JP6081858B2 - heater - Google Patents

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本発明は、ヒータに関するものである。   The present invention relates to a heater.

半導体集積回路の製造工程または液晶表示装置の製造工程等において、半導体ウエハ等の各試料を加熱するための部品としてヒータが知られている。ヒータとしては、例えば、特許文献1に記載のヒータ基板が挙げられる。特許文献1に記載のヒータ基板は、セラミック基体と、セラミック基体の裏面に形成された発熱体回路とを備えている。ヒータ基板は、セラミック基体の主面に被加熱物を搭載して用いられる。   A heater is known as a component for heating each sample such as a semiconductor wafer in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit or a manufacturing process of a liquid crystal display device. As a heater, the heater board | substrate of patent document 1 is mentioned, for example. The heater substrate described in Patent Document 1 includes a ceramic base and a heating element circuit formed on the back surface of the ceramic base. The heater substrate is used by mounting an object to be heated on the main surface of the ceramic substrate.

特開2005−286106号公報JP-A-2005-286106

しかしながら、特許文献1に記載のヒータ基板は、ヒートサイクル下において、セラミック基体と発熱体回路との間に熱応力が生じる場合があった。これにより、発熱体回路ののうちセラミック基体と接する面からクラックが生じ、発熱体回路のうちセラミック基体と接する面の反対側の面にまで到達する場合があった。その結果、ヒータ基板の長期信頼性を向上させることが困難であった。   However, in the heater substrate described in Patent Document 1, thermal stress may occur between the ceramic base and the heating element circuit under a heat cycle. As a result, cracks are generated from the surface of the heating element circuit that contacts the ceramic substrate, and may reach the surface of the heating element circuit opposite to the surface that contacts the ceramic substrate. As a result, it has been difficult to improve the long-term reliability of the heater substrate.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、長期信頼性を向上したヒータを提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a heater having improved long-term reliability.

本発明の一態様のヒータは、セラミック体と、該セラミック体の主面に設けられた、金属粒子を含む発熱抵抗体とを備えており、該発熱抵抗体は、断面視したときに、前記セラミック体に接する第1の面における前記金属粒子よりも前記第1の面の反対側に位置する第2の面における前記金属粒子の方が前記主面に平行な方向に長いことを特徴とする。   A heater according to an aspect of the present invention includes a ceramic body and a heating resistor including metal particles provided on a main surface of the ceramic body. The metal particles on the second surface located on the opposite side of the first surface are longer in the direction parallel to the main surface than the metal particles on the first surface in contact with the ceramic body. .

本発明の一態様のヒータによれば、発熱抵抗体のうちセラミック体に接する第1の面における金属粒子よりも第1の面の反対側に位置する第2の面における金属粒子の方が主面に平行な方向に長い。主面に平行な方向に短い粒子を有する第1の面においてセラミック基体との間に発生する熱応力を低減することができる。これにより、発熱抵抗体におけるクラックの発生を低減できる。また、主面に平行な方向に長い粒子を有する第2の面は、主面に垂直な方向の界面が少なくなっている。これにより、仮にクラックが発生したとしても、発生したクラックの進展を抑制することができる。これらの結果、ヒータの長期信頼性を向上させることができる。   According to the heater of one aspect of the present invention, the metal particles on the second surface located on the opposite side of the first surface are more dominant than the metal particles on the first surface in contact with the ceramic body of the heating resistor. Long in the direction parallel to the surface. Thermal stress generated between the first surface having short particles in the direction parallel to the main surface and the ceramic substrate can be reduced. Thereby, generation | occurrence | production of the crack in a heating resistor can be reduced. Further, the second surface having long particles in the direction parallel to the main surface has fewer interfaces in the direction perpendicular to the main surface. Thereby, even if a crack occurs, the progress of the generated crack can be suppressed. As a result, the long-term reliability of the heater can be improved.

本発明の一実施形態のヒータを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the heater of one Embodiment of this invention. 図1に示したヒータの領域Aを拡大した部分拡大断面図である。It is the elements on larger scale which expanded the area | region A of the heater shown in FIG. 本発明のヒータの変形例を示す部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view which shows the modification of the heater of this invention.

以下、本発明の一実施形態に係るヒータ10について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, a heater 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施形態のヒータ10を示す断面図である。図1に示すように、本発明の一実施形態のヒータ10は、セラミック体1と、セラミック体1の下面に設けられた発熱抵抗体2と、セラミック体1の内部に設けられた吸着電極3とを備えている。   FIG. 1 is a sectional view showing a heater 10 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a heater 10 according to an embodiment of the present invention includes a ceramic body 1, a heating resistor 2 provided on the lower surface of the ceramic body 1, and an adsorption electrode 3 provided inside the ceramic body 1. And.

