JP4000236B2

JP4000236B2 - Ceramic heater

Info

Publication number: JP4000236B2
Application number: JP35756999A
Authority: JP
Inventors: 卓馬串橋; 健司佐藤; 和弘山口
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2019-12-16
Also published as: JP2001176646A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの製造工程における半導体ウエーハの加熱や、ＣＶＤ法、スパッタ法によって薄膜を形成する際の基材の加熱に使用されるセラミックスヒータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程における半導体ウエーハの加熱や、ＣＶＤ法、スパッタ法によって薄膜を形成する際の基材の加熱に使用されるセラミックスヒータには、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素などの燒結体や熱分解窒化ホウ素等からなる支持基材の上に、導電性セラッミクスからなる発熱層を接合し、機械加工によって所望のヒータパターンを形成した後、さらに該発熱層が電気的に短絡するのを防止するため、その上に電気絶縁性セラミックスからなる被覆層を設けてなるセラミックスヒータ（以下、単にヒータということがある）が使用されている。通常、これらは平板形状のヒータであり、被覆層の一部を削り取って発熱層を露出させ、加熱面のある一部分に電源と接続するための端子を形成している。
【０００３】
また、電気絶縁性セラミックスとして熱分解窒化ホウ素、導電性セラミックスとして熱分解グラファイトを用いたセラミックスヒータは、熱分解窒化ホウ素、熱分解グラファイトが両者共に化学気相蒸着法で製造されるために、燒結法で製造されたものと比べて高純度なものとなるので、半導体ウエーハが不純物によって汚染されることを防止できるという利点があり、加熱プロセスに有利である。
【０００４】
しかし、プロセスガスに例えば、アンモニア、酸素などの高温で炭素を浸食するガスが含まれる場合、端子部に露出している熱分解グラファイトが浸食され、ヒータの寿命が著しく短いものとなる。
これを防ぐために、ヒータを底部と円筒状の直胴部を有する立体形状、即ちカップ形状にすることが行われている。カップの底部の外面にヒータパターンを形成して加熱面とし、カップの直胴部に端子を形成することで端子を加熱面から離し、端子部の温度を低温化することによってプロセスガスによる浸食が起こらないようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ヒータがカップ形状であっても、熱分解窒化ホウ素が６０〜８０Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率を有するために加熱面からの熱が直胴部に伝わりやすく、プロセスガスによる浸食を無視できる範囲ではあるが、直胴部の温度上昇は避けられない。
また、カップ型ヒータでは端子部と加熱面を結ぶために、直胴部に導電経路が形成されるが、この部分の発熱が直胴部の温度上昇を助長してしまうという問題がある。
【０００６】
従って、ヒータ使用温度が高い場合には、ヒータとその取り付け部材の熱膨張係数の不一致のために直胴部が径方向に引っ張られてヒータが破損したり、また周辺部材の劣化を早めるという問題が生じる。
【０００７】
そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、ヒータ使用温度が高い場合でも、直胴部の温度上昇を極力防止して、ヒータ及びその周辺部材の破損、劣化を減らすことのできる長寿命のセラミックスヒータを提供し、半導体プロセスの操業の安定を図ることを主たる目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するために、本発明は、少なくとも底部と円筒状の直胴部を有する立体形状で、電気絶縁性セラミックスからなる支持基材の表面に、所定のヒータパターンを形成した発熱層を有し、該ヒータパターンを覆って電気絶縁性セラミックスからなる被覆層を有し、前記底部の外面を加熱面とし、前記直胴部に電源と接続するための端子部を形成したセラミックスヒータであって、前記直胴部に形成する、前記加熱面と前記端子部を結ぶ導電経路の幅が、前記ヒータパターンの線幅の７倍以上であることを特徴とするセラミックスヒータである。
【０００９】
このような構成にすると、導電経路の幅が加熱面のヒータ部分、即ちヒータパターンの線幅の７倍以上と広くなるため、抵抗値が小さくなる。その結果、この部分での発熱は抑えられ、直胴部の温度上昇を抑制することができる。
従って、ヒータ及びその周辺部材の破損、劣化を減らし、長寿命のセラミックスヒータとすることができる。
【００１０】
この場合、導電経路が、絶縁性を確保するために必要な幅を除いて、直胴部の全面に形成されて成ることが好ましい。
