JP2531874B2 - Ceramic heater - Google Patents

Ceramic heater

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JP2531874B2
JP2531874B2 JP3253598A JP25359891A JP2531874B2 JP 2531874 B2 JP2531874 B2 JP 2531874B2 JP 3253598 A JP3253598 A JP 3253598A JP 25359891 A JP25359891 A JP 25359891A JP 2531874 B2 JP2531874 B2 JP 2531874B2
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隆介 牛越
和宏 ▲昇▼
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマCVD、減圧
CVD、プラズマエッチング、光エッチング装置等に使
用される半導体ウエハー加熱装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor wafer heating apparatus used in plasma CVD, low pressure CVD, plasma etching, photo etching apparatus and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】スーパークリーン状態を必要とする半導
体製造装置では、デポジション用ガス、エッチング用ガ
ス、クリーニング用ガスとして塩素系ガス、弗素系ガス
等の腐食性ガスが使用されている。このため、半導体ウ
エハーをこれらの腐食性ガスに接触させた状態で加熱す
るための加熱装置として、抵抗発熱体の表面をステンレ
ススチール、インコネル等の金属により被覆した従来の
ヒーターを使用すると、これらのガスの暴露によって、
塩化物、酸化物、弗化物等の粒径数μm の、好ましくな
いパーティクルが発生する。
2. Description of the Related Art Corrosive gases such as chlorine gas and fluorine gas are used as a deposition gas, an etching gas, and a cleaning gas in a semiconductor manufacturing apparatus which requires a super clean state. Therefore, when a conventional heater in which the surface of the resistance heating element is coated with a metal such as stainless steel or Inconel is used as a heating device for heating the semiconductor wafer in a state of being brought into contact with these corrosive gases, these By exposure to gas,
Undesirable particles such as chlorides, oxides and fluorides having a particle size of several μm are generated.

【0003】そこでデポジション用ガス等に暴露される
容器の外側に赤外線ランプを設置し、容器外壁に赤外線
透過窓を設け、グラファイト等の耐食性良好な材質から
なる被加熱体に赤外線を放射し、被加熱体の上面に置か
れた半導体ウエハーを加熱する、間接加熱方式の半導体
ウエハー加熱装置が開発されている。ところがこの方式
のものは、直接加熱式のものに比較して熱損失が大きい
こと、温度上昇に時間がかかること、赤外線透過窓への
CVD膜の付着により赤外線の透過が次第に妨げられ、
赤外線透過窓で熱吸収が生じて窓が加熱すること等の問
題があった。
Therefore, an infrared lamp is installed on the outside of the container exposed to the deposition gas and the like, an infrared transmitting window is provided on the outer wall of the container, and infrared rays are radiated to a heated body made of a material having good corrosion resistance such as graphite, An indirect heating type semiconductor wafer heating device for heating a semiconductor wafer placed on the upper surface of an object to be heated has been developed. However, in this system, the heat loss is larger than that of the direct heating system, the temperature rise takes a long time, and the transmission of infrared rays is gradually hindered due to the deposition of the CVD film on the infrared transmission window,
There is a problem that heat is absorbed in the infrared transmitting window and the window is heated.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記の問題を解決する
ため、本発明者等は、新たに円盤状の緻密質セラミック
ス内に抵抗発熱体を埋設し、このセラミックスヒーター
をグラファイトのケースに保持した加熱装置について検
討した。この結果この加熱装置は、上述のような問題点
を一掃した極めて優れた装置であることが判明した。し
かし、本発明者がなお検討を進めると、以下の問題が未
だ残されていることが解った。
In order to solve the above problems, the present inventors newly embedded a resistance heating element in a disc-shaped dense ceramic, and held this ceramic heater in a graphite case. The heating device was examined. As a result, it was found that this heating device was an extremely excellent device that eliminated the above-mentioned problems. However, when the present inventor further studied, it was found that the following problems still remained.

