置されたセラミックスヒータ2には、セラミックス中に抵抗発熱体3と高周波(RF)発生用電極4の回路が埋設されている。高周波発生用電極4は、上部に存在するシャワー基板などの上部電極に対してアース回路として存在するために、常時アースに接続(接地)されている状態になる。高周波発生用電極4の接地場所としては、独立してアースに接続することも可能であるし、チャンバー1自体が接地されているなら、チャンバー1に対して接続することも可能である。また、抵抗発熱体3は、従来と同様に、絶縁トランス5を介して交流電源6に接続される。   Next, the semiconductor heating device of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. In the devices shown in these drawings, a ceramic heater 2 installed in a chamber 1 has a circuit of a resistance heating element 3 and a high frequency (RF) generating electrode 4 embedded in the ceramic. Since the high-frequency generating electrode 4 exists as an earth circuit with respect to an upper electrode such as a shower substrate existing above, it is always connected to ground (grounded). The grounding place of the high-frequency generating electrode 4 can be independently connected to the ground, or can be connected to the chamber 1 if the chamber 1 itself is grounded. Further, the resistance heating element 3 is connected to an AC power source 6 through an insulating transformer 5 as in the conventional case.

本発明による図1の半導体加熱装置では、抵抗発熱体3と絶縁トランス5の間及び絶縁トランス5と交流電源6の間に、それぞれ漏電ブレーカー7を備えている。更に、抵抗発熱体3は、絶縁トランス5と漏電ブレーカー7の間で、マグネットスイッチ8を介してアースに接続可能に配置されると共に、チャンバー1の蓋1aが開放されたときのみアースに接続されるように、マグネットスイッチ8にON−OFF信号を送るリミットスイッチ9がチャンバー1の蓋1aに取り付けてある。   In the semiconductor heating device of FIG. 1 according to the present invention, a leakage breaker 7 is provided between the resistance heating element 3 and the insulating transformer 5 and between the insulating transformer 5 and the AC power source 6. Further, the resistance heating element 3 is disposed between the insulating transformer 5 and the earth leakage breaker 7 so as to be connectable to the ground via the magnet switch 8 and is connected to the ground only when the lid 1a of the chamber 1 is opened. As shown, a limit switch 9 for sending an ON-OFF signal to the magnet switch 8 is attached to the lid 1 a of the chamber 1.

一方、参考のために図示した図2の装置では、図1と同様に抵抗発熱体3と絶縁トランス5の間及び絶縁トランス5と交流電源6の間に漏電ブレーカー7を備えているが、抵抗発熱体3は絶縁トランス5と漏電ブレーカー7の間で常時アースに接続されている。この抵抗発熱体回路に電圧を印加すると、抵抗発熱体3が発熱してセラミックスヒータ2の温度が上昇する。温度の上昇と共に、高周波発生用電極4と抵抗発熱体3の間の絶縁抵抗は低下し、一部の電流が高周波発生用電極4へ漏れ出して漏電が発生する。   On the other hand, the apparatus shown in FIG. 2 shown for reference includes a leakage breaker 7 between the resistance heating element 3 and the insulation transformer 5 and between the insulation transformer 5 and the AC power source 6 as in FIG. The heating element 3 is always connected to the ground between the insulating transformer 5 and the earth leakage breaker 7. When a voltage is applied to the resistance heating element circuit, the resistance heating element 3 generates heat and the temperature of the ceramic heater 2 rises. As the temperature rises, the insulation resistance between the high-frequency generating electrode 4 and the resistance heating element 3 decreases, and a part of the current leaks out to the high-frequency generating electrode 4 to cause a leakage.

ところが、高周波発生用電極4のアースは抵抗発熱熱体3のアースと電気的に接続されているため、漏れた電流は抵抗発熱体回路に接続された漏電ブレーカー7により検知され、所定量の電流が漏れた際には漏電ブレーカー7が作用して通電を遮断する。このため、図2の装置では、セラミックスヒータ2が高温になると漏れ電流量が大きくなり、この漏れ電流を検知した漏電ブレーカー7が通電を遮断するため、高温で使用することが困難となる。   However, since the ground of the high frequency generating electrode 4 is electrically connected to the ground of the resistance heating element 3, the leaked current is detected by the leakage breaker 7 connected to the resistance heating element circuit, and a predetermined amount of current is detected. When leakage occurs, the earth leakage breaker 7 acts to cut off the energization. For this reason, in the apparatus of FIG. 2, when the ceramic heater 2 becomes high temperature, the amount of leakage current increases, and the leakage breaker 7 that detects this leakage current cuts off the current, so that it becomes difficult to use at high temperature.

また、同じく参考のために図示した図3の装置では、抵抗発熱体回路が接地されていない以外は上記図1の場合と同じである。この装置においては、抵抗発熱体3と高周波発生用電極4とのアース同士による接続回路が形成されないため、高温時においても漏れ電流が少なく、良好に使用することができる。しかし、発熱体回路がアースに接続されていないため、高周波発生用電極4から万が一電流が漏洩した場合でも、漏電ブレーカー7で検知されず、従って漏電ブレーカー7が作動しないので、チャンバー1の蓋を開放した場合などに危険である。   3 is also the same as that of FIG. 1 except that the resistance heating element circuit is not grounded. In this apparatus, since a connection circuit is not formed between the resistance heating element 3 and the high-frequency generating electrode 4, the leakage current is small even at high temperatures, and the apparatus can be used satisfactorily. However, since the heating element circuit is not connected to the ground, even if a current leaks from the high-frequency generating electrode 4, the leakage breaker 7 is not detected, and therefore the leakage breaker 7 does not operate. Dangerous when opened.

一方、上記した本発明の装置では、図1に示すように、抵抗発熱体3とアースの間にマグネットスイッチ8が介在し、チャンバー1の蓋1aが閉じた場合はマグネットスイッチ8がOFF状態であるためアースに接続されない。従って、セラミックスヒータ2が高温になり、漏れ電流量が大きくなった場合でも、チャンバー1の蓋1aが閉じた状態では漏電ブレーカー7が漏れ電流を検知しないため、通電が遮断されることはなく使用を続けることができる。   On the other hand, in the apparatus of the present invention described above, as shown in FIG. 1, when the magnet switch 8 is interposed between the resistance heating element 3 and the ground and the lid 1a of the chamber 1 is closed, the magnet switch 8 is in the OFF state. Because it is, it is not connected to the ground. Accordingly, even when the ceramic heater 2 becomes high temperature and the leakage current amount becomes large, the leakage breaker 7 does not detect the leakage current when the lid 1a of the chamber 1 is closed, so that the energization is not interrupted. Can continue.