このように、導電経路を直胴部の全面に形成すれば、導電経路の幅が加熱面のヒータ部分よりも十分に広くなるため、抵抗値は一層小さくなり、直胴部での発熱が著しく抑えられ、ヒータ及びその周辺部材の破損、劣化をさらに減らし、長期間安定性に優れたものとすることができる。
【００１１】
さらに、上記において直胴部の円周方向に沿ってスリットが形成されて成るものとすることができる。
このように、導電経路の幅を広げると共に、直胴部の円周方向に沿ってスリットを形成すると、底部と直胴部との伝熱経路が、効果的に遮断されるため、加熱面から直胴部への熱伝導は抑えられ、直胴部の温度上昇を一層防止することができ、ヒータ及びその周辺部材の破損、劣化をさらに減らし、長期間安定性に優れたものとすることができる。
【００１２】
また、本発明は、少なくとも底部と円筒状の直胴部を有する立体形状で、電気絶縁性セラミックスからなる支持基材の表面に、所定のヒータパターンを形成した発熱層を有し、該ヒータパターンを覆って電気絶縁性セラミックスからなる被覆層を有し、前記底部の外面を加熱面とし、前記直胴部に電源と接続するための端子部を形成したセラミックスヒータであって、前記直胴部に前記底部と該直胴部の伝熱経路を遮断するためのスリットを形成して成ることを特徴とするセラミックスヒータである。
【００１３】
このように、スリットを形成するだけでも、底部と直胴部との伝熱経路が遮断されるため、加熱面から直胴部への熱伝導は抑えられ、直胴部の温度上昇を抑制することができる。
従って、ヒータ及びその周辺部材の破損、劣化を減らし、長寿命のセラミックスヒータとすることができる。
【００１４】
そして、この場合、スリットが、直胴部の底部側に近接して、同一円周上に形成されて成ることが好ましい。
このように、スリットを直胴部の底部側のより近い部分に形成するほど、加熱面からの熱伝導が効果的に遮断され、また直胴部の同一円周上に形成することにより、底部と直胴部との伝熱経路がより効果的に遮断されるため、加熱面から直胴部への熱伝導は抑えられ、直胴部の温度上昇を効果的に防止することができる。従って、ヒータ及びその周辺部材の破損、劣化をさらに減らし、長期間安定性に優れたものとすることができる。
【００１５】
さらに、本発明では、支持基材が熱分解窒化ホウ素、前記発熱層が熱分解グラファイト、及び前記被覆層が熱分解窒化ホウ素からなるセラミックスヒータとすることができる。
【００１６】
このように、ヒータの支持基材及び被覆層を熱分解窒化ホウ素で形成し、また発熱層を熱分解グラファイトで形成すると、高純度なものとなるので、半導体ウエーハの不純物による汚染を防止することができると共に、耐熱性に優れており、また熱分解窒化ホウ素は熱分解グラファイトとの密着性に優れているため、特にヒータ使用中に被覆層が剥離するようなことは起こらず、耐久性の高いヒータとすることができる。
【００１７】
従って、このような材質で本発明を構成すれば、導電経路の幅が広く、スリットで伝熱を遮断していることとも相まって、直胴部の温度上昇をより効果的に防止することができ、ヒータ及びその周辺部材の破損、劣化をさらに減らし、長期にわたり安定性に非常に優れたセラミックスヒータとすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
ここで、図１及び図２は、本発明のセラミックスヒータの一例を示したもので、各図面の（ａ）は平面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は正面図である。
【００１９】
本発明者等は、前述した問題点を解決すべく種々調査、検討を重ねた結果、機械加工によってヒータパターンを形成する際に、直胴部に形成する、加熱面と端子部を結ぶ導電経路の幅を広げ、さらに直胴部の円周方向に沿ってスリットを入れることが、極めて有効であることを見出し、諸条件を精査して本発明を完成させた。
【００２０】
まず、本発明のセラミックスヒータの製造方法について説明する。
支持基材及び被覆層の電気絶縁性セラミックスとしては、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムと窒化ホウ素との複合体、熱分解窒化ホウ素又は酸化ケイ素等が用いられる。また、発熱層には、導電性セラミックス又は金属からなるヒータパターンが接合されるが、導電性セラミックスとしては熱分解グラファイト、金属としては高融点金属（鉄、銅、ニッケル、モリブデン、タンタル、タングステン等）、高融点金属合金（Ｎｉ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ等）、貴金属（銀、白金、ロジウム等）、またはこれら貴金属合金（Ｐｔ−Ｒｈ等）等が用いられる。
ここでは、電気絶縁性セラミックスとして熱分解窒化ホウ素、導電性セラミックスとして熱分解グラファイトを用いたセラミックスヒータについて説明する。
【００２１】
始めに、グラファイト製のサセプタ上に三塩化ホウ素とアンモニアを原料とし、熱分解窒化ホウ素を化学気相蒸着させて支持基材２を形成し、さらに炭化水素ガスを原料とし、発熱層となる熱分解グラファイトを化学蒸着させる。
次に、熱分解グラファイトに機械加工を施すことによって所定のヒータパターン３を形成し、さらに発熱層が電気的に短絡するのを防止するため、ヒータパターン３を覆って電気絶縁層として、再度、熱分解窒化ホウ素の被覆層４を形成する。