【0005】即ち、セラミックスヒーター側面を伝熱性
の高いグラファイト製やアルミニウム製のケースで保持
するため、この接触部分からケースの方へと熱が逃げ、
セラミックスヒーターの外周部の温度が内周部の温度に
くらべて低くなり、均熱性が損なわれるという問題が生
じた。従って、半導体ウエハーを加熱した場合、このウ
エハーの周縁部で相対的に温度が低下するため、例えば
熱CVD法によって膜を堆積させる場合に、半導体ウエ
ハーの中心部と周縁部とで膜の成長速度に差が生じ、半
導体の不良の原因となる。
That is, since the side surface of the ceramic heater is held by a case made of graphite or aluminum having high heat conductivity, heat escapes from this contact portion to the case,
The temperature of the outer peripheral portion of the ceramics heater becomes lower than the temperature of the inner peripheral portion thereof, which causes a problem that the soaking property is impaired. Therefore, when the semiconductor wafer is heated, the temperature relatively decreases at the peripheral portion of the wafer. Therefore, for example, when the film is deposited by the thermal CVD method, the growth rate of the film at the central portion and the peripheral portion of the semiconductor wafer is high. Difference occurs, which causes a semiconductor defect.

【0006】特に最近、半導体ウエハーが大型化してき
ており、これに対応すべく半導体ウエハー加熱用のセラ
ミックスヒーターを大型化させる必要がある。しかし、
半導体ウエハー加熱面の直径が大きくなると、これを均
熱化するのはますます難しくなってきている。
Particularly in recent years, the size of semiconductor wafers has been increasing, and in order to cope with this, it is necessary to increase the size of ceramic heaters for heating semiconductor wafers. But,
As the diameter of the heated surface of a semiconductor wafer becomes larger, it becomes more and more difficult to make it uniform.

【0007】これを解決する方法として、本発明者は、
円盤状セラミックスヒーターを内周側と外周側とに分
け、内周側と外周側とで独立に、抵抗発熱体からの発熱
量を制御する技術を検討した。しかし、この方法では、
制御系統が複雑になるし、発熱量を制御するコントロー
ラーのコストが高くなる。また、セラミックス基体を窒
化珪素セラミックスで形成してその表面温度を測定して
も、未だ温度にムラが残っていた。
As a method of solving this, the present inventor
The technology of controlling the amount of heat generated from the resistance heating element by dividing the disk-shaped ceramics heater into the inner peripheral side and the outer peripheral side and independently controlling the inner peripheral side and the outer peripheral side was studied. But with this method,
The control system becomes complicated, and the cost of the controller that controls the heat generation amount increases. Further, when the ceramic substrate was formed of silicon nitride ceramics and the surface temperature was measured, the temperature still had unevenness.

【0008】本発明の課題は、ウエハーの汚染や熱効率
の悪化といった問題を生じず、しかもウエハーの加熱温
度を均一化してウエハーの歩留りを向上させることがで
きるような、セラミックスヒーターを提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide a ceramic heater which does not cause problems such as contamination of the wafer and deterioration of thermal efficiency, and which can make the heating temperature of the wafer uniform and improve the yield of the wafer. is there.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、緻密質セラミ
ックスからなる盤状基体と、この盤状基体の内部に埋設
された抵抗発熱体とを備えた半導体ウエハー加熱用のセ
ラミックスヒーターであって、抵抗発熱体と半導体ウエ
ハーとの間に耐熱金属層と緻密質セラミックス層とが設
けられており、耐熱金属層の径方向の寸法が盤状基体お
よび緻密質セラミックス層の径方向の寸法よりも小さ
く、盤状基体と緻密質セラミックス層との中に耐熱金属
層が外部に露出しないように包含および埋設されてお
り、かつ盤状基体と緻密質セラミックス層とが耐熱金属
層を包含および埋設した状態で一体焼成によって作成さ
れ、前記盤状基体と前記緻密質セラミックス層とが接合
界面なく一体をなしており、盤状基体と緻密質セラミッ
クス層とが窒化珪素、窒化アルミニウムおよびサイアロ
ンからなる群より選ばれたセラミックスからなり、耐熱
金属層の材質がタングステン、モリブデン、タンタル、
ニオブ、ハフニウムおよびレニウムからなる群より選ば
れた一種以上の金属であり、耐熱金属層の厚さが100
μm以上、800μm以下であることを特徴とする、半
導体ウエハー加熱用のセラミックスヒーターに係るもの
である。
The present invention relates to a ceramics heater for heating a semiconductor wafer, which comprises a disc-shaped substrate made of dense ceramics, and a resistance heating element embedded in the disc-shaped substrate. The heat-resistant metal layer and the dense ceramic layer are provided between the resistance heating element and the semiconductor wafer, and the radial dimension of the heat-resistant metal layer is larger than the radial dimension of the board-shaped substrate and the dense ceramic layer. The heat-resistant metal layer is small and is included and embedded in the board-shaped substrate and the dense ceramic layer so as not to be exposed to the outside, and the board-shaped substrate and the dense ceramic layer include and embedded the heat-resistant metal layer. Is formed by integral firing in a state, the board-shaped substrate and the dense ceramics layer are integrated without a bonding interface, and the board-shaped substrate and the dense ceramics layer are made of silicon nitride, Aluminum and consists chosen ceramics from the group consisting of sialon, tungsten material of the refractory metal layer, molybdenum, tantalum,
It is one or more metals selected from the group consisting of niobium, hafnium and rhenium, and the heat-resistant metal layer has a thickness of 100.
The present invention relates to a ceramics heater for heating a semiconductor wafer, which has a thickness of at least μm and at most 800 μm.