<セラミック体1の構成>
セラミック体1は、上面に試料保持面11を有する板状の部材である。セラミック体1は、上面の試料保持面11において、例えば、シリコンウエハ等の試料を保持する。ヒータ10は、平面視したときのセラミック体1の形状が円形状の部材である。セラミック体1は、例えばアルミナ質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックス、窒化珪素質セラミックスまたはイットリア質セラミックス等のセラミック材料からなる。セラミック体1の下面には、発熱抵抗体2が設けられている。セラミック体1の寸法は、例えば、径を200〜500mm、厚みを2〜15mmに設定できる。
<Configuration of ceramic body 1>
The ceramic body 1 is a plate-like member having a sample holding surface 11 on the upper surface. The ceramic body 1 holds a sample such as a silicon wafer on the sample holding surface 11 on the upper surface. The heater 10 is a member in which the shape of the ceramic body 1 when viewed in plan is a circular shape. The ceramic body 1 is made of a ceramic material such as alumina ceramic, aluminum nitride ceramic, silicon nitride ceramic, or yttria ceramic. A heating resistor 2 is provided on the lower surface of the ceramic body 1. The dimensions of the ceramic body 1 can be set to a diameter of 200 to 500 mm and a thickness of 2 to 15 mm, for example.

このヒータ10によって試料を保持する方法としては、様々な方法を用いることができるが、本実施形態のヒータ10は静電気力によって試料を保持する。そのため、ヒータ10は、セラミック体1の内部に吸着電極3を備えている。   Various methods can be used as a method of holding the sample by the heater 10, but the heater 10 of this embodiment holds the sample by electrostatic force. Therefore, the heater 10 includes the adsorption electrode 3 inside the ceramic body 1.

吸着電極3は、2つの電極から構成されている。2つの電極は、一方が電源の正極に接続され、他方が負極に接続される。2つの電極は、それぞれ略半円板状に形成され、半円の弦同士が対向するように、円形状のセラミック体1の内部に配置される。2つの電極が合わさって、吸着電極3全体の外形が円形状となっている。この吸着電極3全体による円形状の外形の中心は、同じく円形状のセラミック体1の外形の中心と同一に設定される。吸着電極3は、例えばタングステンまたはモリブデン等の金属材料からなる。   The adsorption electrode 3 is composed of two electrodes. One of the two electrodes is connected to the positive electrode of the power source, and the other is connected to the negative electrode. The two electrodes are each formed in a substantially semicircular shape, and are arranged inside the circular ceramic body 1 so that the semicircular strings face each other. The two electrodes are combined, and the entire outer shape of the adsorption electrode 3 is circular. The center of the circular outer shape of the adsorption electrode 3 as a whole is set to be the same as the center of the outer shape of the circular ceramic body 1. The adsorption electrode 3 is made of a metal material such as tungsten or molybdenum.

<発熱抵抗体2の構成>
発熱抵抗体2は、セラミック体1の上面の試料保持面11に保持された試料を加熱するための部材である。発熱抵抗体2は、セラミック体1の下面に設けられている。発熱抵抗体2に電圧を印加して電流を流すことによって、発熱抵抗体2を発熱させることができる。発熱抵抗体2で発せられた熱は、セラミック体1の内部を伝わって、セラミック体1の上面における試料保持面11に到達する。これにより、試料保持面11に保持された試料を加熱することができる。発熱抵抗体2は、複数の湾曲部を有する線状のパターンであって、セラミック体1の下面のほぼ全面に形成されている。これにより、ヒータ10の上面において熱分布にばらつきが生じることを抑制できる。
<Configuration of heating resistor 2>
The heating resistor 2 is a member for heating the sample held on the sample holding surface 11 on the upper surface of the ceramic body 1. The heating resistor 2 is provided on the lower surface of the ceramic body 1. The heating resistor 2 can be heated by applying a voltage to the heating resistor 2 and flowing a current. The heat generated by the heating resistor 2 is transmitted through the inside of the ceramic body 1 and reaches the sample holding surface 11 on the upper surface of the ceramic body 1. Thereby, the sample held on the sample holding surface 11 can be heated. The heating resistor 2 is a linear pattern having a plurality of curved portions, and is formed on almost the entire lower surface of the ceramic body 1. Thereby, it can suppress that dispersion | variation arises in heat distribution in the upper surface of the heater 10. FIG.