最後に端子部５を形成してセラミックスヒータ１が完成する。
【００２２】
ここで、本発明では機械加工によってヒータパターン３を形成する際に、直胴部Ｂに形成する、加熱面Ａと端子部５を結ぶ導電経路６の幅を、ヒータパターン３の線幅の７倍以上であるように形成する。
【００２３】
通常、ヒータパターン３の線幅は、ヒータの均熱性と使用電圧の兼ね合い、また発熱層の剥離防止などの理由により、数ｍｍ〜十数ｍｍの範囲である。
一方、ウエーハ加熱用ヒータあるいは板状サンプル加熱用ヒータの実用的な直径は、被加熱物の直径にもよるが、おおよそ３０ｍｍ以上である。
【００２４】
そこで、これらの条件を考慮した上で上述のように、導電経路の幅をヒータパターンの線幅の７倍以上に設定することにした。このようにすれば、導電経路の抵抗値は小さくなり、その結果、この部分での発熱は抑えられ、直胴部の温度上昇を防止することができる。
通常、導電経路はヒータパターンの２乃至４倍程度の幅で設けられている。本発明では、従来技術の約２倍以上となる、７倍以上の大きさの幅で設けたため、導電経路の発熱抑制の効果が顕著に認められる。
また、導電経路の幅の寸法は、電気的に短絡しない範囲において、ヒータパターンの線幅の寸法との差が大きいほど、導電経路の抵抗値は小さくなるので、直胴部の温度上昇を防止することができる。
【００２５】
特に、導電経路６は、絶縁性を確保するために必要な幅を除いて、直胴部Ｂの全面に形成されて成るものが好ましい。電気的に短絡しない範囲で、導電経路の幅を最大限に、つまり絶縁性を確保した幅を除いた残りの直胴部の全面に形成すれば、発熱するヒータ部分の幅との差が最大限になるため、相対的に抵抗値は最小になる。従って、直胴部での発熱は著しく抑えられる。
また、ここでいう絶縁性を確保するために必要な幅は、直胴部の発熱層、被覆層の材質及びヒータの直径、厚さ等に応じ、任意に調節することができる。
【００２６】
例えば、図１のセラミックスヒータ１は、導電経路６が、ヒータパターン３の約３０倍の幅を有し、絶縁性を確保するための部分８の幅９を除いて直銅部Ｂの全面に形成されたものである。任意に幅９を調節できる、絶縁性を確保するための部分８を除き、少なくとも導電経路６がヒータパターン３の線幅の７倍以上の幅を有し、好ましくは導電経路６の幅を直胴部Ｂの全面に形成すれば、直胴部Ｂでの発熱は著しく抑えられる。
【００２７】
さらに、例えば機械加工によってヒータパターン３を形成する際に、図２に示すように、直胴部Ｂの円周方向に沿ってスリット７を入れてもよい。このスリット７によって、底部Ａと直胴部Ｂとの伝熱経路が、効果的に遮断されるため、加熱面Ａから直胴部Ｂへの熱伝導は抑えられ、直胴部Ｂの温度上昇を防止することができる。
ここで、上述のような広い幅の導電経路に加えて、スリットを設けた場合、直胴部での発熱が抑えられ、さらに直胴部への熱伝導も抑えられる。よって、両者を組み合わせたことによる相乗効果で、直胴部の温度上昇を著しく抑制することが可能になる。
【００２８】
また、本発明では、直胴部Ｂに底部Ａと直胴部Ｂの伝熱経路を遮断するためのスリット７を単独で形成するようにしてもよい。スリットの数及び形状には、ヒータの形状保持や強度に影響のない限り特に制限はなく、直胴部に機械加工を施して所望の形状のスリットを形成することができる。
【００２９】
この場合、スリット７が直胴部Ｂの底部側に近接して、同一円周上に形成されることが好ましい。
このように、スリットを直胴部Ｂの底部側のより近い部分に形成するほど、加熱面Ａからの高温の熱がより効果的に遮断される。また、熱伝導が同一円周上で生じるため、スリット７を直胴部Ｂの同一円周上に形成することにより、底部Ａと直胴部Ｂとの伝熱経路がより効果的に遮断される。従って、加熱面Ａから直胴部Ｂへの熱伝導は抑えられ、直胴部Ｂの温度上昇を効果的に防止することができる。
【００３０】
図２に示した例では、直胴部Ｂの底部側の近い部分の同一円周上にスリット７を形成したセラミックスヒータ１である。必ずしも同一円周上でなくとも、円周方向に沿って形成してあればよい。ヒータの形状保持ができるのであれば、円周上に複数のスリットを直胴部の違う高さに入れることもできる。
【００３１】
本発明に適用されるセラミックスヒータ１は、支持基材２及び被覆層４が、電気絶縁性の高いセラミックスである熱分解窒化ホウ素からなり、発熱層３が、耐熱性が高く、適度な抵抗率を有する熱分解グラファイトからなるように形成するのが好ましい。熱分解窒化ホウ素は、熱分解グラファイトとの密着性に優れ、特にヒータ使用中に被覆層から剥離するようなことは起こらず、耐久性の高いヒータとすることができる。しかも、このような材質であれば、汎用性もあり、安価であり、耐熱性にも優れたものとなる。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明を実施例と比較例とを挙げて説明する。
（実施例１）
アンモニア４ＳＬＭと三塩化ホウ素２ＳＬＭを圧力１０Ｔｏｒｒ、温度１８５０℃で反応させて、直径６５ｍｍ、厚さ１．０ｍｍ、高さ７０ｍｍのカップ型の熱分解窒化ホウ素製支持基材を作製した。