そして、チャンバー1の蓋1aが開放された場合には、蓋1aに取り付けたリミットスイッチ9からマグネットスイッチ8にON信号を発するため、漏れ電流が発生していれば漏電ブレーカー7が動作して、通電を遮断することができる。従って、上記した図2〜3の各装置に比較して、セラミックスヒータ2を高温で使用できるのはもちろんのこと、万が一漏電があっても、チャンバー1の蓋1aを開放した時には電源を遮断できるため、より安全な装置であるといえる。   When the lid 1a of the chamber 1 is opened, an ON signal is issued from the limit switch 9 attached to the lid 1a to the magnet switch 8. Therefore, if a leakage current is generated, the leakage breaker 7 operates, The energization can be cut off. Therefore, in comparison with the above-described devices shown in FIGS. 2 to 3, the ceramic heater 2 can be used at a high temperature, and even if there is a leakage, the power can be cut off when the lid 1a of the chamber 1 is opened. Therefore, it can be said that it is a safer device.

また、抵抗発熱体と静電チャック用電極を有する場合も、抵抗発熱体回路の方を、上記のようにチャンバーの蓋の開放時にアースに接続できる構造とすれば良い。更に、複数の抵抗発熱体を有する場合にも適用することができ、例えば、複数の抵抗発熱体回路に対して、それぞれチャンバーの蓋にリミットスイッチを取り付け、その信号をそれぞれの抵抗発熱体に接続されたマグネットスイッチに送るように構成することによって、蓋の開放中に漏電が発生しても漏電ブレーカーを作動させて通電を遮断することができる。   Further, when the resistance heating element and the electrostatic chuck electrode are provided, the resistance heating element circuit may be connected to the ground when the chamber lid is opened as described above. Furthermore, the present invention can be applied to a case where a plurality of resistance heating elements are provided. For example, for a plurality of resistance heating element circuits, a limit switch is attached to the lid of the chamber, and the signal is connected to each resistance heating element. By being configured to send to the magnet switch, even if a leakage occurs while the lid is opened, the leakage breaker can be operated to cut off the energization.

本発明による半導体加熱装置の電気回路に関しては、上記した抵抗発熱体回路、高周波発生用電極回路、静電チャック電極回路などが挙げられるが、これ以外の回路にも適用可能である。また、セラミックスヒータに関しては、抵抗発熱体、高周波発生用電極、静電チャック電極などの回路の形態として、例えば、金属箔や金属線、あるいはコイル等を用いることができ、またスクリーン印刷、蒸着、スパッタリングなどで形成した薄膜形状のものも使用可能である。   Examples of the electric circuit of the semiconductor heating device according to the present invention include the resistance heating element circuit, the high-frequency generating electrode circuit, and the electrostatic chuck electrode circuit described above, but the present invention is also applicable to other circuits. As for ceramic heaters, for example, a metal foil, a metal wire, or a coil can be used as a circuit form such as a resistance heating element, a high-frequency generating electrode, and an electrostatic chuck electrode, and screen printing, vapor deposition, A thin film formed by sputtering or the like can also be used.

セラミックスヒータを構成するセラミックスとしては、特に制約はないが、高温によって絶縁性が低下する、即ち体積抵抗率の温度係数が負のセラミックスに対して特に効果が大きい。その中でも特に窒化アルミニウムに関しては、近年チャンバー内のクリーニングに使用されるハロゲン系ガスに対する耐食性に優れていることから需要が増大しているが、窒化アルミニウム自身の体積抵抗率は高温において急速に低下することが知られている。   The ceramic constituting the ceramic heater is not particularly limited, but is particularly effective for ceramics whose insulating properties are reduced at high temperatures, that is, having a negative volume resistivity temperature coefficient. Of these, aluminum nitride, in particular, has recently increased in demand due to its excellent corrosion resistance to halogen-based gases used for cleaning chambers, but the volume resistivity of aluminum nitride itself rapidly decreases at high temperatures. It is known.

従って、窒化アルミニウム(AlN)からなるセラミックスヒータは、高温状態では漏電量が多くなるため、図2に示すような装置では使用することはできなかったが、本発明により安全な半導体加熱装置を提供することができる。   Therefore, the ceramic heater made of aluminum nitride (AlN) has a large amount of leakage in a high temperature state, and thus could not be used in the apparatus as shown in FIG. 2, but the present invention provides a safe semiconductor heating apparatus. can do.

次に、窒化アルミニウムからなるセラミックスヒータの作製方法について説明する。原料とする窒化アルミニウム粉末は、比表面積が2.0〜5.0m/gの範囲が好ましい。比表面積が2.0m/gよりも小さい場合は焼結性が低下し、また比表面積が5.0m/gよりも大きい場合は粉末の凝集が非常に強くなるため好ましくない。 Next, a method for producing a ceramic heater made of aluminum nitride will be described. The aluminum nitride powder used as a raw material preferably has a specific surface area of 2.0 to 5.0 m 2 / g. When the specific surface area is smaller than 2.0 m 2 / g, the sinterability is lowered, and when the specific surface area is larger than 5.0 m 2 / g, the aggregation of the powder becomes very strong.

窒化アルミニウム粉末に含まれる酸素量は2wt%以下が好ましい。酸素量が2wt%を超えると、焼結体の熱伝導率が低下するため好ましくない。また、アルミニウムを除く金属不純物量は、合計で2000ppm以下が好ましい。金属不純物が2000ppm以上存在すると、焼結体の熱伝導率が低下するため好ましくない。金属不純物としてSi等の4族元素やFe等の鉄族元素は、熱伝導率を低下させる作用が高いため特に好ましくなく、含有率としてはそれぞれ500ppm以下であることが好ましい。   The amount of oxygen contained in the aluminum nitride powder is preferably 2 wt% or less. If the amount of oxygen exceeds 2 wt%, the thermal conductivity of the sintered body decreases, which is not preferable. The total amount of metal impurities excluding aluminum is preferably 2000 ppm or less. The presence of 2000 ppm or more of metal impurities is not preferable because the thermal conductivity of the sintered body is lowered. Group 4 elements such as Si and iron group elements such as Fe are not particularly preferred as metal impurities because they have a high effect of reducing thermal conductivity, and the content is preferably 500 ppm or less.

窒化アルミニウムは難焼結材であるため、焼結助剤を添加することが好ましい。添加する焼結助剤としては、希土類元素化合物が好ましい。希土類元素化合物は窒化アルミニウム粒子の表面に存在するアルミニウム酸化物、もしくはアルミニウム酸窒化物と反応することで、窒化アルミニウムの緻密化を促進すると共に、窒化アルミニウムの熱伝導率低下の一因である酸素をトラップするため、熱伝導率を向上させる働きがある。希土類元素化合物に関しては、特に窒化アルミニウムの酸素を除去するトラップ能力の高いイットリウム化合物が好ましい。   Since aluminum nitride is a difficult-to-sinter material, it is preferable to add a sintering aid. As the sintering aid to be added, a rare earth element compound is preferable. The rare earth element compound reacts with the aluminum oxide or aluminum oxynitride present on the surface of the aluminum nitride particles to promote the densification of the aluminum nitride and to contribute to the decrease in the thermal conductivity of the aluminum nitride. Traps and improves the thermal conductivity. Regarding the rare earth element compound, an yttrium compound having a high trapping capability for removing oxygen from aluminum nitride is particularly preferable.