【0010】[0010]

【実施例】図1は、本発明の実施例に係る円盤状セラミ
ックスヒーター5Bを示す断面図、図2は半導体製造用
熱CVD装置のフランジ部19に本実施例のヒーターを取
り付けた状態を示す概略断面図、図3は図2のIII −II
I 線矢視図である。
EXAMPLE FIG. 1 is a sectional view showing a disk-shaped ceramic heater 5B according to an example of the present invention, and FIG. 2 shows a state in which the heater of this example is attached to a flange portion 19 of a thermal CVD apparatus for semiconductor manufacturing. Schematic sectional view, FIG. 3 is III-II of FIG.
FIG.

【0011】この円盤状セラミックスヒーター5Bにお
いては、緻密質セラミックス基体3の内部に、抵抗発熱
体4が埋設されている。この抵抗発熱体4は、例えば直
径0.4 mm程度のワイヤーをコイル状に卷回してなるもの
である。そして、この抵抗発熱体4が、円盤状基体3の
内部に、平面的にみて渦巻状に埋設されている。抵抗発
熱体4の両端部には、それぞれ塊状端子6が連結されて
おり、各塊状端子6の表面が、円盤状基体3の表面に露
出している。円盤状基体3の側周面には、円環状の突出
部3bが形成されている。
In the disk-shaped ceramic heater 5B, the resistance heating element 4 is embedded inside the dense ceramic substrate 3. The resistance heating element 4 is formed by winding a wire having a diameter of about 0.4 mm in a coil shape. The resistance heating element 4 is embedded in the disk-shaped substrate 3 in a spiral shape when seen in a plan view. Bulk terminals 6 are connected to both ends of the resistance heating element 4, and the surfaces of the bulk terminals 6 are exposed on the surface of the disk-shaped substrate 3. An annular protrusion 3b is formed on the side peripheral surface of the disk-shaped substrate 3.