次に、この支持基材上にメタンを圧力５Ｔｏｒｒ、温度１７５０℃で熱分解させて厚さ５０μｍの熱分解グラファイト層を設け、これに機械加工を施して図１のようにヒータパターンを形成し、加熱面と端子部を結ぶ導電経路の幅は９５ｍｍとした。
【００３３】
さらに、この上に再度厚さ１００μｍの熱分解窒化ホウ素を支持基材と同一の条件で反応させ、発熱層が電気的に短絡するのを防止するための被覆層とした。この後、カップの直胴部に電源と接続するための端子を形成してセラミックスヒータを完成させた。
【００３４】
次に、ヒータを真空容器内にセットして電源と接続し、ヒータの加熱面中心部と直胴部に設けた端子部から円周方向に１５ｍｍの地点に温度測定用の熱電対を取り付けた。この後、真空容器内部を４×１０^−２Ｔｏｒｒに減圧した。次いで、ヒータに通電し、ヒータ加熱面の温度が１２００℃になるまで昇温させた。このときの端子部の温度は６５５℃であった。
【００３５】
（実施例２）
図２に示すように、加熱面と端子部を結ぶ導電経路の幅が１２ｍｍであり、直胴部の加熱面側、加熱面から距離１０ｍｍの同一円周上に幅２ｍｍのスリットを形成したヒータパターン及び形状とした以外は、実施例１と同様にしてセラミックスヒータを完成させた。
【００３６】
次に、ヒータを真空容器内にセットして電源と接続し、ヒータの加熱面中心部と直胴部に設けた端子部から円周方向に１５ｍｍの地点に温度測定用の熱電対を取り付けた。この後、真空容器内部を４×１０^−２Ｔｏｒｒに減圧した。次いで、ヒータに通電し、ヒータ加熱面の温度が１２００℃になるまで昇温させた。このときの端子部の温度は７８５℃であった。
【００３７】
（比較例）
図３に示すようなヒータパターンを形成し、加熱面と端子部を結ぶ導電経路の幅が１２ｍｍであるものとした以外は、実施例１と同様にしてセラミックスヒータを完成させた。
次に、ヒータを真空容器内にセットして電源と接続し、ヒータの加熱面中心部と直胴部に設けた端子部から円周方向に１５ｍｍの地点に温度測定用の熱電対を取り付けた。この後、真空容器内部を４×１０^−２Ｔｏｒｒに減圧した。次いで、ヒータに通電し、ヒータ加熱面の温度が１２００℃になるまで昇温させた。このときの端子部の温度は８３５℃であった。
実施例１、実施例２、及び比較例の結果を表１に示した。
【００３８】
【表１】

【００３９】
表１より明らかなように、導電経路が、絶縁性を確保するための幅を除いて直銅部の全面に形成された場合では、直胴部での発熱は著しく抑えられている。また、直胴部の底部側の近い部分の同一円周上にスリットを形成した場合でも、底部と直胴部との伝熱経路が遮断されるため、加熱面から直胴部への熱伝導は抑えられ、直胴部の温度上昇が抑制されている。
【００４０】
また、セラミックスヒータの材質は、支持基材及び被覆層に熱分解窒化ホウ素を、発熱層に熱分解グラファイトを用いたが、ヒータ使用中に被覆層が剥離するようなことは起こらず、耐久性の高いヒータとすることができた。
【００４１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、導電経路が、ヒータパターンの７倍以上の幅を有し、さらに導電経路の幅を直胴部の全面に形成すれば、導電経路が加熱面のヒータ部分の線幅よりも十分に広くなるため、抵抗値はかなり小さくなり、直胴部での発熱が著しく抑えられる。また、スリットを直胴部の底部側のより近い部分の円周上に形成することによって、底部と直胴部との伝熱経路が遮断されるため、加熱面から直胴部への熱伝導は抑えられ、直胴部の温度上昇を防止することができる。
これにより、ヒータ使用温度が高い場合でも、ヒータとその取り付け部材の熱膨張係数の不一致のために直胴部が径方向に引っ張られてヒータが破損したり、また周辺部材の劣化を早めるという問題を防ぐことができる。
【００４３】
従って、半導体製造工程において、長期間安定性に優れたセラミックスヒータを提供することができ、コストを改善すると共に、半導体プロセスの安定操業が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミックスヒータの一例を示す図面である。（ａ）平面図、（ｂ）右側面図、（ｃ）正面図。
【図２】本発明のセラミックスヒータの他の一例を示す図面である。（ａ）平面図、（ｂ）右側面図、（ｃ）正面図。
【図３】従来のセラミックスヒータの一例を示す図面である。（ａ）平面図、（ｂ）右側面図、（ｃ）正面図。
【符号の説明】
１…セラミックスヒータ、２…支持基材、３…発熱層（ヒータパターン）、
４…被覆層、５…端子（端子部）、６…導電経路、７…スリット、
８…絶縁性を確保するための部分、９…絶縁性を確保するための部分の幅。
Ａ…底部（加熱面）、Ｂ…直胴部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ceramic heater used for heating a semiconductor wafer in a manufacturing process of a semiconductor device, and heating a substrate when forming a thin film by a CVD method or a sputtering method.