また、焼結助剤の添加量としては、酸化物換算で0.01〜5.0wt%が好ましい。添加する焼結助剤が0.01wt%未満の場合、十分緻密な焼結体が得られにくいだけでなく、熱伝導率も低くなってしまうため好ましくない。焼結助剤量が5.0wt%を超えると、焼結体の粒界に焼結助剤が存在するため、腐食性雰囲気にて焼結体を使用する場合には、この粒界に存在する焼結助剤部がエッチングされ、脱粒やパーティクルの原因となるため好ましくない。特に焼結助剤量が1.0wt%以下のとき、粒界の3重点にも焼結助剤が存在しなくなり、更に耐食性が向上するため好ましい。   Further, the addition amount of the sintering aid is preferably 0.01 to 5.0 wt% in terms of oxide. If the sintering aid to be added is less than 0.01 wt%, it is not only difficult to obtain a sufficiently dense sintered body, but also the thermal conductivity is lowered, which is not preferable. If the amount of the sintering aid exceeds 5.0 wt%, the sintering aid exists at the grain boundary of the sintered body. Therefore, when the sintered body is used in a corrosive atmosphere, it exists at this grain boundary. This is not preferable because the sintering aid part to be etched is etched and causes degranulation and particles. In particular, when the amount of the sintering aid is 1.0 wt% or less, the sintering aid does not exist at the triple point of the grain boundary, and the corrosion resistance is further improved.

また、焼結助剤である希土類元素化合物の形態としては、酸化物や窒化物、フッ化物、ステアリン酸化合物などが使用できる。これらのうちで酸化物は、特に安価で入手が容易であるというメリットがある。また、ステアリン酸化合物は、有機溶剤との親和性が高いため、特に原料粉末と焼結助剤等を有機溶剤にて混合する際には、混合性が高くなり特に好適である。   In addition, as the form of the rare earth element compound as the sintering aid, oxides, nitrides, fluorides, stearic acid compounds, and the like can be used. Of these, oxides have the advantage of being particularly inexpensive and easy to obtain. Moreover, since the stearic acid compound has high affinity with the organic solvent, the mixing property is particularly high when the raw material powder and the sintering aid are mixed with the organic solvent.

上記窒化アルミニウム粉末と焼結助剤の原料粉末に対して、所定量の溶剤、バインダー、更には必要に応じて分散剤や邂逅剤を添加して混合する。混合する手法としては、ボールミル混合や、超音波による混合が可能である。これら混合によってスラリーを作製する。得られたスラリーは、ドクターブレード法によってシート成形する。シート成形には特に制約はないが、シートの厚みとしては、乾燥後の厚みが3.0mm以下であることが好ましい。シート厚みが3.0mmを超えると、スラリーの乾燥収縮量が大きくなるため、シートに亀裂が生じる可能性が高くなるため好ましくない。   A predetermined amount of a solvent, a binder, and, if necessary, a dispersant and a glaze are added to and mixed with the aluminum nitride powder and the raw material powder for the sintering aid. As a mixing method, ball mill mixing or ultrasonic mixing is possible. A slurry is prepared by mixing them. The obtained slurry is formed into a sheet by a doctor blade method. Although there is no restriction | limiting in particular in sheet | seat shaping | molding, As thickness of a sheet | seat, it is preferable that the thickness after drying is 3.0 mm or less. If the thickness of the sheet exceeds 3.0 mm, the amount of drying shrinkage of the slurry increases, which increases the possibility of cracking in the sheet, which is not preferable.

次に、出来上がったシートに対して、コファイヤ法では、所定形状の回路パターン、即ち抵抗発熱体等の回路や、それに電気的に接続するためのリード回路等を、スクリーン印刷等の手法によって形成する。このとき、リード回路は発熱体回路に比較して膜厚を厚くするか、回路幅を大きくすることにより、発熱体よりも抵抗値を低くすることができる。スクリーン印刷に使用する導体ペーストとしては、後述するポストメタライズ法と同等のものを使用することができる。ただし、ペースト中に含有される酸化物の添加量は30wt%以下が好ましい。コファイヤ法の場合、シートと同時に焼結するため金属層の焼結が比較的進行しやすく、酸化物を添加しなくとも回路形成することが可能である。   Next, with the cofiring method, a circuit pattern having a predetermined shape, that is, a circuit such as a resistance heating element, a lead circuit for electrical connection to the sheet, and the like are formed on the completed sheet by a method such as screen printing. . At this time, the resistance value of the lead circuit can be made lower than that of the heating element by increasing the film thickness compared to the heating element circuit or increasing the circuit width. As the conductive paste used for screen printing, the same paste as the post metallization method described later can be used. However, the amount of oxide contained in the paste is preferably 30 wt% or less. In the case of the cofiring method, since the metal layer is sintered at the same time as the sheet, the metal layer is relatively easily sintered, and a circuit can be formed without adding an oxide.

上記回路形成を行ったシートと、回路形成していないシートとを積層する。積層の手法としては、各シートを所定の位置にセットして重ね合わせる。この状態で、必要に応じて各シート間に溶剤を塗付して加熱する。加熱温度は出来上がるシートの柔軟性に左右されるため、不要の場合もあるが、概ね150℃以下であることが好ましい。これ以上の温度をシートに加えると、シートが大きく変形してしまうため好ましくない。   A sheet on which the circuit is formed and a sheet on which no circuit is formed are stacked. As a lamination method, the sheets are set at predetermined positions and overlapped. In this state, if necessary, a solvent is applied between the sheets and heated. Since the heating temperature depends on the flexibility of the finished sheet, it may be unnecessary, but it is preferably about 150 ° C. or lower. If a temperature higher than this is applied to the sheet, the sheet is greatly deformed, which is not preferable.

そして、重ね合わせたシートに圧力を加え、一体化させる。加える圧力としては、1〜100MPaの範囲が好ましい。1MPa未満の圧力では、シート同士が十分に密着せず、後の脱脂や焼結等の工程でいわゆるデラミネーションが発生するため好ましくない。また、圧力が100MPaを超えると、シートの変形量が大きくなりすぎるため好ましくない。出来上がった積層成形体の脱脂は、後述するポストメタライズ法による窒化アルミニウムプレス体の脱脂と同一の条件で実施することが可能である。   Then, pressure is applied to the stacked sheets to integrate them. As a pressure to apply, the range of 1-100 Mpa is preferable. A pressure of less than 1 MPa is not preferable because the sheets do not sufficiently adhere to each other and so-called delamination occurs in the subsequent steps such as degreasing and sintering. On the other hand, if the pressure exceeds 100 MPa, the amount of deformation of the sheet becomes too large, which is not preferable. Degreasing of the finished laminated molded body can be performed under the same conditions as degreasing of an aluminum nitride press body by a post metallization method described later.

