JP6856357B2

JP6856357B2 - ヒータ

Info

Publication number: JP6856357B2
Application number: JP2016222853A
Authority: JP
Inventors: 井之上　博範; 博範井之上
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-11-16
Filing date: 2016-11-16
Publication date: 2021-04-07
Anticipated expiration: 2036-11-16
Also published as: JP2018081803A

Description

本発明は、ヒータに関するものである。

ヒータとして、例えば、特許文献１に記載の半導体製造・検査装置用セラミックヒータが知られている。特許文献１に記載の半導体製造・検査装置用セラミックヒータは、上面にウエハ載置面（加熱面）を有するセラミック基板と、セラミック基板の内部に設けられた発熱抵抗体と、セラミック基板の側面に設けられた導電端子とを有している。

また、他のヒータとして、特許文献２に記載の半導体製造装置用セラミックスヒーターが知られている。特許文献２に記載の半導体製造装置用セラミックスヒーターは、２枚のセラミックス基板と、セラミックス基板の表面または内部に設けられた抵抗発熱体とを有している。

国際公開第２００２／０８４７１７号公報特開２００４−１４６５６７号公報

特許文献２に記載の半導体製造装置用セラミックスヒーターにおいて、例えば、特許文献１に記載されたような導電端子を取り付けた場合に、抵抗発熱体で生じた熱が導電端子に逃げてしまうおそれがあった。そのため、ヒータの表面の均熱性を向上させることが困難になってしまう場合があった。

本発明のヒータは、第１セラミック層と、該第１セラミック層の上面に設けられた発熱抵抗体と、前記第１セラミック層の上面に、側面が該第１セラミック層と面一になるように、間に前記発熱抵抗体を挟んで積層された第２セラミック層と、前記第１セラミック層の側面に接着剤で固定された導電端子とを備えており、前記接着剤は前記導電端子と、前記接着層および前記第２セラミック層の少なくとも１つとを固定しており、前記導電端子の上側に位置している前記接着剤の体積が下側に位置している該接着剤の体積よりも大きく、前記接着剤は前記導電端子よりも熱伝導率が大きいことを特徴とする。

本発明のヒータによれば、導電端子の上側に位置している接着剤の体積が下側に位置している接着剤の体積よりも大きいことにより、導電端子に逃げてしまった熱を接着剤を通じてより上側に伝えることができる。これにより、導電端子から熱が逃げることによって第２セラミック層の上面の均熱性が低下してしまうおそれを低減できる。

本実施形態のヒータの一例を示す断面図である。発熱抵抗体の形状の例を示す模式図である。ヒータの変形例を示す断面図である。ヒータの変形例を示す断面図であるヒータの変形例を示す断面図であるヒータの変形例を示す上面図である

図１はヒータを示す断面図である。図１に示すように、ヒータ１００は、第１セラミック層１と、第１セラミック層１の上面に積層された第２セラミック層２と、第１セラミック層１の側面に取り付けられた導電端子３とを備えている。ヒータ１００は、第２セラミック層２の上面を加熱面として用いることができる。なお、ここでいう「上面」等の方向を示す表現は、各部材の位置関係を明確にすることを目的として使用しているに過ぎず、ヒータ１００を使用する際の向き等を限定するものではない。すなわち、例えば、ヒータ１００は、第２セラミック層２が第１セラミック層１よりも下方に位置するように、使用することができる。

第１セラミック層１は、上面に発熱抵抗体４が設けられた部材である。第１セラミック層１は、第２セラミック層２の下面を、上面で覆うように設けられている。第１セラミック層１と第２セラミック層２とは、接着層５を介して、接着されている。接着層５は、第１セラミック層１の上面と第２セラミック層２の下面とに接触している。第１セラミック層１は、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素またはイットリア等のセラミック材料からなる。特に、第１セラミック層１は、第２セラミック層２と同じ材料から成っていてもよい。これにより、第１セラミック層１と第２セラミック層２の熱膨張率を近づけることができるので、第１セラミック層１と第２セラミック層との間に生じる熱応力を低減できる。第１セラミック層１は、例えば、矩形状の部材である。第１セラミック層１の寸法は、例えば、矩形状の場合は、縦の長さを１０〜１２０ｍｍ、横の長さを１０〜１２０ｍｍ、厚みを１〜１０ｍｍに設定できる。また、円形状の場合は直径５０ｍｍ〜４５０ｍｍ、厚みは１〜１０ｍｍに設定できる。第１セラミック層１および第２セラミック層２は、例えば、側面が面一になるよう形成される。

発熱抵抗体４は、第２セラミック層２の上面の加熱面に設置された試料を加熱するための部材である。発熱抵抗体４は、第１セラミック層１の上面に設けられている。発熱抵抗体４に電圧を印加することによって、発熱抵抗体４を発熱させることができる。発熱抵抗体４で発せられた熱は、接着層５および第２セラミック層２の内部を伝わって、第２セラミック層２の上面における加熱面に到達する。これにより、加熱面に設置された試料を加熱することができる。