[0002]
[Prior art]
Ceramic heaters used for heating semiconductor wafers in the manufacturing process of semiconductor devices, and for heating substrate materials when forming thin films by CVD or sputtering, include sintered bodies such as alumina, aluminum nitride, boron nitride, and heat. After a heat generating layer made of conductive ceramic is bonded on a support base made of decomposed boron nitride and the like, a desired heater pattern is formed by machining, and further, the heat generating layer is prevented from being electrically short-circuited. Therefore, a ceramic heater (hereinafter sometimes simply referred to as a heater) is used in which a coating layer made of an electrically insulating ceramic is provided thereon. Usually, these are flat heaters, a part of the coating layer is scraped to expose the heat generating layer, and a terminal for connecting to a power source is formed on a part of the heating surface.
[0003]
In addition, ceramic heaters using pyrolytic boron nitride as electrically insulating ceramics and pyrolytic graphite as conductive ceramics are sintered because both pyrolytic boron nitride and pyrolytic graphite are produced by chemical vapor deposition. Therefore, the semiconductor wafer can be prevented from being contaminated with impurities, which is advantageous for the heating process.
[0004]
However, when the process gas includes a gas that erodes carbon at a high temperature, such as ammonia or oxygen, the pyrolytic graphite exposed at the terminal portion is eroded, and the life of the heater is significantly shortened.
In order to prevent this, the heater is made into a three-dimensional shape having a bottom portion and a cylindrical straight body portion, that is, a cup shape. A heater pattern is formed on the outer surface of the bottom of the cup to form a heating surface, and the terminal is separated from the heating surface by forming a terminal on the straight body of the cup. I try not to happen.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, even if the heater has a cup shape, the pyrolytic boron nitride has a thermal conductivity of about 60 to 80 W / m · K, so that heat from the heating surface is easily transferred to the straight body portion, and erosion by the process gas is prevented. Although it is in a negligible range, the temperature rise in the straight body is inevitable.
Further, in the cup-type heater, a conductive path is formed in the straight body portion in order to connect the terminal portion and the heating surface. However, there is a problem that heat generation in this portion promotes a temperature rise in the straight body portion.
[0006]
Therefore, when the heater operating temperature is high, the straight body portion is pulled in the radial direction due to the mismatch of the thermal expansion coefficients of the heater and its mounting member, and the heater is damaged or the deterioration of peripheral members is accelerated. Occurs.
[0007]
Therefore, the present invention has been made to solve such problems, and even when the heater operating temperature is high, the temperature rise of the straight body portion is prevented as much as possible, and the heater and its peripheral members are damaged and deteriorated. The main purpose is to provide a long-life ceramic heater that can be reduced and to stabilize the operation of the semiconductor process.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described object, the present invention provides a heat generating layer in which a predetermined heater pattern is formed on the surface of a support base material made of an electrically insulating ceramic, and having a three-dimensional shape having at least a bottom portion and a cylindrical straight body portion. A ceramic heater having a coating layer made of electrically insulating ceramic covering the heater pattern, the outer surface of the bottom portion being a heating surface, and a terminal portion for connecting to a power source being formed on the straight body portion. The width of the conductive path connecting the heating surface and the terminal portion formed in the straight body portion is 7 times or more the line width of the heater pattern.
[0009]
With such a configuration, the width of the conductive path becomes as large as 7 times or more the heater portion of the heating surface, that is, the line width of the heater pattern, so the resistance value becomes small. As a result, heat generation at this portion is suppressed, and an increase in the temperature of the straight body portion can be suppressed.
Therefore, damage and deterioration of the heater and its peripheral members can be reduced, and a long-life ceramic heater can be obtained.
[0010]
In this case, it is preferable that the conductive path is formed on the entire surface of the straight body part except for a width necessary for ensuring insulation.
In this way, if the conductive path is formed on the entire surface of the straight body portion, the width of the conductive path becomes sufficiently wider than the heater portion of the heating surface, so that the resistance value is further reduced and the heat generation in the straight body portion is remarkable. It is possible to suppress the damage and deterioration of the heater and its peripheral members, and to have excellent long-term stability.
[0011]
Furthermore, in the above, a slit can be formed along the circumferential direction of the straight body portion.
Thus, when the width of the conductive path is widened and the slit is formed along the circumferential direction of the straight body part, the heat transfer path between the bottom part and the straight body part is effectively blocked, Heat conduction to the straight body part is suppressed, temperature rise of the straight body part can be further prevented, damage and deterioration of the heater and its peripheral members are further reduced, and long-term stability is excellent. it can.
[0012]
The present invention also has a heat generating layer having a predetermined heater pattern formed on the surface of a support base material made of electrically insulating ceramics and having a three-dimensional shape having at least a bottom part and a cylindrical straight body part. A ceramic heater having a covering layer made of electrically insulating ceramics, the outer surface of the bottom portion being a heating surface, and a terminal portion for connecting to a power source being formed on the straight body portion, And a slit for blocking a heat transfer path between the bottom portion and the straight body portion.
[0013]
Thus, since only the slit is formed, the heat transfer path between the bottom part and the straight body part is interrupted, so that heat conduction from the heating surface to the straight body part is suppressed, and the temperature rise of the straight body part is suppressed. be able to.
Therefore, damage and deterioration of the heater and its peripheral members can be reduced, and a long-life ceramic heater can be obtained.
[0014]
In this case, the slit is preferably formed on the same circumference in the vicinity of the bottom side of the straight body portion.