脱脂後の積層成形体は、非酸化性雰囲気下において1700〜2000℃程度の温度で焼結する。使用する非酸化性雰囲気ガスとしては、窒素やアルゴンなどが好適であり、特に窒素は比較的安価であることからも好適である。また、このとき使用する窒素に含有される水分量としては、露点が−30℃以下であることが好ましい。これ以上の水分を含有する場合には、焼結時に窒化アルミニウムと雰囲気中に含有される水分との反応によって酸窒化物が形成され、熱伝導率の低下を引き起こす可能性があるためである。また、使用する窒素中に含有される酸素量も、上記と同様の理由で0.001%以下であることが好ましい。   The laminated molded body after degreasing is sintered at a temperature of about 1700 to 2000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere. As the non-oxidizing atmosphere gas to be used, nitrogen, argon, or the like is preferable, and nitrogen is particularly preferable because it is relatively inexpensive. Moreover, as a moisture content contained in the nitrogen used at this time, it is preferable that a dew point is -30 degrees C or less. This is because when it contains more moisture, oxynitride may be formed by the reaction between aluminum nitride and moisture contained in the atmosphere during sintering, which may cause a decrease in thermal conductivity. The amount of oxygen contained in the nitrogen used is preferably 0.001% or less for the same reason as described above.

更に、上記焼結時に積層成形体を載置する治具としては、窒化ホウ素(BN)からなる治具が好適である。この窒化ホウ素治具は、上記焼結温度に対する耐熱性を有するだけでなく、表面に固体潤滑性が存在するため、積層成形体が焼結によって収縮する際に、治具と積層成形体との摩擦を小さくすることができ、変形の少ない焼結体を得ることができるため特に好ましい。   Furthermore, a jig made of boron nitride (BN) is suitable as a jig for placing the laminated molded body during the sintering. This boron nitride jig not only has heat resistance against the above sintering temperature, but also has solid lubricity on the surface, so when the laminated molded body shrinks due to sintering, the jig and laminated molded body This is particularly preferable because the friction can be reduced and a sintered body with less deformation can be obtained.

得られた焼結体に対して、必要に応じて加工を施す。これは、焼結体の用途が半導体製造装置であることから、寸法に対する要求精度が非常に高いためである。加工精度として、例えばウエハ搭載面の平面度は0.5mm以下が好ましく、0.1mm以下が更に好ましい。ウエハ載置面の平面度が0.5mmを超える場合、搭載するウエハとセラミックスヒータの載置面との間に隙間が生じやすくなり、セラミックスヒータで発生した熱がウエハに伝わるとき温度ムラが発生しやすくなるため好ましくない。   The obtained sintered body is processed as necessary. This is because the required accuracy for the dimensions is very high because the sintered body is used for semiconductor manufacturing equipment. As processing accuracy, for example, the flatness of the wafer mounting surface is preferably 0.5 mm or less, and more preferably 0.1 mm or less. When the flatness of the wafer mounting surface exceeds 0.5 mm, a gap is likely to occur between the wafer to be mounted and the mounting surface of the ceramic heater, and temperature unevenness occurs when the heat generated by the ceramic heater is transferred to the wafer. Since it becomes easy to do, it is not preferable.

また、ウエハ載置面における表面粗さは、Raが5μm以下であることが好ましい。これ以上の表面粗さである場合には、セラミックスとウエハの摩擦によって、セラミックスの脱粒が多くなることがある。この場合、脱落した粒子はパーティクルとなり、ウエハ上への膜形成やエッチング等の処理に対して悪影響を与えるため好ましくない。ウエハ載置面の表面粗さは、Raで1.0μm以下なら更に好適である。   Moreover, as for the surface roughness in a wafer mounting surface, it is preferable that Ra is 5 micrometers or less. When the surface roughness is higher than this, ceramic degranulation may increase due to friction between the ceramic and the wafer. In this case, the dropped particles become particles, which is not preferable because it adversely affects processing such as film formation and etching on the wafer. It is more preferable that the surface roughness of the wafer mounting surface is 1.0 μm or less in terms of Ra.

次に、ポストメタライズ法について述べる。上記コファイヤ法と同様にスラリーを作製し、得られたスラリーに対して、スプレードライアー等の手法により顆粒を作製する。この顆粒を所定の形状の金型に挿入し、プレス成形を実施する。このときのプレス圧力としては、0.1t/cm以上であることが好ましい。この圧力に達しない場合、成形体の強度が十分得られないことが多く、ハンドリング等で破損しやすくなるため好ましくない。 Next, the post metallization method will be described. A slurry is prepared in the same manner as the above-mentioned cofire method, and granules are prepared from the obtained slurry by a technique such as a spray dryer. This granule is inserted into a mold having a predetermined shape, and press molding is performed. The pressing pressure at this time is preferably 0.1 t / cm 2 or more. If this pressure is not reached, the strength of the molded body is often not sufficient, and it tends to be damaged by handling or the like, which is not preferable.

また、成形体の密度としては、バインダー含有量や、助剤添加量によっても異なるが、1.5g/cm以上であることが好ましい。これを下回る成形体密度の場合、粒子間距離が相対的に大きくなり、焼結が進行しにくくなるため好ましくない。ただし、成形体密度は2.5g/cm以下であることが好ましい。2.5g/cmを超える成形体密度では、脱脂処理時に成形体内のバインダー成分を十分に除去することが困難となる。このため焼結時に成形体内部に過剰の炭素及び炭素化合物が残存することになり、これが窒化アルミニウムの焼結を阻害するため、得られる焼結体の密度が十分ではなくなる。 Further, the density of the molded body is preferably 1.5 g / cm 3 or more, although it varies depending on the binder content and the amount of auxiliary agent added. When the density of the molded body is lower than this, the distance between particles becomes relatively large, and sintering is difficult to proceed. However, the compact density is preferably 2.5 g / cm 3 or less. When the green body density exceeds 2.5 g / cm 3 , it becomes difficult to sufficiently remove the binder component in the green body during the degreasing process. For this reason, excess carbon and a carbon compound remain in the molded body during sintering, and this inhibits the sintering of aluminum nitride, so that the density of the obtained sintered body is not sufficient.