発熱抵抗体2は、導体成分およびガラス成分を含んでいる。導体成分としては、例えば銀パラジウム、白金、アルミニウムまたは金等の金属粒子を含んでいる。ガラス成分が発泡してしまうことを抑制するために、金属材料としては大気中で焼結可能な金属を選択することが好ましい。また、ガラス成分としては、珪素、アルミニウム、ビスマス、カルシウム、ホウ素および亜鉛等の材料の酸化物を含んでいる。   The heating resistor 2 includes a conductor component and a glass component. As a conductor component, metal particles, such as silver palladium, platinum, aluminum, or gold | metal | money, are contained, for example. In order to suppress the foaming of the glass component, it is preferable to select a metal that can be sintered in the atmosphere as the metal material. The glass component includes oxides of materials such as silicon, aluminum, bismuth, calcium, boron and zinc.

ヒータ10の温度制御には以下の方法を用いることができる。具体的には、セラミック体1に熱電対を接触させてこの熱電対の熱起電力を測定することによって発熱抵抗体2の温度を測定できる。また、セラミック体1に、測温抵抗体を接触させてこの測温抵抗体の抵抗を測定することによっても発熱抵抗体2の温度を測定できる。以上のようにして測定した発熱抵抗体2の温度に基づいて、発熱抵抗体2に印加する電圧を調整することによって、ヒータ10の温度が一定になるように制御することができる。   The following method can be used for temperature control of the heater 10. Specifically, the temperature of the heating resistor 2 can be measured by bringing a thermocouple into contact with the ceramic body 1 and measuring the thermoelectromotive force of the thermocouple. The temperature of the heating resistor 2 can also be measured by bringing a resistance temperature detector into contact with the ceramic body 1 and measuring the resistance of the resistance temperature detector. The temperature of the heater 10 can be controlled to be constant by adjusting the voltage applied to the heating resistor 2 based on the temperature of the heating resistor 2 measured as described above.

上述した通り、発熱抵抗体2は、原料としてガラス成分を含んでいる。発熱抵抗体2は
、ガラス成分を含んでいることによって、焼結に必要な温度が低くなっている。また、発熱抵抗体2は、ガラス成分を有することによって、セラミック体1との密着性が向上している。
As described above, the heating resistor 2 includes a glass component as a raw material. Since the heating resistor 2 contains a glass component, the temperature required for sintering is low. Moreover, the heat generating resistor 2 has improved adhesion to the ceramic body 1 by having a glass component.

ここで、発熱抵抗体2は、図2に示すように、断面視したときに、セラミック体1に接する第1の面21における金属粒子よりも第1の面21の反対側に位置する第2の面22における金属粒子の方が、主面に平行な方向に長い。主面に平行な方向に短い粒子を有する第1の面21において、セラミック基体との間に発生する熱応力を低減することができる。これにより、発熱抵抗体2におけるクラックの発生を低減できる。また、主面に平行な方向に長い粒子を有する第2の面22は、主面に垂直な方向の界面が少なくなっている。これにより、仮に第1の面21においてクラックが発生したとしても、発生したクラックが第2の面22にまで進展することを抑制することができる。これらの結果、ヒータ10の長期信頼性を向上させることができる。   Here, as shown in FIG. 2, the heating resistor 2 is located on the opposite side of the first surface 21 from the metal particles on the first surface 21 in contact with the ceramic body 1 when viewed in cross section. The metal particles on the surface 22 are longer in the direction parallel to the main surface. In the first surface 21 having short particles in a direction parallel to the main surface, thermal stress generated between the first surface 21 and the ceramic substrate can be reduced. Thereby, generation | occurrence | production of the crack in the heating resistor 2 can be reduced. Further, the second surface 22 having long particles in a direction parallel to the main surface has fewer interfaces in the direction perpendicular to the main surface. Thereby, even if a crack occurs on the first surface 21, it is possible to suppress the generated crack from progressing to the second surface 22. As a result, the long-term reliability of the heater 10 can be improved.

発熱抵抗体2が銀とパラジウムとの合金から成る場合であれば、第1の面21における主面に平行な方向の金属粒子の長さを3μm程度に、第2の面22における主面に平行な方向の金属粒子の長さを5μm程度に設定できる。   If the heating resistor 2 is made of an alloy of silver and palladium, the length of the metal particles in the direction parallel to the main surface of the first surface 21 is about 3 μm, and the main surface of the second surface 22 is The length of the metal particles in the parallel direction can be set to about 5 μm.

第2の面22における粒子を主面に平行な方向に長くする方法としては、以下の方法を用いることができる。具体的には、粒径の異なる金属粒子を含むペーストを複数回塗布する。第1の面21のペーストに含まれる金属粒径を小さく、第2の面22のペーストに含まれる金属粒径を大きくすることで、第2の面22における粒子を主面に平行な方向に長くすることができる。   As a method of lengthening the particles on the second surface 22 in the direction parallel to the main surface, the following method can be used. Specifically, a paste containing metal particles having different particle diameters is applied a plurality of times. By reducing the metal particle size contained in the paste on the first surface 21 and increasing the metal particle size contained in the paste on the second surface 22, the particles on the second surface 22 are aligned in a direction parallel to the main surface. Can be long.