Thus, as the slit is formed in a portion closer to the bottom side of the straight body portion, the heat conduction from the heating surface is effectively cut off, and the bottom portion is formed by forming on the same circumference of the straight body portion. Since the heat transfer path between the straight body portion and the straight body portion is more effectively blocked, heat conduction from the heating surface to the straight body portion can be suppressed, and temperature rise of the straight body portion can be effectively prevented. Therefore, it is possible to further reduce damage and deterioration of the heater and its peripheral members, and to have excellent long-term stability.
[0015]
Furthermore, in the present invention, a ceramic heater in which the supporting base material is pyrolytic boron nitride, the heat generating layer is pyrolytic graphite, and the coating layer is pyrolytic boron nitride can be used.
[0016]
In this way, when the heater support base and the cover layer are formed of pyrolytic boron nitride and the heat generating layer is formed of pyrolytic graphite, it becomes highly pure, so that contamination of the semiconductor wafer by impurities can be prevented. In addition, it has excellent heat resistance, and pyrolytic boron nitride has excellent adhesion to pyrolytic graphite. A high heater can be obtained.
[0017]
Therefore, if the present invention is configured with such a material, it is possible to more effectively prevent the temperature rise of the straight body part in combination with the wide width of the conductive path and the heat transfer being blocked by the slit. Further, it is possible to further reduce the damage and deterioration of the heater and its peripheral members, and to make a ceramic heater that is extremely excellent in stability over a long period of time.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
Here, FIG. 1 and FIG. 2 show an example of the ceramic heater of the present invention, in which (a) of each drawing is a plan view, (b) is a right side view, and (c) is a front view.
[0019]
The present inventors have conducted various investigations and studies to solve the above-described problems, and as a result, when forming a heater pattern by machining, a conductive path connecting the heating surface and the terminal portion formed in the straight body portion. The inventors have found that it is extremely effective to widen the width of the plate and further to form slits along the circumferential direction of the straight body portion, and scrutinized various conditions to complete the present invention.
[0020]
First, the manufacturing method of the ceramic heater of this invention is demonstrated.
As the electrically insulating ceramic for the supporting base and the coating layer, aluminum nitride, a composite of aluminum nitride and boron nitride, pyrolytic boron nitride, silicon oxide, or the like is used. In addition, a heater pattern made of conductive ceramics or metal is joined to the heat generating layer. Pyrolytic graphite is used as conductive ceramics, and high melting point metals (iron, copper, nickel, molybdenum, tantalum, tungsten, etc.) are used as metals. ), Refractory metal alloys (Ni—Cr, Fe—Cr, Fe—Cr—Al, etc.), noble metals (silver, platinum, rhodium, etc.), or these noble metal alloys (Pt—Rh, etc.) are used.
Here, a ceramic heater using pyrolytic boron nitride as the electrically insulating ceramic and pyrolytic graphite as the conductive ceramic will be described.
[0021]
First, on a graphite susceptor, boron trichloride and ammonia are used as raw materials, pyrolytic boron nitride is deposited by chemical vapor deposition to form a support base 2, and hydrocarbon gas is used as a raw material to generate heat that becomes a heating layer. Chemical vapor deposition of decomposed graphite.
Next, a predetermined heater pattern 3 is formed by machining pyrolytic graphite, and in addition, in order to prevent the heat generating layer from being electrically short-circuited, the heater pattern 3 is covered as an electrical insulating layer, A coating layer 4 of pyrolytic boron nitride is formed.
Finally, the terminal portion 5 is formed to complete the ceramic heater 1.
[0022]
Here, in the present invention, when the heater pattern 3 is formed by machining, the width of the conductive path 6 formed in the straight body portion B connecting the heating surface A and the terminal portion 5 is set to 7 of the line width of the heater pattern 3. It is formed to be more than double.
[0023]
Usually, the line width of the heater pattern 3 is in the range of several millimeters to several tens of millimeters due to the balance between the heat uniformity of the heater and the operating voltage, and the prevention of exfoliation of the heat generating layer.
On the other hand, the practical diameter of the wafer heating heater or the plate sample heating heater is approximately 30 mm or more, although it depends on the diameter of the object to be heated.
[0024]
Therefore, in consideration of these conditions, as described above, the width of the conductive path is set to 7 times or more the line width of the heater pattern. In this way, the resistance value of the conductive path is reduced, and as a result, heat generation at this portion is suppressed and temperature rise of the straight body portion can be prevented.
Usually, the conductive path is provided with a width of about 2 to 4 times the heater pattern. In the present invention, since it is provided with a width of 7 times or more, which is about twice or more that of the prior art, the effect of suppressing heat generation in the conductive path is remarkably recognized.
In addition, the resistance of the conductive path decreases as the difference between the width of the conductive path and the line width of the heater pattern increases within the range where no electrical short circuit occurs. can do.
[0025]
In particular, the conductive path 6 is preferably formed on the entire surface of the straight body portion B except for a width necessary for ensuring insulation. If the width of the conductive path is maximized within the range where no electrical short-circuiting occurs, that is, if it is formed on the entire surface of the remaining straight body part excluding the width ensuring insulation, the difference from the width of the heater part that generates heat is maximized. Therefore, the resistance value is relatively minimum. Therefore, the heat generation in the straight body part is remarkably suppressed.