得られた成形体は、非酸化性雰囲気中にて脱脂処理を行う。大気等の酸化性雰囲気中で成形体を脱脂処理した場合、窒化アルミニウム粉末の表面が酸化されるため、焼結体の熱伝導率の低下を引き起こす。処理温度としては500〜1000℃の範囲が好ましい。500℃未満の温度で脱脂した場合、十分にバインダー成分が除去されず、過剰に残存した炭素が焼結を阻害するため好ましくない。脱脂完了後の成形体内に存在する炭素量としては、1.0wt%以下であることが好ましい。残存炭素量が1.0wt%を超えると、成形体内の炭素及び炭素化合物が窒化アルミニウムの焼結を阻害するため好ましくない。   The obtained molded body is degreased in a non-oxidizing atmosphere. When the molded body is degreased in an oxidizing atmosphere such as air, the surface of the aluminum nitride powder is oxidized, which causes a decrease in the thermal conductivity of the sintered body. As processing temperature, the range of 500-1000 degreeC is preferable. When degreasing is performed at a temperature lower than 500 ° C., the binder component is not sufficiently removed, and excessive carbon remaining is not preferable because it inhibits sintering. The amount of carbon present in the molded body after degreasing is preferably 1.0 wt% or less. If the residual carbon amount exceeds 1.0 wt%, the carbon and carbon compound in the molded body hinder the sintering of aluminum nitride, which is not preferable.

脱脂後の成形体は、非酸化性雰囲気下にて1700〜2000℃程度の温度で焼結する。使用する雰囲気ガスとしては、窒素やアルゴンなどが好適であり、特に窒素は比較的安価であることからも好適である。このとき使用する窒素に含有される水分量としては、露点が−30℃以下であることが好ましい。これ以上の水分を含有する場合、焼結時に窒化アルミニウムと雰囲気中に含有される水分との反応によって酸窒化物が形成され、熱伝導率の低下を引き起こす可能性があるためである。   The molded body after degreasing is sintered at a temperature of about 1700 to 2000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere. As the atmospheric gas to be used, nitrogen, argon, or the like is preferable, and nitrogen is particularly preferable because it is relatively inexpensive. As a moisture content contained in the nitrogen used at this time, it is preferable that a dew point is -30 degrees C or less. This is because when it contains more moisture, oxynitride is formed by the reaction between aluminum nitride and moisture contained in the atmosphere during sintering, which may cause a decrease in thermal conductivity.

また同様に、使用する窒素中に含有される酸素量も、上記と同様の理由で0.001%以下であることが好ましい。更に焼結に使用する治具としては、窒化ホウ素の治具が好適である。この窒化ホウ素の治具は、上記焼結温度に対する耐熱性を有するだけでなく、表面に固体潤滑性が存在するため、成形体が焼結によって収縮する際に治具との摩擦を小さくすることができ、変形の少ない焼結体を得ることができるため特に好ましい。   Similarly, the amount of oxygen contained in the nitrogen to be used is preferably 0.001% or less for the same reason as described above. Further, as a jig used for sintering, a boron nitride jig is suitable. This boron nitride jig not only has heat resistance to the above-mentioned sintering temperature, but also has solid lubricity on the surface, so that the friction with the jig is reduced when the compact shrinks due to sintering. This is particularly preferable because a sintered body with less deformation can be obtained.

得られた焼結体に対して、必要に応じて加工を実施する。即ち、この後の工程でスクリーン印刷により回路形成する場合には、表面粗さはRaで5.0μm以下とすることが好ましい。これ以上の表面粗さである場合は、スクリーン印刷により回路形成した際に、パターンのにじみや、ピンホール等の印刷の欠陥が発生しやすくなるためである。上記表面粗さがRaで1.0μm以下であれば更に好適である。また、焼結体を加工する際には、印刷面だけでなく、両主面(表面及び裏面)を加工することが好ましい。   The obtained sintered body is processed as necessary. That is, when a circuit is formed by screen printing in the subsequent process, the surface roughness is preferably Ra of 5.0 μm or less. This is because when the surface roughness is higher than this, pattern blurring or printing defects such as pinholes are likely to occur when a circuit is formed by screen printing. The surface roughness Ra is more preferably 1.0 μm or less. Moreover, when processing a sintered compact, it is preferable to process not only a printing surface but both main surfaces (front surface and back surface).

尚、一主面に印刷する場合で且つ印刷面のみ研磨加工を実施した場合、研磨していない面がワークを支持することになる。そのため研磨していない面に存在する突起や異物の存在によってワークの固定が不安定になりやすい場合には、両面を上記の表面粗さ以下に研磨することが好ましい。また、このとき両加工面の平行度は、0.5mm以下であることが好ましい。平行度が0.5mmを超える場合には、スクリーン印刷時に膜厚のばらつきが大きくなることがあるため好ましくない。平行度は0.1mm以下であれば特に好適である。更に、印刷面の平面度に関しても、0.5mm以下であることが好ましい。これより大きな平面度である場合には、スクリーン印刷時に膜厚のばらつきが発生しやすいためである。平面度は0.1mm以下であれば特に好適である。   When printing is performed on one main surface and only the printing surface is polished, the unpolished surface supports the workpiece. For this reason, when the work is likely to be unstable due to the presence of protrusions or foreign matters existing on the unpolished surface, it is preferable to polish both surfaces to the surface roughness or less. At this time, the parallelism of both processed surfaces is preferably 0.5 mm or less. When the degree of parallelism exceeds 0.5 mm, it is not preferable because the variation in film thickness may increase during screen printing. The parallelism is particularly preferably 0.1 mm or less. Further, the flatness of the printed surface is preferably 0.5 mm or less. This is because when the flatness is larger than this, the film thickness tends to vary during screen printing. The flatness is particularly preferably 0.1 mm or less.

加工が完了した焼結体基板に対し、スクリーン印刷によって抵抗発熱体や高周波発生用電極などの回路形成を行う。使用する金属粉末としては、セラミックスとの熱膨張係数のマッチングの点から、タングステンやモリブデンあるいはタンタルなどが好ましい。また、これらの金属粉末に対して、窒化アルミニウム焼結体との密着強度を確保するため、酸化物を添加することが可能である。   Circuits such as resistance heating elements and high-frequency generating electrodes are formed by screen printing on the sintered substrate that has been processed. As the metal powder to be used, tungsten, molybdenum, tantalum or the like is preferable from the viewpoint of matching the thermal expansion coefficient with ceramics. In addition, an oxide can be added to these metal powders in order to ensure adhesion strength with the aluminum nitride sintered body.

添加する酸化物としては、窒化アルミニウムと上記高融点金属の両方に濡れるものであれば特に種類は問わない。具体的には、2A族元素、3A族元素の酸化物や、Al、SiOなどが好適に用いられる。また、これらの酸化物のうち酸化イットリウムは、窒化アルミニウムに対する濡れ性も非常に良好であるため特に好ましい。これらの酸化物の添加量としては、0.1〜30wt%が好ましい。上記酸化物の添加量が0.1wt%未満では金属層とセラミックスの密着強度を向上する効果が少なく、また30wt%を超えると金属層の抵抗値が高くなるため好ましくない。 The oxide to be added is not particularly limited as long as it is wetted by both aluminum nitride and the refractory metal. Specifically, oxides of Group 2A elements, Group 3A elements, Al 2 O 3 , SiO 2 and the like are preferably used. Of these oxides, yttrium oxide is particularly preferable because it has very good wettability with respect to aluminum nitride. The addition amount of these oxides is preferably 0.1 to 30 wt%. If the addition amount of the oxide is less than 0.1 wt%, the effect of improving the adhesion strength between the metal layer and the ceramic is small, and if it exceeds 30 wt%, the resistance value of the metal layer increases, which is not preferable.