さらに、発熱抵抗体2は、第2の面22における空隙率が第1の面21における空隙率よりも小さいことが好ましい。これにより、第1の面21においてクラックが発生したとしても、第2の面22の近傍においてクラックの進展を抑制できる。これにより、ヒータ10の長期信頼性を向上させることができる。   Furthermore, the heating resistor 2 preferably has a porosity on the second surface 22 smaller than a porosity on the first surface 21. Thereby, even if a crack occurs in the first surface 21, the progress of the crack can be suppressed in the vicinity of the second surface 22. Thereby, the long-term reliability of the heater 10 can be improved.

第2の面22における空隙率を第1の面21における空隙率よりも小さくする方法としては、以下の方法を用いることができる。具体的には、第1の面21のペーストに用いるガラス成分の融点を、第2の面22のペーストに用いるガラス成分の融点よりも、高くなるようにガラス成分を使い分ければよい。そして、発熱抵抗体2の焼成中に、第2の面22のペーストに用いるガラス成分の融点よりも高く、且つ、第1の面21のペーストに用いるガラス成分の融点よりも低い温度で一定時間加熱する工程を設ければよい。これにより、第2の面22のペースト中でのみガラス成分が溶融することになることから、第2の面22における空隙率を小さくすることができる。また、空隙率の確認には、以下の方法を用いることができる。具体的には、SEM観察によって第1の面21における単位面積当たりの空隙の総面積と第2の面22における単位面積当たりの空隙の総面積とを比較すればよい。   As a method for making the porosity on the second surface 22 smaller than the porosity on the first surface 21, the following method can be used. Specifically, the glass component may be properly used so that the melting point of the glass component used for the paste on the first surface 21 is higher than the melting point of the glass component used for the paste on the second surface 22. During the firing of the heating resistor 2, the temperature is higher than the melting point of the glass component used for the paste on the second surface 22 and lower than the melting point of the glass component used for the paste on the first surface 21 for a certain time. A heating step may be provided. Thereby, since the glass component is melted only in the paste on the second surface 22, the porosity on the second surface 22 can be reduced. Moreover, the following method can be used for confirmation of the porosity. Specifically, the total area of voids per unit area on the first surface 21 may be compared with the total area of voids per unit area on the second surface 22 by SEM observation.

さらに、発熱抵抗体2は、図3に示すように、第2の面22における金属粒子の形状が、主面に平行な方向に広がった形状であることが好ましい。これにより、仮に第2の面22からクラックが発生したとしても、クラックの進行方向が第2の面22に対して鋭角になるため、クラックを進展しにくくすることができる。これにより、ヒータ10の長期信頼性を向上させることができる。   Furthermore, as shown in FIG. 3, the heating resistor 2 preferably has a shape in which the shape of the metal particles on the second surface 22 extends in a direction parallel to the main surface. Thereby, even if a crack occurs from the second surface 22, the crack progresses at an acute angle with respect to the second surface 22, so that the crack can be made difficult to progress. Thereby, the long-term reliability of the heater 10 can be improved.

第2の面22における金属粒子の形状を、主面に平行な方向に広がった形状にするためには、以下の方法を用いることができる。具体的には、発熱抵抗体2を形成した後に、ラップ研磨機等で発熱抵抗体2の表面(第2の面22)を研磨すればよい。これにより、第
2の面22における金属粒子が、主面に平行な方向において変形する。その結果、第2の面22における金属粒子を主面に平行な方向に広がった形状にすることができる。
In order to make the shape of the metal particles on the second surface 22 expand in a direction parallel to the main surface, the following method can be used. Specifically, after the heating resistor 2 is formed, the surface (second surface 22) of the heating resistor 2 may be polished with a lapping machine or the like. Thereby, the metal particles on the second surface 22 are deformed in a direction parallel to the main surface. As a result, the metal particles on the second surface 22 can be shaped to expand in a direction parallel to the main surface.