Further, the width necessary for ensuring the insulating property here can be arbitrarily adjusted according to the heat generating layer of the straight body portion, the material of the covering layer, the diameter and thickness of the heater, and the like.
[0026]
For example, in the ceramic heater 1 of FIG. 1, the conductive path 6 has a width about 30 times that of the heater pattern 3, and the entire surface of the direct copper portion B except for the width 9 of the portion 8 for ensuring insulation. It is formed. Except for the portion 8 for ensuring the insulating property, the width 9 can be adjusted arbitrarily, at least the conductive path 6 has a width that is at least seven times the line width of the heater pattern 3, and preferably the width of the conductive path 6 is directly adjusted. If it is formed on the entire surface of the body portion B, heat generation in the straight body portion B can be remarkably suppressed.
[0027]
Furthermore, when the heater pattern 3 is formed by, for example, machining, slits 7 may be formed along the circumferential direction of the straight body portion B as shown in FIG. The slit 7 effectively cuts off the heat transfer path between the bottom part A and the straight body part B, so that heat conduction from the heating surface A to the straight body part B is suppressed, and the temperature of the straight body part B increases. Can be prevented.
Here, in addition to the wide conductive path as described above, when a slit is provided, heat generation in the straight body portion is suppressed, and further heat conduction to the straight body portion is suppressed. Therefore, it is possible to remarkably suppress the temperature rise of the straight body portion by a synergistic effect by combining both.
[0028]
In the present invention, the slit 7 for blocking the heat transfer path between the bottom part A and the straight body part B may be formed alone in the straight body part B. The number and shape of the slits are not particularly limited as long as the shape retention and strength of the heater are not affected, and a slit having a desired shape can be formed by machining the straight body portion.
[0029]
In this case, it is preferable that the slits 7 are formed on the same circumference close to the bottom side of the straight body part B.
Thus, the higher the heat from the heating surface A is cut off, the more the slit is formed in the portion closer to the bottom side of the straight body portion B. Further, since heat conduction occurs on the same circumference, by forming the slits 7 on the same circumference of the straight body portion B, the heat transfer path between the bottom portion A and the straight body portion B is more effectively blocked. The Therefore, the heat conduction from the heating surface A to the straight body portion B is suppressed, and the temperature rise of the straight body portion B can be effectively prevented.
[0030]
In the example shown in FIG. 2, the ceramic heater 1 has slits 7 formed on the same circumference in a portion near the bottom side of the straight body portion B. Even if it is not necessarily on the same circumference, what is necessary is just to form along the circumference direction. If the shape of the heater can be maintained, a plurality of slits on the circumference can be inserted at different heights of the straight body portion.
[0031]
In the ceramic heater 1 applied to the present invention, the support base 2 and the coating layer 4 are made of pyrolytic boron nitride, which is a ceramic having high electrical insulation, and the heat generating layer 3 has high heat resistance and an appropriate resistivity. Preferably, it is formed of pyrolytic graphite having Pyrolytic boron nitride is excellent in adhesiveness with pyrolytic graphite, and does not peel off from the coating layer during use of the heater, and can be a highly durable heater. Moreover, such a material is versatile, inexpensive, and excellent in heat resistance.
[0032]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples and comparative examples.
(Example 1)
Ammonia 4SLM and boron trichloride 2SLM were reacted at a pressure of 10 Torr and a temperature of 1850 ° C. to prepare a cup-type pyrolytic boron nitride supporting substrate having a diameter of 65 mm, a thickness of 1.0 mm, and a height of 70 mm.
Next, methane is pyrolyzed at a pressure of 5 Torr and a temperature of 1750 ° C. on this support base to provide a pyrolytic graphite layer having a thickness of 50 μm, and this is machined to form a heater pattern as shown in FIG. The width of the conductive path connecting the heating surface and the terminal portion was 95 mm.
[0033]
Further, a pyrolytic boron nitride having a thickness of 100 μm was reacted thereon again under the same conditions as the supporting base material to form a coating layer for preventing the heat generating layer from being electrically short-circuited. Thereafter, a terminal for connecting to the power source was formed on the straight body portion of the cup to complete the ceramic heater.
[0034]
Next, the heater was set in a vacuum vessel and connected to a power source, and a thermocouple for temperature measurement was attached to a point 15 mm in the circumferential direction from the center of the heating surface of the heater and the terminal portion provided on the straight body portion. . Thereafter, the inside of the vacuum vessel was depressurized to 4 × 10 ⁻² Torr. Next, the heater was energized and heated up until the temperature of the heater heating surface reached 1200 ° C. The temperature of the terminal part at this time was 655 degreeC.
[0035]
(Example 2)
As shown in FIG. 2, the width of the conductive path connecting the heating surface and the terminal portion is 12 mm, and a heater having slits with a width of 2 mm on the heating surface side of the straight body portion and on the same circumference at a distance of 10 mm from the heating surface A ceramic heater was completed in the same manner as in Example 1 except that the pattern and shape were changed.