図２に示す模式図のように、発熱抵抗体４は、複数の折り返し部を有する線状のパターンであって、第１セラミック層１の上面のほぼ全面に形成されている。これにより、加熱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。なお、図２は断面を示す図ではないが、理解を助けることを目的として、発熱抵抗体４にハッチングを付している。

発熱抵抗体４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材料を含んでいる。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してもよい。また、ガラス成分としては、ケイ素、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。

第２セラミック層２は、上面に加熱面を有する板状の部材である。第２セラミック層２は、被加熱物に接触する部材である。また、第２セラミック層２は、発熱抵抗体４から伝わった熱のむらを低減して、加熱面に伝えるための部材である。第２セラミック層２は、上面の加熱面において、例えば、シリコンウエハまたはシリコンウエハチップ等の被加熱物を加熱する。第２セラミック層２は、例えば、第１セラミック層１と同様に矩形状である。第２セラミック層２は、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素またはイットリア等のセラミック材料からなる。第２セラミック層２の寸法は、例えば、矩形状の場合は、縦の長さを１０〜１２０ｍｍ、横の長さを１０〜１２０ｍｍ、厚みを１〜１０ｍｍに設定できる。また、円形状の場合は直径５０ｍｍ〜４５０ｍｍ、厚みは１〜１０ｍｍに
設定できる。

図１に示すように、ヒータ１００は、第２セラミック層２の内部に、温度センサー６をさらに備えていてもよい。温度センサー６は、例えば、導体パターンから成る。この導体パターンの抵抗値の変化を測定することによって、温度を測定することができる。温度センサー６が導体パターンから成る場合には、例えば、繰り返し折り曲げた形状で面方向のほぼ全体に引き回されている。なお、導体パターンは、例えば、タングステン、モリブデンまたは白金等の金属材料から成る。

上述した温度センサー６を設けることによって、測定した第２セラミック層２の温度に基づいて、発熱抵抗体４に印加する電圧を調整する。これにより、加熱面の温度が一定になるように発熱抵抗体４の発熱を制御することができる。

また、その他の温度センサーとしては、例えば、熱電対をセラミック基板の内部に埋め込んだものを用いることができる。温度センサーを第２セラミック層２に埋設することによって、例えば、温度センサーを第１セラミック層１に埋設する場合と比較して、加熱面に近い部分で温度を測定することができる。そのため、温度センサーにおける測定結果を加熱面の実際の温度に近づけることができる。

接着層５は、第１セラミック層１と第２セラミック層２とを接着するための部材である。接着層５は、第１セラミック層１の上面と第２セラミック層２の下面との間に設けられている。接着層５は、第１セラミック層１と第２セラミック層２とを発熱抵抗体４ごと接着している。接着層５は、例えば、シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂等の樹脂材料等から成る。接着層５の厚みは、例えば、０．０１〜０．３ｍｍに設定できる。また、接着層５は、アルミナまたは窒化アルミニウム等のフィラーを含有していてもよい。

ヒータ１００においては、図１に示すように、第１セラミック層１の上面に発熱抵抗体４が設けられることにより、発熱抵抗体４で生じた熱を第２セラミック層２だけではなく接着層５においても拡散させることができる。これにより、加熱面における均熱性を向上できる。

導電端子３は、ヒータ１００に電力を供給するための部材である。導電端子３は、例えば、一方が発熱抵抗体４に電気的に接続されている。導電端子３は、例えば、他方が外部の電源に接続されて用いられる。導電端子３は、棒状または端子状の部材である。導電端子３は、第１セラミック層１の側面に接着剤で固定される。導電端子３は、第１セラミック層１の側面から第１セラミック層１の側方に立ち上がるように設けられている。導電端子３は、例えば、鉄ニッケルコバルト合金またはニッケル等の金属材料からなる。

接着剤７は、導電端子３を第１セラミック層１に固定するための部材である。接着剤７は、導電端子３の一方と第１セラミック層１の側面とに濡れ広がっている。接着剤７としては、例えば、エポキシ樹脂等の樹脂材料を用いることができる。また、他の接着剤７としては、例えば、銀銅ろう等のろう材を用いることもできる。また、接着剤７による固定を強固に行なうことを目的として、例えば、第１セラミック層１の側面にメタライズ層等の接合用の下地を設けてもよい。

ここで、ヒータ１００においては、接着剤７は導電端子３の下側よりも上側に広がって設けられている。このため、発熱抵抗体４で発せられた熱のうち導電端子３に逃げてしまった熱を、接着剤７を通じてより上側に伝えることができる。これにより、導電端子３から熱が逃げることによって第２セラミック層２の上面の均熱性が低下してしまうおそれを低減できる。

接着剤７が、導電端子３の下側よりも上側に広がっていることは、例えば、以下の方法により確認できる。三次元測定器（ミツトヨ社製、型番：ＢＲＴ-Ａ７０７を用いて、第
１セラミック層１の側面を基準面に、接着剤７の表面を複数点測定する。基準面からの接着剤７の表面の高さを測ることで、接着剤７の厚みを測定できる。さらに接着剤７の塗布されている幅および長さも測定し、前述の厚み、幅および長さから接着剤７の体積を求める。そして、導電端子３から下側に位置している接着剤７と、導電端子３から上側に位置している接着剤７との体積を比較して、導電端子３の上側に位置している接着剤７の体積が下側に位置している接着剤７の体積よりも大きいことを確認することによって、「接着剤７が、導電端子３の下側よりも上側に広がっていること」を確認できる。