また、ヒータの使用温度及び使用環境によっては、抵抗発熱体としてAg−PdやAg−Pt等の金属を使用することもできる。回路の抵抗値を高くするためには、パラジウムや白金の含有量を増やすことで対応することも可能である。この場合、添加するガラス成分としては、焼成温度に合わせて600〜1000℃で焼成できるガラス成分であれば特に制約はない。ガラス成分の添加量は、抵抗値を高くする場合には比率を高くし、抵抗値を低くするためには比率を少なくすれば良いが、概ね1〜30wt%が好適である。   Further, depending on the use temperature and use environment of the heater, a metal such as Ag—Pd or Ag—Pt can be used as the resistance heating element. In order to increase the resistance value of the circuit, it is also possible to increase the content of palladium or platinum. In this case, the glass component to be added is not particularly limited as long as it is a glass component that can be fired at 600 to 1000 ° C. according to the firing temperature. The added amount of the glass component may be increased when the resistance value is increased, and may be decreased when the resistance value is decreased, but approximately 1 to 30 wt% is preferable.

次に、これらの粉末を十分に混合し、バインダー、溶剤を加えて、ペーストを作製する。このペーストをスクリーン印刷することにより、回路パターンを形成する。このときのペーストの乾燥膜厚としては、5〜100μmの範囲が好ましい。膜厚が5μm未満の場合は、抵抗値が高くなりすぎると共に、密着強度も低くなるため好ましくない。また、膜厚が100μmを超えても、密着強度の低下を引き起こすため好ましくない。抵抗発熱体のパターン間隔としては、0.1mm以上が好適である。これ以下の間隔では、抵抗発熱体に電流を流したときに、印加電圧及び温度によっては漏れ電流が発生するため好ましくない。特に500℃を超える温度で使用する場合、パターン間隔としては1mm以上が好適であり、3mm以上であれば更に好適である。   Next, these powders are sufficiently mixed, and a binder and a solvent are added to prepare a paste. A circuit pattern is formed by screen printing this paste. The dry film thickness of the paste at this time is preferably in the range of 5 to 100 μm. A film thickness of less than 5 μm is not preferable because the resistance value becomes too high and the adhesion strength becomes low. Moreover, even if a film thickness exceeds 100 micrometers, since the fall of contact | adhesion intensity | strength is caused, it is unpreferable. The pattern spacing of the resistance heating element is preferably 0.1 mm or more. An interval smaller than this is not preferable because a leakage current is generated depending on the applied voltage and temperature when a current is passed through the resistance heating element. In particular, when used at a temperature exceeding 500 ° C., the pattern interval is preferably 1 mm or more, and more preferably 3 mm or more.

次に、形成した回路パターンに対して、非酸化性雰囲気中で脱脂を行う。処理温度としては、500℃以上が好ましい。これ以下の温度では、形成した金属層内にカーボンが残留し、焼成した際に高融点金属と炭化物を形成することがあるため好ましくない。   Next, the formed circuit pattern is degreased in a non-oxidizing atmosphere. As processing temperature, 500 degreeC or more is preferable. A temperature lower than this is not preferable because carbon remains in the formed metal layer and may form a refractory metal and carbide when fired.

上記脱脂後の回路パターンは、非酸化性雰囲気中で焼成する。焼成温度に関しては、1500℃以上が好適である。これ以下の温度では、高融点金属粉末の粒成長が進まず、抵抗値が非常に高くなるため好ましくない。また、焼成温度はセラミックスの焼成温度を超えない方が良い。セラミックスの焼成温度を超えるような温度で金属層を焼成した場合、セラミックス中に含有される焼結助剤などが揮散しはじめ、更には金属層内の金属粉末の粒成長が促進され、セラミックスとの密着強度が低下するため好ましくない。   The circuit pattern after degreasing is fired in a non-oxidizing atmosphere. The firing temperature is preferably 1500 ° C. or higher. Below this temperature, grain growth of the refractory metal powder does not proceed and the resistance becomes very high, which is not preferable. The firing temperature should not exceed the firing temperature of ceramics. When the metal layer is fired at a temperature exceeding the firing temperature of the ceramic, the sintering aid contained in the ceramic begins to evaporate, and further, the grain growth of the metal powder in the metal layer is promoted, This is not preferable because the adhesion strength of the resin is lowered.

また、Ag系の回路パターンを形成した場合は、焼成温度としては700〜1000℃程度、雰囲気としては大気や窒素などでも焼成することができる。このため、Ag系の回路パターンの場合、通常は回路パターンの脱脂は不要である。   In addition, when an Ag-based circuit pattern is formed, the firing temperature can be about 700 to 1000 ° C., and the atmosphere can be fired with air or nitrogen. For this reason, in the case of an Ag-based circuit pattern, it is usually unnecessary to degrease the circuit pattern.

次に、形成した回路パターン間の絶縁性を確保するために、回路パターン上に絶縁性コートを形成することも可能である。使用する材質としては、金属層が形成されているセラミックスと同材質のものを使用することが好ましい。これは、セラミックスと絶縁性コート膜の組成が大幅に異なると、当然のことながら熱膨張係数も異なるため、焼成後に反りが発生するなどの問題が生じるからである。   Next, in order to ensure insulation between the formed circuit patterns, an insulating coat can be formed on the circuit patterns. The material used is preferably the same material as the ceramic on which the metal layer is formed. This is because, if the composition of the ceramic and the insulating coating film are significantly different, the coefficient of thermal expansion is naturally different, which causes problems such as warping after firing.