【0012】円盤状基体3の発熱面3a側に、耐熱金属層
1Bが存在している。この耐熱金属層1Bの表面側に、
緻密質セラミックス層2Bが設けられている。緻密質セ
ラミックス層2Bの表面が半導体ウエハー加熱面22を構
成する。半導体ウエハーは、加熱面22に対して直接設置
されるか、他のサセプターを介して設置される。耐熱金
属層1Bの熱伝導率は、緻密質セラミックス層2Bや盤
状基体3を構成するセラミックスの熱伝導率よりも大き
くなければならない。そして、緻密質セラミックス層2
Bや盤状基体3は、一体で焼結されており、この一体焼
結されたセラミックス基材の中に耐熱金属層1Bが埋設
されている。耐熱金属層1Bの寸法は、発熱面3aの寸法
よりも若干小さい。このため、耐熱金属層1Bのエッジ
も緻密質セラミックス層2Bで覆われている。これによ
り、耐熱金属層1Bは、緻密質セラミックス内に埋設さ
れており、半導体製造容器内に全く露出しない。
A heat-resistant metal layer 1B is present on the heating surface 3a side of the disk-shaped substrate 3. On the surface side of this heat resistant metal layer 1B,
A dense ceramics layer 2B is provided. The surface of the dense ceramics layer 2B constitutes the semiconductor wafer heating surface 22. The semiconductor wafer is placed directly on the heating surface 22 or via another susceptor. The heat conductivity of the refractory metal layer 1B must be higher than the heat conductivity of the ceramics forming the dense ceramics layer 2B and the disk-shaped substrate 3. And the dense ceramics layer 2
B and the disk-shaped substrate 3 are integrally sintered, and the heat-resistant metal layer 1B is embedded in the integrally sintered ceramic substrate. The size of the heat-resistant metal layer 1B is slightly smaller than the size of the heat generating surface 3a. Therefore, the edge of the refractory metal layer 1B is also covered with the dense ceramics layer 2B. As a result, the refractory metal layer 1B is embedded in the dense ceramics and is not exposed at all in the semiconductor manufacturing container.

【0013】図示しない半導体製造用熱CVD装置の容
器に、フランジ部19が取り付けられ、このフランジ部19
が容器の天井面を構成している。フランジ部19と、図示
しない容器との間は、Oリング17によって気密にシール
されている。フランジ部19の上側に、取り外し可能な天
板20が取り付けられ、この天板20が、フランジ部19の円
形貫通孔19a を覆っている。フランジ部19に水冷ジャケ
ット18が取り付けられる。
A flange portion 19 is attached to a container of a semiconductor manufacturing thermal CVD apparatus (not shown).
Constitutes the ceiling surface of the container. An O-ring 17 hermetically seals between the flange portion 19 and a container (not shown). A removable top plate 20 is attached to the upper side of the flange portion 19, and the top plate 20 covers the circular through hole 19a of the flange portion 19. The water cooling jacket 18 is attached to the flange portion 19.

【0014】フランジ部19の下側面には、グラファイト
からなるリング状ケース保持具14が、断熱リング16を介
して固定されている。ケース保持具14とフランジ部19と
は直接には接触しておらず、若干の間隙が設けられてい
る。ケース保持具14の下側面には、グラファイトからな
る略リング状のケース11が、断熱リング13を介して固定
されている。ケース11とケース保持具14とは直接に接触
しておらず、若干の間隙が設けられている。
A ring-shaped case holder 14 made of graphite is fixed to the lower side surface of the flange portion 19 via a heat insulating ring 16. The case holder 14 and the flange portion 19 are not in direct contact with each other, and a slight gap is provided. A substantially ring-shaped case 11 made of graphite is fixed to the lower surface of the case holder 14 via a heat insulating ring 13. The case 11 and the case holder 14 are not in direct contact with each other, and a slight gap is provided.

【0015】ステンレスシース付きの熱電対10が、モリ
ブデン、セラミックス等からなる中空シース9内に挿入
され、中空シース9の細い先端がセラミックス基体3の
背面側に接合されている。一対の電極部材7及び中空シ
ース9は、それぞれ天板20を貫通して容器外に端部を付
き出した状態となっている。また、一対の電極部材7及
び中空シース9と天板20との間は、Oリングで気密にシ
ールされる。
A thermocouple 10 with a stainless sheath is inserted into a hollow sheath 9 made of molybdenum, ceramics or the like, and the thin tip of the hollow sheath 9 is joined to the back side of the ceramic base 3. The pair of electrode members 7 and the hollow sheath 9 are in a state of penetrating the top plate 20 and projecting their ends outside the container. An O-ring hermetically seals between the top plate 20 and the pair of electrode members 7 and the hollow sheath 9.

