JP7248780B2 - セラミックヒータ - Google Patents
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Description
本発明は、セラミックヒータに関する。
従来より、半導体製造プロセスにおいて、プラズマＣＶＤ工程が採用されることがある。プラズマＣＶＤ工程では、セラミックヒータのウエハ載置面にウエハを載置する。セラミックヒータのセラミック基体には、プラズマ発生用電極とヒータ電極とが埋設されている。一方、ウエハの上方空間には、上部電極が配置されている。そして、上部電極とプラズマ発生用電極との間に高周波電圧を印加すると、これらの電極の間にプラズマが発生し、このプラズマを利用してウエハに薄膜が蒸着される。こうしたセラミックヒータでは、プラズマ発生用電極に印加した高周波電圧の漏れ電流がヒータ電極に伝わると、ヒータ電極への通電が制御できなくなるという問題があった。この点に鑑み、特許文献１には、プラズマ発生用電極とヒータ電極との間に高抵抗の絶縁層（漏れ電流防止層）を設けることが提案されている。また、一例として、セラミック基体自体は窒化アルミニウムセラミックで形成し、絶縁層として窒化アルミニウムよりも抵抗値の大きい窒化珪素セラミックで形成することが提案されている。
しかしながら、窒化珪素セラミックの熱膨張率は窒化アルミニウムセラミックの熱膨張率の６割程度しかないため、セラミックヒータの昇温と降温を繰り返すうちに絶縁層が剥離するおそれがあった。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、プラズマ発生用電極とヒータ電極との間の漏れ電流を長期にわたって防止することを主目的とする。
本発明のセラミックヒータは、
ウエハ載置面を備えたＡｌＮセラミック基体に、前記ウエハ載置面に近い方からプラズマ発生用電極、ヒータ電極がこの順に離間した状態で埋設されたセラミックヒータであって、
前記ＡｌＮセラミック基体は、
前記プラズマ発生用電極と前記ヒータ電極との間に設けられたＡｌＮセラミック高抵抗層と、
前記高抵抗層以外のＡｌＮセラミック低抵抗層と、
を備え、
前記高抵抗層と前記低抵抗層ともＳｉ、Ｍｇ及びＴｉを含み、
前記高抵抗層は、前記低抵抗層と比べて、Ｍｇ及びＴｉの含有量が多く体積抵抗率が高い、
ものである。
ウエハ載置面を備えたＡｌＮセラミック基体に、前記ウエハ載置面に近い方からプラズマ発生用電極、ヒータ電極がこの順に離間した状態で埋設されたセラミックヒータであって、
前記ＡｌＮセラミック基体は、
前記プラズマ発生用電極と前記ヒータ電極との間に設けられたＡｌＮセラミック高抵抗層と、
前記高抵抗層以外のＡｌＮセラミック低抵抗層と、
を備え、
前記高抵抗層と前記低抵抗層ともＳｉ、Ｍｇ及びＴｉを含み、
前記高抵抗層は、前記低抵抗層と比べて、Ｍｇ及びＴｉの含有量が多く体積抵抗率が高い、
ものである。
このセラミックヒータでは、ＡｌＮセラミック基体は、プラズマ発生用電極とヒータ電極との間に設けられたＡｌＮセラミック高抵抗層と、高抵抗層以外のＡｌＮセラミック低抵抗層とを備えている。高抵抗層と低抵抗層ともＳｉ、Ｍｇ及びＴｉを含む。高抵抗層は、低抵抗層と比べて、Ｍｇ及びＴｉの含有量が多く体積抵抗率が高い。そのため、プラズマ発生用電極とヒータ電極との間に漏れ電流が流れるのを高抵抗層が防止する。高抵抗層は、低抵抗層よりも体積抵抗率が高くなるようにＭｇ及びＴｉを多めに含有している。また、ＡｌＮセラミック基体を構成する高抵抗層と低抵抗層は、いずれも基本的にはＡｌＮセラミックであるため、熱膨張率に大きな差が生じない。そのため、セラミックヒータの昇温と降温を繰り返したとしても、高抵抗層と低抵抗層との層間に剥離が生じにくい。したがって、このセラミックヒータによれば、プラズマ発生用電極とヒータ電極との間の漏れ電流を長期にわたって防止することができる。