例えば、絶縁性コートが窒化アルミニウムの場合、窒化アルミニウムに焼結助剤として所定量の2A族、3A族の酸化物や炭酸化物を加えて混合し、これにバインダーや溶剤を加えてペーストとし、スクリーン印刷により金属層上に塗付することができる。このとき添加する焼結助剤量としては、0.01wt%以上であることが好ましい。これ以下の場合セラミックスが緻密化せず、回路パターン間の絶縁を確保するための効果が小さくなる。また、添加する焼結助剤量が20wt%を超えると、過剰の焼結助剤が金属層中に浸透し、抵抗発熱体の抵抗値を変化させることがあるため好ましくない。尚、回路としてAg系のものを使用した場合は、絶縁性コートの膜厚は5μm以上であることが好ましい。これ以下の膜厚では、目的とする絶縁性が得られにくい。   For example, when the insulating coat is aluminum nitride, a predetermined amount of 2A group or 3A group oxide or carbonate is added to aluminum nitride as a sintering aid and mixed, and then a binder or solvent is added to form a paste. It can be applied on the metal layer by screen printing. The amount of sintering aid added at this time is preferably 0.01 wt% or more. If it is less than this, the ceramics will not be densified, and the effect for securing insulation between circuit patterns will be reduced. On the other hand, if the amount of the sintering aid to be added exceeds 20 wt%, excessive sintering aid may penetrate into the metal layer and change the resistance value of the resistance heating element, which is not preferable. Note that when an Ag-based circuit is used, the thickness of the insulating coating is preferably 5 μm or more. If the thickness is less than this, it is difficult to obtain the desired insulation.

次に、上記のごとく抵抗発熱体などの回路パターンを形成し、必要に応じて絶縁層を形成したセラミックス基板に対して、更にセラミックス基板を接合することも可能である。接合の手法としては、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムに2A族元素化合物や3A族元素化合物にバインダーや溶剤を加え、ペースト化したものを接合面にスクリーン印刷等の手法にて塗付する。このときの接合層の厚みに関しては、特に制約はないが、5μm以上であることが好ましい。これ以下の膜厚では、接合層の厚みが薄いため、接合欠陥が生じやすい。   Next, it is also possible to bond a ceramic substrate to the ceramic substrate on which a circuit pattern such as a resistance heating element is formed as described above and an insulating layer is formed as necessary. As a joining method, a binder or a solvent is added to aluminum oxide or aluminum nitride to a 2A group element compound or a 3A group element compound, and a paste is applied to the joining surface by a technique such as screen printing. Although there is no restriction | limiting in particular regarding the thickness of the joining layer at this time, It is preferable that it is 5 micrometers or more. If the thickness is less than this, since the bonding layer is thin, bonding defects are likely to occur.

次に、塗付した接合層を非酸化性雰囲気中にて500℃以上の温度で脱脂する。その後、接合すべき基板同士を重ね合わせ、所定の荷重をかけ、非酸化性雰囲気中にて加熱し、基板同士の接合を行う。このときの荷重量としては、特に制約がないが、0.05kg/cm以上であることが好ましい。これ以下の荷重では、十分な接合強度が得られないか、あるいはピンホールや接合ムラなどの接合欠陥が生じやすいため好ましくない。接合温度に関しては、基板に接合した接合層が十分に密着できる温度であれば特に制約はないが、1500℃以上であることが好ましい。これ以下の温度では、十分な接合強度が得られにくく、接合欠陥を生じやすいため好ましくない。また、接合雰囲気に関しては、セラミックスの酸化を防ぐためにも、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で実施することが好ましい。 Next, the applied bonding layer is degreased at a temperature of 500 ° C. or higher in a non-oxidizing atmosphere. Thereafter, the substrates to be bonded are superposed, a predetermined load is applied, and the substrates are heated in a non-oxidizing atmosphere to bond the substrates. Although there is no restriction | limiting in particular as a load amount at this time, It is preferable that it is 0.05 kg / cm < 2 > or more. A load below this is not preferable because sufficient bonding strength cannot be obtained, or bonding defects such as pinholes and bonding unevenness are likely to occur. The bonding temperature is not particularly limited as long as the bonding layer bonded to the substrate can be sufficiently adhered, but is preferably 1500 ° C. or higher. A temperature lower than this is not preferable because sufficient bonding strength is difficult to obtain and bonding defects are likely to occur. The bonding atmosphere is preferably carried out in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon in order to prevent the ceramics from being oxidized.

また、抵抗発熱体回路としてモリブデンのコイルを、高周波発生用電極回路としてモリブデンやタングステンのメッシュを使用することも可能である。この場合の作製方法としては、原料粉末中に上記の金属コイルやメッシュを内蔵させ、ホットプレス法によりセラミックスヒータの成形体を形成することもできる。この場合の焼結温度や雰囲気に関しては、上記窒化アルミニウムの焼結温度に順ずる条件で構わないが、圧力を10kg/cm以上加える必要がある。これ以下の圧力では、上記金属部品とセラミックスの間に隙間が生じてしまうため好ましくない。出来上がった焼結体に対する加工については、コファイヤ法と同様の手法を施せばよい。 It is also possible to use a molybdenum coil as the resistance heating element circuit and a molybdenum or tungsten mesh as the high frequency generating electrode circuit. As a manufacturing method in this case, the above-described metal coil or mesh is incorporated in the raw material powder, and a ceramic heater molded body can be formed by a hot press method. Regarding the sintering temperature and atmosphere in this case, the conditions may conform to the sintering temperature of the aluminum nitride, but it is necessary to apply a pressure of 10 kg / cm 2 or more. A pressure lower than this is not preferable because a gap is generated between the metal part and the ceramic. For processing the finished sintered body, a method similar to the cofiring method may be applied.

焼結助剤としてYを0.5wt%添加した窒化アルミニウム(AlN)のグリーンシートを作製した。また、W粉末にYとAlをそれぞれ0.5Wt%添加し、更に有機バインダーや溶剤を添加して、Wペーストを作製した。このWペーストを使用して、窒化アルミニウムグリーンシート上にスクリーン印刷により抵抗発熱体パターンを形成した。この発熱体の最大線幅は5mm、乾燥膜厚は30μmであった。 An aluminum nitride (AlN) green sheet to which 0.5 wt% of Y 2 O 3 was added as a sintering aid was produced. Further, 0.5 Wt% of Y 2 O 3 and Al 2 O 3 were added to the W powder, respectively, and an organic binder and solvent were further added to prepare a W paste. Using this W paste, a resistance heating element pattern was formed on an aluminum nitride green sheet by screen printing. This heating element had a maximum line width of 5 mm and a dry film thickness of 30 μm.

次に、別の窒化アルミニウムグリーンシート上に、高周波発生用電極を同様の手法で形成した。このときの膜厚は40μmであった。これら以外に何も印刷していない窒化アルミニウムグリーンシートを用意し、これらを重ね合わせて、70℃、10MPaの圧力でラミネートした。その後、窒素雰囲気中にて850℃で脱脂し、更に窒素雰囲気中にて1850℃で焼結することにより、セラミックスヒータを作製した。このとき使用した窒素の露点は−60℃であった。   Next, a high frequency generating electrode was formed on another aluminum nitride green sheet by the same method. The film thickness at this time was 40 μm. In addition to these, an aluminum nitride green sheet on which nothing was printed was prepared, and these were laminated and laminated at 70 ° C. and a pressure of 10 MPa. Then, the ceramic heater was produced by degreasing at 850 degreeC in nitrogen atmosphere, and also sintering at 1850 degreeC in nitrogen atmosphere. The dew point of nitrogen used at this time was −60 ° C.