さらに、発熱抵抗体2は、第2の面22における金属粒子の形状が、主面に平行な方向において長手方向と短手方向とを有する形状であるとともに、第2の面22における複数の金属粒子が、それぞれの長手方向が揃うように配列していることが好ましい。これにより、電流の流れやすい方向が揃うので、隣り合う金属粒子同士が同じ熱量を発生することになるため、温度分布にムラが生じることを抑制できる。これにより、ヒータ10の試料保持面11における均熱性を向上させることができる。   Furthermore, the heating resistor 2 has a shape in which the shape of the metal particles on the second surface 22 has a longitudinal direction and a short direction in a direction parallel to the main surface, and a plurality of metals on the second surface 22. It is preferable that the particles are arranged so that their longitudinal directions are aligned. Thereby, since the direction in which current flows easily is aligned, adjacent metal particles generate the same amount of heat, so that it is possible to suppress unevenness in the temperature distribution. Thereby, the thermal uniformity in the sample holding surface 11 of the heater 10 can be improved.

第2の面22における金属粒子の形状を、主面に平行な方向において長手方向と短手方向とを有する形状にするとともに、長手方向が揃うように配列させるためには、以下の方法を用いることができる。具体的には、発熱抵抗体2を形成した後に、ラップ研磨機等で発熱抵抗体2の表面(第2の面22)を研磨すればよい。これにより、第2の面22における金属粒子を、主面に平行な方向において長手方向と短手方向とを有する形状にするとともに、長手方向が揃うように配列させることができる。   In order to make the shape of the metal particles on the second surface 22 a shape having a longitudinal direction and a short direction in a direction parallel to the main surface, and to arrange the longitudinal directions to be aligned, the following method is used. be able to. Specifically, after the heating resistor 2 is formed, the surface (second surface 22) of the heating resistor 2 may be polished with a lapping machine or the like. Thereby, the metal particles on the second surface 22 can be arranged to have a shape having a longitudinal direction and a short direction in a direction parallel to the main surface, and the longitudinal directions are aligned.

図1に戻って、上述したヒータ10を用いたプラズマエッチング装置100の一部を説明する。プラズマエッチング装置100は、真空チャンバ(図示せず)と、真空チャンバ内に配置された、高周波印加用電極(図示せず)を有するベースプレート4と、ベースプレート4に搭載されたヒータ10とを備えている。   Returning to FIG. 1, a part of the plasma etching apparatus 100 using the heater 10 described above will be described. The plasma etching apparatus 100 includes a vacuum chamber (not shown), a base plate 4 having a high-frequency application electrode (not shown) disposed in the vacuum chamber, and a heater 10 mounted on the base plate 4. Yes.

ベースプレート4は、内部に冷却媒体用の流路(図示せず)およびヒータ10の上面にヘリウムやアルゴン等の伝熱ガスを流す流路を内蔵した板状の部材である。ベースプレート4としては、例えば、アルミニウムまたはチタン等の金属材料、炭化珪素等のセラミック材料あるいは炭化珪素とアルミニウムとの複合材等を用いることができる。   The base plate 4 is a plate-like member having therein a cooling medium flow path (not shown) and a flow path for flowing a heat transfer gas such as helium or argon on the upper surface of the heater 10. As the base plate 4, for example, a metal material such as aluminum or titanium, a ceramic material such as silicon carbide, or a composite material of silicon carbide and aluminum can be used.

ヒータ10の発熱抵抗体2は絶縁層5によって覆われている。絶縁層5としては、セラミックフィラー入りの接着材またはセラミック材料等が用いられる。この絶縁層5は、樹脂層6によってベースプレート4の上面に接着されている。   The heating resistor 2 of the heater 10 is covered with an insulating layer 5. As the insulating layer 5, an adhesive material or a ceramic material containing a ceramic filler is used. The insulating layer 5 is bonded to the upper surface of the base plate 4 with a resin layer 6.

樹脂層6としては、接着性の樹脂を用いることができる。具体的には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂等を用いることができる。なお、樹脂層6はフィラーを含有していても構わない。フィラーを含有することによって、樹脂層6の熱伝導性を向上させることができる。フィラーとしては、セラミック材料または金属材料等の樹脂材料よりも高い熱伝導性を有しているものであればよい。具体的には、フィラーが金属から成る場合には、例えばアルミニウムから成るものを用いることができる。また、フィラーがセラミック材料から成る場合には、アルミナ、炭化珪素、窒化アルミニウムまたは窒化珪素を用いることができる。   As the resin layer 6, an adhesive resin can be used. Specifically, a silicone resin, an epoxy resin, an acrylic resin, or the like can be used. The resin layer 6 may contain a filler. By containing the filler, the thermal conductivity of the resin layer 6 can be improved. Any filler may be used as long as it has higher thermal conductivity than a resin material such as a ceramic material or a metal material. Specifically, when the filler is made of a metal, for example, a filler made of aluminum can be used. When the filler is made of a ceramic material, alumina, silicon carbide, aluminum nitride, or silicon nitride can be used.