【0016】円盤状セラミックスヒーター5Bの側周面
の背面側には、前述のように突出部3bがリング状に形成
され、一方、ケース11の下部内周にはやはりリング状に
ケース本体から突出した支持部11a が形成されている。
円盤状セラミックスヒーター5Bとケース11との間には
所定の間隔を置き、これら両者を接触させない。そし
て、図2及び図3に示すように、例えば計4個の円柱状
介在ピン21をケース11内周とセラミックスヒーター5B
の側周面との間に介在させ、介在ピン21の一端を支持部
11a 上に螺合、接合、嵌合等により固定し、他端の上に
突出部3bを載置し、これによりセラミックスヒーター5
Bを断熱固定する。一対の塊状端子6には、それぞれ棒
状の電極部材7が連結され、電極部材7の一端がリード
線8に接続されている。
On the back side of the side peripheral surface of the disk-shaped ceramics heater 5B, the projecting portion 3b is formed in a ring shape as described above, while on the other hand, in the lower inner circumference of the case 11, it is also projected in a ring shape from the case body. The supporting portion 11a is formed.
A predetermined space is provided between the disk-shaped ceramics heater 5B and the case 11 so that they are not in contact with each other. Then, as shown in FIGS. 2 and 3, for example, a total of four cylindrical interposition pins 21 are provided on the inner circumference of the case 11 and the ceramic heater 5B.
And one side of the interposition pin 21 as a support part.
11a is fixed by screwing, joining, fitting, etc., and the protrusion 3b is placed on the other end, whereby the ceramic heater 5
Insulate and fix B. A rod-shaped electrode member 7 is connected to each of the pair of massive terminals 6, and one end of the electrode member 7 is connected to the lead wire 8.

【0017】本実施例によれば、緻密質セラミックスか
らなる円盤状基体3の内部に抵抗発熱体4を埋設するの
で、半導体装置内を汚染する等のおそれがない。また、
円盤状基体3から直接発熱させるので、間接加熱方式の
場合のような熱効率の悪化は生じない。
According to this embodiment, since the resistance heating element 4 is embedded inside the disk-shaped substrate 3 made of dense ceramics, there is no possibility of contaminating the inside of the semiconductor device. Also,
Since heat is directly generated from the disk-shaped substrate 3, there is no deterioration in thermal efficiency as in the case of the indirect heating method.

【0018】また、抵抗発熱体4を埋設した円盤状基体
3を真空中または希薄気体中で使用するとき、円盤状基
体3の表面、裏面、及び側面からの熱放射、熱伝達、ま
たは基体3を支持するためのケース11への熱伝導によっ
て熱が放散する。このうち、側面からの熱の放散は、円
盤状基体3の中心から側面に向かって温度が下がる原因
となり、半導体ウエハー1の均熱化を妨げる。
When the disk-shaped substrate 3 having the resistance heating element 4 embedded therein is used in a vacuum or in a dilute gas, heat radiation, heat transfer from the front surface, back surface, and side surfaces of the disk-shaped substrate 3 or the substrate 3 is performed. Heat is dissipated by heat conduction to the case 11 for supporting the. Of these, the dissipation of heat from the side surface causes the temperature to decrease from the center of the disk-shaped substrate 3 toward the side surface, which hinders the uniform temperature distribution of the semiconductor wafer 1.

【0019】この点、本実施例では、円盤状基体3の側
周面とケース11とを直接接触させず、介在ピン21で円盤
状基体3を支持している。従って、円盤状基体3の側周
面から熱伝導によって逃げる熱を少なくできる。
In this respect, in the present embodiment, the disk-shaped substrate 3 is supported by the interposition pins 21 without directly contacting the side peripheral surface of the disk-shaped substrate 3 and the case 11. Therefore, the heat escaping from the side peripheral surface of the disk-shaped substrate 3 by heat conduction can be reduced.