なお、ここでいう、導電端子３の下側と導電端子３の上側とについては、例えば、以下の方法で定めることができる。導電端子３のうち第１セラミック層１に面している端面の形状が円形状の場合には、この円形状の中心を通る水平方向の仮想線を引き、この仮想線よりも下側を導電端子３の下側として、仮想線よりも上側を導電端子の上側とすることができる。また、導電端子３のうち第１セラミック層１に面している端面の形状が矩形状の場合も、この矩形状の中心を通る水平方向の仮想線を引き、この仮想線よりも下側を導電端子３の下側として、仮想線よりも上側を導電端子３の上側とすることができる。上記の場合以外の形状の導電端子３の場合についても、上述した方法に準ずる方法で、導電端子３の下側と導電端子３との上側とを定めることができる。

また、図３に示すように、導電端子３が、第１セラミック層１の上面に固定されており第１セラミック層１の側方に引き出されていてもよい。そして、接着剤７が、導電端子３と第１セラミック層１、接着層５および第２セラミック層２の少なくとも１つとを固定していてもよい。そして、接着剤７が、導電端子３から下側よりも上側に広がって設けられていてもよい。このような構成においても、導電端子３に逃げてしまった熱を接着剤７を通じて上面側に伝えることができる。これにより、導電端子３からの熱が逃げることによって第２セラミック層２の上面の均熱性が低下してしまうおそれを低減できる。

また、接着剤７は、導電端子３よりも熱伝導率が大きくてもよい。これにより、発熱抵抗体４から発せられた熱のうち導電端子３に逃げてしまった熱を、接着剤７を介して速やかにより上側に伝えることができる。そのため、急速昇温の際に第２セラミック層２の上面に生じる温度分布のむらを低減できる。導電端子３として、鉄ニッケルコバルト合金（１７Ｗ／ｍＫ）を用いる場合には、例えば、接着剤７としてＡｇエポキシ系の接着剤（１００〜２００Ｗ／ｍＫ）を用いることができる。

また、図４、図５に示すように、接着剤７が導電端子３よりも下側に広がっていない構成であってもよい。このような構成により、導電端子３に伝わった熱の大部分を接着剤７を介して上側に伝えることができる。これにより、第２セラミック層２の上面における均熱性をさらに向上できる。

接着剤７を導電端子３よりも上側のみに広がらせる方法としては、以下の方法が挙げられる。例えば、導電端子３の下側にテープ等でマスキングを施した状態で、接着剤７を塗布する。接着剤７の硬化後にテープを除去すればよい。

また、図６に示すように、平面視したときに、第１セラミック層１が多角形状であって、第１セラミック層１の導電端子３が固定された側面の長さ方向全体に接着剤７が広がっていてもよい。なお、長さ方向とは、平面視したときの一辺の長さの方向のことを意味している。接着剤７が第１セラミック層１の側面の長さ方向全体に広がっていることによって、導電端子３が固定された側面の長さ方向における熱のばらつきを低減することができ
る。これにより、第２セラミック層２の上面における均熱性を向上できる。

１：第１セラミック層
２：第２セラミック層
２０：加熱面
３：導電端子
４：発熱抵抗体
５：接着層
６：温度センサー
７：接着剤

Claims

第１セラミック層と、該第１セラミック層の上面に設けられた発熱抵抗体と、前記第１セラミック層の上面に、側面が該第１セラミック層と面一になるように、間に前記発熱抵抗体を挟んで接着層を介して積層された第２セラミック層と、前記第１セラミック層の側面に接着剤で固定された導電端子とを備えており、
前記接着剤は前記導電端子と、前記接着層および前記第２セラミック層の少なくとも１つとを固定しており、
前記導電端子の上側に位置している前記接着剤の体積が下側に位置している該接着剤の体積よりも大きく、
前記接着剤は前記導電端子よりも熱伝導率が大きいことを特徴とするヒータ。
第１セラミック層と、該第１セラミック層の上面に設けられた発熱抵抗体と、前記第１セラミック層の上面に、側面が該第１セラミック層と面一になるように、間に前記発熱抵抗体を挟んで積層された第２セラミック層と、前記第１セラミック層の上面に固定されており前記第１セラミック層の側方に引き出された導電端子と、該導電端子と前記第１セラミック層、前記接着層および前記第２セラミック層の少なくとも１つとを固定する接着剤とを備えており、
該導電端子の上側に位置している前記接着剤の体積が下側に位置している該接着剤の体積よりも大きく、
前記接着剤は前記導電端子よりも熱伝導率が大きいことを特徴とするヒータ。
前記接着剤が前記導電端子よりも下側に広がっていない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。
平面視したときに、前記第１セラミック層が多角形状であって、前記第１セラミック層の前記導電端子が固定された前記側面の長さ方向全体に前記接着剤が広がっていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のヒータ。