プラズマエッチング装置100は、ベースプレート4およびチャンバ内に対向する高周波印加用電極(図示せず)を備えている。この対向する高周波印加用電極に、例えば、13.56MHz等の高周波を印加してプラズマを発生させる。   The plasma etching apparatus 100 includes a base plate 4 and a high-frequency application electrode (not shown) facing the inside of the chamber. A plasma is generated by applying a high frequency such as 13.56 MHz to the opposing high frequency application electrodes.

<ヒータ10の製造方法>
以下では、図1および図3に示したヒータ10の製造方法の一例について説明する。なお、セラミック体1にアルミナセラミックスを用いた場合を例に説明するが、窒化アルミニウムセラミックス等の他のセラミック材料の場合であっても同様の手法で製造できる。
<Method for Manufacturing Heater 10>
Below, an example of the manufacturing method of the heater 10 shown in FIG. 1 and FIG. 3 is demonstrated. In addition, although the case where an alumina ceramic is used for the ceramic body 1 will be described as an example, the same technique can be used for other ceramic materials such as aluminum nitride ceramics.

まず、主原料となる0.1〜2μmの粒径のアルミナ粉末と微量の焼結助剤とを所定量
秤量し、ボールミル中でイオン交換水または有機溶媒および高純度アルミナ製ボールと共に24〜72時間の湿式粉砕混合を行なう。
First, a predetermined amount of alumina powder having a particle diameter of 0.1 to 2 μm as a main raw material and a small amount of sintering aid are weighed, and 24 to 72 together with ion-exchanged water or an organic solvent and high purity alumina balls in a ball mill. Perform wet milling mixing for hours.

こうして粉砕混合した原料スラリー中に、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールまたはアクリル樹脂等の有機バインダおよび補助的な有機材料として可塑剤ならびに消泡剤を所定量添加し、さらに24〜48時間混合する。混合された有機−無機混合スラリーは、ドクターブレード法、カレンダーロール法、プレス成形法または押し出し成形法等によって厚さ20μm〜20mmのセラミックグリーンシートに成形される。   A predetermined amount of an organic binder such as polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral or acrylic resin and a plasticizer and an antifoaming agent as auxiliary organic materials are added to the raw slurry thus pulverized and mixed, and further mixed for 24 to 48 hours. The mixed organic-inorganic mixed slurry is formed into a ceramic green sheet having a thickness of 20 μm to 20 mm by a doctor blade method, a calender roll method, a press forming method or an extrusion forming method.

そして、セラミック体1を形成するセラミックグリーンシートに、吸着電極3を形成するための白金またはタングステン等のペースト状電極材料を公知のスクリーン印刷法等によって印刷成形する。   Then, a paste-like electrode material such as platinum or tungsten for forming the adsorption electrode 3 is printed and formed on the ceramic green sheet forming the ceramic body 1 by a known screen printing method or the like.

ここで、セラミック体1における所定の位置に吸着電極3が形成されるように、ペースト状電極材料の印刷されていないセラミックグリーンシートとペースト状電極材料の印刷された電極形成グリーンシートとを重ねて積層する。積層は、セラミックグリーンシートの降伏応力値以上の圧力を印加しながら所定の温度で積層するが、圧力印加手法としては、一軸プレス法または等方加圧法等の公知の技術を応用すればよい。得られた積層体を所定の温度および所定の雰囲気中にて焼成することで、吸着電極3が埋設されたセラミック体1が作製される。   Here, the ceramic green sheet on which the paste-like electrode material is not printed and the electrode-formed green sheet on which the paste-like electrode material is printed are overlapped so that the adsorption electrode 3 is formed at a predetermined position in the ceramic body 1. Laminate. Lamination is performed at a predetermined temperature while applying a pressure equal to or higher than the yield stress value of the ceramic green sheet. As the pressure application method, a known technique such as a uniaxial pressing method or an isotropic pressing method may be applied. The obtained laminated body is fired at a predetermined temperature and in a predetermined atmosphere, whereby the ceramic body 1 in which the adsorption electrode 3 is embedded is manufactured.

次に、セラミック体1をマシニングセンター、ロータリー加工機または円筒研削盤を用いて所定の形状、厚みに加工する。さらに、試料保持面11を規定の表面粗さに加工した後に、ブラスト加工機等で溝を形成する。   Next, the ceramic body 1 is processed into a predetermined shape and thickness using a machining center, a rotary processing machine, or a cylindrical grinder. Furthermore, after processing the sample holding surface 11 to a specified surface roughness, grooves are formed by a blast processing machine or the like.