【0020】そして、円盤状基体3の発熱面3a側に耐熱
金属層1Bを接合させているので、耐熱金属層1B内で
熱量が図1において横方向へと移動する。この結果、耐
熱金属層1Bにおいて温度勾配がほぼ消去され、半導体
ウエハー加熱面22において温度のムラが防止される。し
かも、円盤状基体3および緻密質セラミックス層2Bが
一体焼結されており、この一体焼結されたセラミックス
基材の中に耐熱金属層1Bが埋設されているので、耐熱
金属層1Bを構成する金属が半導体ウエハーを汚染する
おそれがまったくなくなる。
Since the heat-resistant metal layer 1B is bonded to the heat-generating surface 3a side of the disk-shaped substrate 3, the amount of heat in the heat-resistant metal layer 1B moves laterally in FIG. As a result, the temperature gradient is almost eliminated in the heat-resistant metal layer 1B, and the temperature unevenness on the semiconductor wafer heating surface 22 is prevented. Moreover, since the disk-shaped substrate 3 and the dense ceramics layer 2B are integrally sintered, and the refractory metal layer 1B is embedded in the integrally sintered ceramics base material, the refractory metal layer 1B is formed. There is no risk of the metal contaminating the semiconductor wafer.

【0021】セラミックス層2Bおよび円盤状基体3を
構成するセラミックスは、デポジション用ガスの吸着を
防止するために緻密体である必要があり、吸水率が0.01
%以下の材質が好ましい。また機械的応力は加わらない
ものの、常温から1100℃までの加熱と冷却に耐えること
のできる耐熱衝撃性を有するものが好ましい。耐熱衝撃
性の点からは、窒化珪素セラミックス、サイアロンが好
ましい。ただし、窒化珪素セラミックスを採用した場合
は、この材料の熱伝導率が低いことから、耐熱金属層1
Bの作用が一層重要になる。円盤状基体3および緻密質
セラミックス層2Bの材質として、熱伝導率の高い窒化
アルミニウムセラミックスを使用することも好ましい。
The ceramics constituting the ceramics layer 2B and the disk-shaped substrate 3 need to be dense in order to prevent adsorption of the deposition gas, and the water absorption rate is 0.01.
% Or less is preferable. Further, it is preferable to use one having a thermal shock resistance capable of withstanding heating and cooling from room temperature to 1100 ° C., although no mechanical stress is applied. From the viewpoint of thermal shock resistance, silicon nitride ceramics and sialon are preferable. However, when silicon nitride ceramics is adopted, the heat conductivity of this material is low, and therefore the heat-resistant metal layer 1
The action of B becomes more important. It is also preferable to use aluminum nitride ceramics having high thermal conductivity as the material of the disk-shaped substrate 3 and the dense ceramics layer 2B.

【0022】耐熱金属層1Bの材質としては、タングス
テン、モリブデン、タンタル、ニオブ、ハフニウムおよ
びレニウムからなる群より選ばれた一種以上の金属を使
用する。金を利用すると、ヒートサイクルの途中で緻密
質セラミックス層2Aの方へと金が拡散して出てくるこ
とがある。
As the material of the refractory metal layer 1B, one or more metals selected from the group consisting of tungsten, molybdenum, tantalum, niobium, hafnium and rhenium are used. If gold is used, the gold may diffuse toward the dense ceramic layer 2A during the heat cycle.

【0023】緻密質セラミックス層2Bの厚さは、1m
m以下とすることが好ましい。これが厚すぎると、セラ
ミックス層2Bでの熱伝導度が悪くなり、再び温度ムラ
が生ずるからである。耐熱金属層1Bの厚さは100 〜80
0 μm とする。これが100μm未満であると、断面積
が小さいことから横方向へと熱が伝わりにくく、均熱化
の効果が乏しくなってくる。耐熱金属層1Bの厚さが8
00μmを越えると、耐熱金属層1Bを埋設した状態
で、緻密質セラミックス層および盤状基体を一体焼結し
ていることから、加熱と冷却とを繰り返し行ったとき
に、過大な熱応力が円盤状基体3にかかるおそれがあ
る。これを800μm以下とすることによって、特に熱
サイクルをかけたときの耐久性が向上する。
The thickness of the dense ceramics layer 2B is 1 m.
It is preferably m or less. This is because if it is too thick, the thermal conductivity in the ceramic layer 2B deteriorates and temperature unevenness occurs again. The heat-resistant metal layer 1B has a thickness of 100-80.
Set to 0 μm. If the thickness is less than 100 μm, the cross-sectional area is small, so that heat is difficult to be transferred in the lateral direction, and the effect of soaking becomes poor. The heat-resistant metal layer 1B has a thickness of 8
If the thickness exceeds 00 μm, the dense ceramics layer and the disk-shaped substrate are integrally sintered in a state where the heat-resistant metal layer 1B is embedded, so that excessive thermal stress is generated when the heating and cooling are repeated. There is a risk that the base material 3 will get caught. By setting this to 800 μm or less, the durability is improved especially when a heat cycle is applied.