出来上がったセラミックスヒータに研磨加工を施し、抵抗発熱体及び高周波発生用電極に導通が確保できるように穴あけ加工を実施した。次に、ウエハ搭載面にあたる部分に、直径301mm、深さ0.6mmのザグリ加工を実施した。そして、ヒータ外周部の形状を整え、直径330mmとした。最後に、抵抗発熱体及び高周波発生用電極の各電極部に活性金属ロウによりMo電極を取り付け、セラミックスヒータを完成した。   The finished ceramic heater was polished, and drilling was performed to ensure electrical continuity between the resistance heating element and the high frequency generating electrode. Next, a counterbore process having a diameter of 301 mm and a depth of 0.6 mm was performed on the portion corresponding to the wafer mounting surface. And the shape of the heater outer peripheral part was adjusted and it was set as 330 mm in diameter. Finally, a Mo heater was attached to each electrode portion of the resistance heating element and the high frequency generating electrode with an active metal brazing to complete a ceramic heater.

得られたセラミックスヒータをチャンバー内に設置し、図1〜3に示す各電気回路を備えた装置を作製し、それぞれ750℃まで昇温させた。その結果、図2の電気回路の構成では、300℃程度になると漏電量が30mAを超え、漏電ブレーカー7が抵抗発熱体3への通電を遮断するため、それ以上の温度に昇温させることができなかった。これに対して図1、3の電気回路の構成では、いずれも750℃まで昇温することが可能であった。   The obtained ceramic heater was installed in the chamber, and the apparatus provided with each electric circuit shown to FIGS. 1-3 was produced, and it heated up to 750 degreeC, respectively. As a result, in the configuration of the electric circuit in FIG. 2, when the temperature reaches about 300 ° C., the amount of leakage exceeds 30 mA, and the leakage breaker 7 cuts off the energization to the resistance heating element 3, so that the temperature can be raised to a higher temperature. could not. On the other hand, in the configuration of the electric circuit of FIGS. 1 and 3, it was possible to raise the temperature to 750 ° C.

更に、チャンバーの蓋を開放した際には、本発明による図1の電気回路の構成では、漏電量が30mAを超えると漏電ブレーカー7が作動し、抵抗発熱体3への通電を遮断することができたが、図3の構成では漏電ブレーカー7が作動しなかった。この結果から、電気回路の漏電量を必要なときに検知できる図1の回路構造が、より安全な回路であることが分かる。尚、図1、3の抵抗発熱体回路において、回路を設置していないときの漏電量は2mA未満であり、ヒータを高温にする場合には、抵抗発熱体回路を設置しないことが必要であることが分る。   Furthermore, when the chamber lid is opened, in the configuration of the electric circuit of FIG. 1 according to the present invention, if the leakage current exceeds 30 mA, the leakage breaker 7 is activated and the resistance heating element 3 is cut off. Although it was possible, the earth leakage breaker 7 did not operate in the configuration of FIG. From this result, it can be seen that the circuit structure of FIG. 1 that can detect the amount of electric leakage in the electric circuit is a safer circuit. In the resistance heating element circuit of FIGS. 1 and 3, the leakage current when the circuit is not installed is less than 2 mA. When the heater is heated to a high temperature, it is necessary not to install the resistance heating element circuit. I understand that.

本発明の半導体加熱装置の一具体例におけるセラミックスヒータの回路図である。It is a circuit diagram of the ceramic heater in one specific example of the semiconductor heating device of the present invention. 参考例の半導体加熱装置におけるセラミックスヒータの回路図である。It is a circuit diagram of the ceramic heater in the semiconductor heating apparatus of a reference example. 他の参考例の半導体加熱装置におけるセラミックスヒータの回路図である。It is a circuit diagram of the ceramic heater in the semiconductor heating apparatus of another reference example.

符号の説明Explanation of symbols

1 チャンバー
1a 蓋
2 セラミックスヒータ
3 抵抗発熱体
4 高周波発生用電極
5 絶縁トランス
6 交流電源
7 漏電ブレーカー
8 マグネットスイッチ
9 リミットスイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chamber 1a Lid 2 Ceramic heater 3 Resistance heating element 4 Electrode for high frequency generation 5 Insulation transformer 6 AC power supply 7 Earth leakage breaker 8 Magnet switch 9 Limit switch

Claims (5)

チャンバー内にウエハ加熱用のセラミックスヒータが設置され、該セラミックスヒータは絶縁体を介して少なくとも一つの抵抗発熱体を含む複数の電気回路を有する半導体加熱装置において、前記抵抗発熱体は絶縁トランスを介して交流電源に接続されると共に、該抵抗発熱体と絶縁トランスとの間に漏電ブレーカーを備え、該抵抗発熱体はチャンバーの蓋が閉じているときはアースに接続されず、チャンバーの蓋が開放されたときアースに接続されることを特徴とする半導体加熱装置。   A ceramic heater for heating a wafer is installed in the chamber, and the ceramic heater has a plurality of electric circuits including at least one resistance heating element via an insulator, and the resistance heating element passes through an insulation transformer. Is connected to an AC power source, and has an earth leakage breaker between the resistance heating element and the insulation transformer. The resistance heating element is not connected to the ground when the chamber lid is closed, and the chamber lid is opened. A semiconductor heating device, wherein the semiconductor heating device is connected to ground when it is applied. 前記抵抗発熱体は絶縁トランスと漏電ブレーカーの間でマグネットスイッチを介してアースに接続可能に設けられ、該マグネットスイッチにON−OFF信号を送るリミットスイッチがチャンバーの蓋に取り付けてあり、チャンバーの蓋が開放されたときリミットスイッチの信号によりマグネットスイッチがONとなり抵抗発熱体がアースに接続されることを特徴とする、請求項1に記載の半導体加熱装置。   The resistance heating element is provided between the insulating transformer and the earth leakage breaker via a magnet switch so that it can be connected to the ground. A limit switch for sending an ON-OFF signal to the magnet switch is attached to the lid of the chamber. 2. The semiconductor heating device according to claim 1, wherein when the is opened, the magnet switch is turned on by a signal from a limit switch and the resistance heating element is connected to the ground. 前記複数の電気回路の少なくともひとつが高周波発生用電極であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の半導体加熱装置。   The semiconductor heating device according to claim 1, wherein at least one of the plurality of electric circuits is a high frequency generating electrode. 前記複数の電気回路の少なくともひとつが静電チャック用電極であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の半導体加熱装置。   The semiconductor heating device according to claim 1, wherein at least one of the plurality of electric circuits is an electrostatic chuck electrode. 前記セラミックスヒータの材質が窒化アルミニウムであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の半導体加熱装置。   The semiconductor heating apparatus according to claim 1, wherein the ceramic heater is made of aluminum nitride.
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