次に、そのセラミック体1の下面をサンドブラストで粗面にした後に、銀パラジウム等の金属成分と、珪素、ビスマス、カルシウム、アルミニウムおよびホウ素等の材料の酸化物から成るガラス成分とを添加したペーストを塗布して、約800℃の温度で焼成して発熱抵抗体2を形成する。さらに、ラップ研磨機等で発熱抵抗体2を研磨することで、第2の面22における金属粒子が、主面に平行な方向において変形する。その結果、第2の面22における金属粒子を主面に平行な方向に広がった形状にすることができる。   Next, after the bottom surface of the ceramic body 1 is roughened by sandblasting, a paste in which a metal component such as silver palladium and a glass component composed of oxides of materials such as silicon, bismuth, calcium, aluminum and boron are added Is applied and baked at a temperature of about 800 ° C. to form the heating resistor 2. Furthermore, by polishing the heating resistor 2 with a lapping machine or the like, the metal particles on the second surface 22 are deformed in a direction parallel to the main surface. As a result, the metal particles on the second surface 22 can be shaped to expand in a direction parallel to the main surface.

以上のようにして、ヒータ10を製造することができる。   The heater 10 can be manufactured as described above.

本実施例ではセラミック体1にアルミナセラミックスを用いたヒータ10について説明する。   In the present embodiment, a heater 10 using alumina ceramics for the ceramic body 1 will be described.

まず、主原料となる粒径が0.1〜2μmのアルミナ粉末と微量の焼結助剤とを所定量秤量し、ボールミル中でイオン交換水、有機溶媒または有機分散剤および高純度アルミナ製ボールと共に48時間の湿式粉砕混合を行なった。こうして粉砕混合した原料スラリー中に、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、アクリル樹脂等の有機バインダ、補助的な有機材料として可塑剤および消泡剤を所定量添加し、さらに3時間の混合を行なった。混合された有機−無機混合スラリーを、ドクターブレード法で100μmのセラミックグリーンシートに成形した。   First, a predetermined amount of alumina powder having a particle size of 0.1 to 2 μm as a main raw material and a small amount of sintering aid are weighed, and ion-exchanged water, an organic solvent or an organic dispersant and a high purity alumina ball in a ball mill. In addition, 48 hours of wet pulverization and mixing were performed. Predetermined amounts of an organic binder such as polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, and an acrylic resin, and a plasticizer and an antifoaming agent as auxiliary organic materials were added to the raw material slurry thus pulverized and mixed, and further mixed for 3 hours. The mixed organic-inorganic mixed slurry was formed into a 100 μm ceramic green sheet by a doctor blade method.

そして、セラミック体1を形成するセラミックグリーンシートに、吸着電極3を形成するためのタングステンのペースト状電極材料をスクリーン印刷によって形成した。ここで、セラミック体1における所定の位置に吸着電極3が形成されるように、ペースト状電極材料の印刷されていないセラミックグリーンシートとペースト状電極材料の印刷された電
極形成グリーンシートとを積層して、一軸プレスで加圧して積層体を成形した。次に、得られた積層体を1570℃の温度で水素ガスの還元雰囲気中にて焼成した。セラミック体1をマシニングセンター、ロータリー加工機または円筒研削盤を用いて所定の形状にして、吸着電極3から試料保持面11までの厚みが0.3mm、セラミック体1の全体の厚みが2mmになるように加工した。
A tungsten paste electrode material for forming the adsorption electrode 3 was formed on the ceramic green sheet forming the ceramic body 1 by screen printing. Here, the ceramic green sheet on which the paste-like electrode material is not printed and the electrode-formed green sheet on which the paste-like electrode material is printed are laminated so that the adsorption electrode 3 is formed at a predetermined position in the ceramic body 1. Then, the laminate was molded by pressing with a uniaxial press. Next, the obtained laminate was fired at a temperature of 1570 ° C. in a reducing atmosphere of hydrogen gas. The ceramic body 1 is formed into a predetermined shape using a machining center, a rotary processing machine, or a cylindrical grinder so that the thickness from the adsorption electrode 3 to the sample holding surface 11 is 0.3 mm, and the total thickness of the ceramic body 1 is 2 mm. It was processed into.

その後、金属成分として銀パラジウムを含み、ガラス成分として、珪素、ホウ素およびビスマスの各酸化物を含むペーストを塗布した。ペーストに含まれる金属粒径の大きさは3μm程度に設定した。その後、さらに、金属粒径を4μm程度に設定した同成分のペーストを塗布した。その後、780〜850℃で焼成した。この焼成により、発熱抵抗体2を形成した。発熱抵抗体2の寸法は、幅を1.5mm、厚みを0.5mmに設定した。   Thereafter, a paste containing silver palladium as a metal component and silicon, boron and bismuth oxides as a glass component was applied. The metal particle size contained in the paste was set to about 3 μm. Then, the paste of the same component which set the metal particle size to about 4 micrometers was further apply | coated. Then, it baked at 780-850 degreeC. The heating resistor 2 was formed by this firing. The dimensions of the heating resistor 2 were set to a width of 1.5 mm and a thickness of 0.5 mm.