【0024】緻密質セラミックス用の原料粉末を図1に
示すように成形し、この成形体を一体に焼成して、図1
に示すような円盤状セラミックスヒーターを作成するこ
とができる。
A raw material powder for dense ceramics is molded as shown in FIG. 1, and this molded body is integrally fired to obtain the powder shown in FIG.
A disc-shaped ceramic heater as shown in can be prepared.

【0025】抵抗発熱体4としては、タングステン、モ
リブデン等を使用することが適当である。抵抗発熱体と
しては、線材、薄いシート状等の形態のものが用いられ
る。介在ピン21の材質としては、セラミックス、又はガ
ラス、無機結晶体、緻密な非金属無機材が好ましく、酸
化珪素質ガラス、水晶、部分安定化ジルコニア、アルミ
ナが更に好ましく、熱伝導率の低い酸化珪素質ガラスが
一層好ましい。
As the resistance heating element 4, it is suitable to use tungsten, molybdenum or the like. As the resistance heating element, a wire rod, a thin sheet, or the like is used. The material of the interposition pin 21 is preferably ceramics, glass, an inorganic crystalline material, or a dense nonmetallic inorganic material, more preferably silicon oxide glass, crystal, partially stabilized zirconia, or alumina, and silicon oxide having a low thermal conductivity. Quality glass is more preferred.

【0026】本発明のセラミックスヒーターは、Feウエ
ハー、Alウエハー等の加熱にも適用できる。また、盤状
基体は、上記した円盤状基体3の他、四角盤状、六角盤
状等の形状のものも含む。耐熱金属層1Bを、CVD
法、スパッタリング法等によって形成することも可能で
ある。
The ceramic heater of the present invention can also be applied to heating Fe wafers, Al wafers and the like. Further, the disc-shaped substrate includes not only the disc-shaped substrate 3 described above but also a disc-shaped substrate, a hexagonal disc, or the like. CVD of heat-resistant metal layer 1B
It can also be formed by a sputtering method, a sputtering method, or the like.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明によれば、緻密質セラミックスか
らなる盤状基体の内部に抵抗発熱体を埋設するので、装
置内を汚染するおそれがない。また、盤状基体から直接
発熱させるので、間接加熱方式の場合のような熱効率の
悪化は生じない。また、抵抗発熱体と緻密質セラミック
ス層とを、一体焼結された窒化物セラミッスク基材によ
って形成し、この中に耐熱金属層を埋設しているので、
耐熱金属層内で熱量が移動する。これにより、ウエハー
加熱面において温度のムラが防止されるし、耐熱金属層
を構成する金属がウエハーを汚染するおそれがまったく
ない。更に、抵抗発熱体と緻密質セラミックス層とを、
一体焼結された上記の窒化物セラミックスによって形成
し、かつ耐熱金属層を上記した特定の金属によって形成
した場合に、この耐熱金属層の厚さを100μm以上と
することによって、充分な温度の均一性を確保すること
ができ、800μm以下とすることによって、繰り返し
使用したときに破壊を防止することができる。
According to the present invention, since the resistance heating element is embedded inside the board-shaped substrate made of dense ceramics, there is no possibility of contaminating the inside of the device. In addition, since heat is directly generated from the plate-shaped substrate, deterioration of thermal efficiency unlike in the case of the indirect heating method does not occur. Further, since the resistance heating element and the dense ceramics layer are formed of a nitride ceramics base material that is integrally sintered, and the heat-resistant metal layer is embedded therein,
The amount of heat moves within the refractory metal layer. This prevents unevenness of temperature on the wafer heating surface, and there is no possibility that the metal forming the refractory metal layer contaminates the wafer. Furthermore, the resistance heating element and the dense ceramic layer are
When the refractory metal layer is formed of the above-mentioned integrally sintered nitride ceramics and the refractory metal layer is formed of the above-mentioned specific metal, the thickness of the refractory metal layer is set to 100 μm or more so that a sufficient temperature uniformity can be obtained. Property can be ensured, and by setting the thickness to 800 μm or less, it is possible to prevent breakage when repeatedly used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例に係るセラミックスヒーター5
Bを示す断面図である。
FIG. 1 is a ceramic heater 5 according to an embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which shows B.