[0036]
Next, the heater was set in a vacuum vessel and connected to a power source, and a thermocouple for temperature measurement was attached to a point 15 mm in the circumferential direction from the center of the heating surface of the heater and the terminal portion provided on the straight body portion. . Thereafter, the inside of the vacuum vessel was depressurized to 4 × 10 ⁻² Torr. Next, the heater was energized and heated up until the temperature of the heater heating surface reached 1200 ° C. The temperature of the terminal part at this time was 785 degreeC.
[0037]
(Comparative example)
A ceramic heater was completed in the same manner as in Example 1 except that a heater pattern as shown in FIG. 3 was formed and the width of the conductive path connecting the heating surface and the terminal portion was 12 mm.
Next, the heater was set in a vacuum vessel and connected to a power source, and a thermocouple for temperature measurement was attached to a point 15 mm in the circumferential direction from the center of the heating surface of the heater and the terminal portion provided on the straight body portion. . Thereafter, the inside of the vacuum vessel was depressurized to 4 × 10 ⁻² Torr. Next, the heater was energized and heated up until the temperature of the heater heating surface reached 1200 ° C. The temperature of the terminal part at this time was 835 degreeC.
The results of Example 1, Example 2, and Comparative Example are shown in Table 1.
[0038]
[Table 1]

[0039]
As is apparent from Table 1, when the conductive path is formed on the entire surface of the straight copper portion except for the width for ensuring insulation, heat generation in the straight body portion is remarkably suppressed. In addition, even when slits are formed on the same circumference of the portion near the bottom side of the straight body part, the heat transfer path between the bottom part and the straight body part is interrupted, so heat conduction from the heating surface to the straight body part The temperature rise of the straight body portion is suppressed.
[0040]
The ceramic heater material used was pyrolytic boron nitride for the support base and coating layer, and pyrolytic graphite for the heat generation layer, but the coating layer did not peel off during use of the heater, and was durable. High heater.
[0041]
The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, if the conductive path has a width of 7 times or more of the heater pattern and the width of the conductive path is formed on the entire surface of the straight body portion, the conductive path becomes the heating surface. Since it is sufficiently wider than the line width of the heater portion, the resistance value is considerably reduced, and heat generation in the straight body portion is remarkably suppressed. In addition, by forming the slit on the circumference of the portion closer to the bottom side of the straight body portion, the heat transfer path between the bottom portion and the straight body portion is interrupted, so heat conduction from the heating surface to the straight body portion Can be suppressed and temperature rise of the straight body portion can be prevented.
As a result, even when the heater operating temperature is high, the straight body portion is pulled in the radial direction due to the mismatch of the thermal expansion coefficients of the heater and its mounting member, and the heater is damaged or the deterioration of peripheral members is accelerated. Can be prevented.
[0043]
Accordingly, it is possible to provide a ceramic heater that is excellent in stability for a long period of time in the semiconductor manufacturing process, thereby improving the cost and enabling stable operation of the semiconductor process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing an example of a ceramic heater according to the present invention. (A) Top view, (b) Right side view, (c) Front view.
FIG. 2 is a drawing showing another example of the ceramic heater of the present invention. (A) Top view, (b) Right side view, (c) Front view.
FIG. 3 is a view showing an example of a conventional ceramic heater. (A) Top view, (b) Right side view, (c) Front view.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ceramic heater, 2 ... Support base material, 3 ... Heat generating layer (heater pattern),
4 ... coating layer, 5 ... terminal (terminal part), 6 ... conductive path, 7 ... slit,
8: part for ensuring insulation, 9 ... width of part for ensuring insulation.
A: Bottom part (heating surface), B: Straight body part.

Claims

A three-dimensional shape having at least a bottom and a cylindrical straight body, and having a heat generation layer on which a predetermined heater pattern is formed on the surface of a support base material made of an electrically insulating ceramic, covers the heater pattern and is electrically insulating A ceramic heater having a coating layer made of ceramics, the outer surface of the bottom portion being a heating surface, and a terminal portion for connection to a power source being formed on the straight body portion, wherein the heating is formed on the straight body portion A ceramic heater, wherein a width of a conductive path connecting a surface and the terminal portion is 7 times or more a line width of the heater pattern.

2. The ceramic heater according to claim 1, wherein the conductive path is formed on the entire surface of the straight body portion except for a width necessary for ensuring insulation.

The ceramic heater according to claim 1 or 2, wherein a slit is formed along a circumferential direction of the straight body portion.

A three-dimensional shape having at least a bottom and a cylindrical straight body, and having a heat generation layer on which a predetermined heater pattern is formed on the surface of a support base material made of an electrically insulating ceramic, covers the heater pattern and is electrically insulating A ceramic heater having a coating layer made of ceramics, the outer surface of the bottom portion being a heating surface, and a terminal portion for connection to a power source being formed on the straight body portion, wherein the bottom portion and the straight portion are formed on the straight body portion. A ceramic heater comprising a slit for blocking a heat transfer path of a body portion.

5. The ceramic heater according to claim 4, wherein the slits are formed on the same circumference in the vicinity of the bottom side of the straight body portion.

The ceramic heater according to any one of claims 1 to 5, wherein the supporting base material is pyrolytic boron nitride, the heat generating layer is pyrolytic graphite, and the coating layer is pyrolytic boron nitride.