また、比較例として、発熱抵抗体を金属粒径が3μm程度に設定されたペーストを1回のみ塗布した後に焼成を行なったヒータを作製した。   Further, as a comparative example, a heater was manufactured in which a heating resistor was fired after a paste having a metal particle size set to about 3 μm was applied only once.

次に、作製したヒータ10に対して耐久試験を行なった。試料保持具の下面を20℃に冷却した状態で、発熱抵抗体2に250Vの電圧を印加した。具体的には、ヒータ10の温度が130℃に到達するまで電圧を印加して、130℃になった時点で電圧の印加を停止して、ヒータ10が50℃になるまで冷却を行ない、再度250Vの電圧を印加してヒータ10を130℃にするというサイクルテストを行なった。   Next, a durability test was performed on the manufactured heater 10. With the lower surface of the sample holder cooled to 20 ° C., a voltage of 250 V was applied to the heating resistor 2. Specifically, the voltage is applied until the temperature of the heater 10 reaches 130 ° C., the voltage application is stopped when the temperature reaches 130 ° C., the cooling is performed until the heater 10 reaches 50 ° C., and again. A cycle test was performed in which a voltage of 250 V was applied to bring the heater 10 to 130 ° C.

その結果、比較例のヒータでは500サイクル後に発熱抵抗体の抵抗値が上昇していたが、本発明の実施例では500サイクル後であっても発熱抵抗体2の抵抗値に変化が見られなかった。   As a result, in the heater of the comparative example, the resistance value of the heating resistor increased after 500 cycles, but in the example of the present invention, the resistance value of the heating resistor 2 did not change even after 500 cycles. It was.

このとき、実施例のヒータ10の発熱抵抗体2の第1の面21における金属粒子の粒径は3μm程度であり、第2の面22における金属粒子の粒径は3μm程度であった。   At this time, the particle size of the metal particles on the first surface 21 of the heating resistor 2 of the heater 10 of the example was about 3 μm, and the particle size of the metal particles on the second surface 22 was about 3 μm.

セラミック体:1
発熱抵抗体:2
第1の面:21
第2の面:22
吸着電極:3
ベースプレート:4
絶縁層:5
樹脂層:6
ヒータ:10
試料保持面:11
プラズマエッチング装置:100
Ceramic body: 1
Heating resistor: 2
First side: 21
Second side: 22
Adsorption electrode: 3
Base plate: 4
Insulating layer: 5
Resin layer: 6
Heater: 10
Sample holding surface: 11
Plasma etching equipment: 100

Claims (4)

セラミック体と、該セラミック体の主面に設けられた、金属粒子を含む発熱抵抗体とを備えており、該発熱抵抗体は、断面視したときに、前記セラミック体に接する第1の面における前記金属粒子よりも前記第1の面の反対側に位置する第2の面における前記金属粒子の方が前記主面に平行な方向に長いことを特徴とするヒータ。   A ceramic body; and a heating resistor including metal particles provided on a main surface of the ceramic body, the heating resistor being in a first surface in contact with the ceramic body when viewed in cross section. The heater according to claim 1, wherein the metal particles on the second surface located on the opposite side of the first surface are longer in the direction parallel to the main surface than the metal particles. 前記発熱抵抗体は、前記第2の面における空隙率が前記第1の面における空隙率よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載のヒータ。   2. The heater according to claim 1, wherein the heating resistor has a porosity on the second surface smaller than a porosity on the first surface. 前記発熱抵抗体は、前記第2の面における前記金属粒子の形状が、前記主面に垂直な方向よりも前記主面に平行な方向に広がった形状であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のヒータ。 2. The heating resistor has a shape in which the shape of the metal particles on the second surface is expanded in a direction parallel to the main surface rather than a direction perpendicular to the main surface. The heater according to claim 2. 前記発熱抵抗体は、前記第2の面における前記金属粒子の形状が、前記主面に平行な方向において長手方向と短手方向とを有する形状であるとともに、前記第2の面における複数の前記金属粒子は、それぞれの長手方向が揃うように配列していることを特徴とする請求項3に記載のヒータ。   The heating resistor has a shape in which the shape of the metal particles on the second surface has a longitudinal direction and a short direction in a direction parallel to the main surface, and a plurality of the second particles on the second surface. The heater according to claim 3, wherein the metal particles are arranged so that their longitudinal directions are aligned.
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