【図2】図1のセラミックスヒーター5Bを半導体製造
用熱CVD装置のフランジ部19に取り付けた状態を示す
概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the ceramic heater 5B of FIG. 1 is attached to a flange portion 19 of a semiconductor manufacturing thermal CVD apparatus.

【図3】図2のIII −III 線矢視断面図である(電極部
材7等は図示省略する。)。
FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III of FIG. 2 (the electrode member 7 and the like are omitted).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1B 耐熱金属層 2B 緻密質セラミックス層 3 円盤状基体 4 抵抗発熱体 5B 円盤状セラミックスヒーター 22 半導体ウエハー加熱面 1B Heat-resistant metal layer 2B Dense ceramics layer 3 Disc substrate 4 Resistance heating element 5B Disc ceramic heater 22 Semiconductor wafer heating surface

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】緻密質セラミックスからなる盤状基体と、
この盤状基体の内部に埋設された抵抗発熱体とを備えた
半導体ウエハー加熱用のセラミックスヒーターであっ
て、前記抵抗発熱体と半導体ウエハーとの間に耐熱金属
層と緻密質セラミックス層とが設けられており、前記耐
熱金属層の径方向の寸法が前記盤状基体および前記緻密
質セラミックス層の径方向の寸法よりも小さく、前記盤
状基体と前記緻密質セラミックス層との中に前記耐熱金
属層が外部に露出しないように包含および埋設されてお
り、かつ前記盤状基体と前記緻密質セラミックス層とが
前記耐熱金属層を包含した状態で一体焼成によって作成
され、前記盤状基体と前記緻密質セラミックス層とが接
合界面なく一体をなしており、前記盤状基体と前記緻密
質セラミックス層とが窒化珪素、窒化アルミニウムおよ
びサイアロンからなる群より選ばれたセラミックスから
なり、前記耐熱金属層の材質がタングステン、モリブデ
ン、タンタル、ニオブ、ハフニウムおよびレニウムから
なる群より選ばれた一種以上の金属であり、前記耐熱金
属層の厚さが100μm以上、800μm以下であるこ
とを特徴とする、半導体ウエハー加熱用のセラミックス
ヒーター。
1. A disk-shaped substrate made of dense ceramics,
A ceramic heater for heating a semiconductor wafer, comprising a resistance heating element embedded inside the board-shaped substrate, wherein a heat-resistant metal layer and a dense ceramic layer are provided between the resistance heating element and the semiconductor wafer. The dimension of the heat-resistant metal layer in the radial direction is smaller than the dimension of the disc-shaped substrate and the dense ceramic layer in the radial direction, and the heat-resistant metal is contained in the disc-shaped substrate and the dense ceramic layer. A layer is included and embedded so as not to be exposed to the outside, and the board-shaped substrate and the dense ceramics layer are formed by integral firing in a state of including the heat-resistant metal layer, and the board-shaped substrate and the dense ceramic layer are formed. The ceramic base layer and the dense ceramics layer are integrated with each other without a bonding interface, and are made of silicon nitride, aluminum nitride and sialon. The refractory metal layer is made of ceramics selected from the group, and the refractory metal layer is made of one or more metals selected from the group consisting of tungsten, molybdenum, tantalum, niobium, hafnium and rhenium, and the refractory metal layer has a thickness of 100 μm. As described above, the ceramic heater for heating a semiconductor wafer has a thickness of 800 μm or less.
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