本発明のセラミックヒータにおいて、前記高抵抗層は、前記低抵抗層と比べて、Ｓｉの含有量が少ないことが好ましい。
本発明のセラミックヒータにおいて、前記低抵抗層は、１０質量ｐｐｍ以上５０質量ｐｐｍ以下のＴｉを含むＡｌＮセラミック層であり、前記高抵抗層は、１０００質量ｐｐｍ以上１５００質量ｐｐｍ以下のＴｉを含むＡｌＮセラミック層であることが好ましい。こうすれば、高抵抗層の体積抵抗率を低抵抗層の体積抵抗率よりも高くすることができると共に、高抵抗層の熱伝導率を低抵抗層の熱伝導率と同程度にすることができる。
本発明のセラミックヒータにおいて、前記低抵抗層は、９０質量ｐｐｍ以上１８０質量ｐｐｍ以下のＭｇを含むＡｌＮセラミック層であり、前記高抵抗層は、２００質量ｐｐｍ以上４００質量ｐｐｍ以下のＭｇを含むＡｌＮセラミック層であることが好ましい。
本発明のセラミックヒータにおいて、前記高抵抗層の体積抵抗率は、前記低抵抗層の体積抵抗率の１．２倍以上であることが好ましい。こうすれば、プラズマ発生用電極とヒータ電極との間の漏れ電流をより防止しやすくなる。
本発明のセラミックヒータにおいて、前記高抵抗層の熱伝導率は、前記低抵抗層の熱伝導率の９０％以上であることが好ましい。こうすれば、高抵抗層の熱伝導率が比較的高いため、ウエハの均熱性が良好になる。
本発明のセラミックヒータにおいて、前記ＡｌＮセラミック基体は、前記低抵抗層と前記高抵抗層と前記低抵抗層とがこの順に積層された３層構造となっており、前記高抵抗層の厚みは２つの前記低抵抗層の厚みの合計よりも小さいことが好ましい。通常、セラミックは体積抵抗率が高いと熱伝導率が低くなる傾向にあるが、このような構造を採用すれば、全体として熱伝導率を比較的高くすることができ、ウエハの均熱性が良好になる。
本発明の好適な実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１はプラズマ処理装置１０の概略構成を示す断面図、図２は図１における１点鎖線の円内部分の拡大図である。
プラズマ処理装置１０は、図１に示すように、チャンバ１２と、シャワーヘッド２０と、ウエハ載置装置３０とを備えている。
チャンバ１２は、アルミニウム合金等によりボックス状に形成された容器である。このチャンバ１２は、底面の略中央に丸穴１４を有している。また、チャンバ１２は、底面に排気管１６を有している。排気管１６は、図示しない圧力調整弁や真空ポンプ等を途中に備えており、チャンバ１２の内部を所望の圧力に調整できるようになっている。チャンバ１２の天井は、開口されている。
シャワーヘッド２０は、チャンバ１２の天井の開口を塞ぐように取り付けられている。チャンバ１２の天井の開口縁とシャワーヘッド２０との間には、絶縁部材２２が設けられている。シャワーヘッド２０で開口が塞がれたチャンバ１２の内部は、気密が保たれるように構成されている。シャワーヘッド２０は、ガス導入管２４から導入されたガスを、多数のガス噴射孔２６からセラミックヒータ３１に載置されたウエハＷに向かって噴射するようになっている。シャワーヘッド２０には、プラズマ発生用のＲＦ電源６０が接続されている。そのため、シャワーヘッド２０は、プラズマ発生用の電極として機能する。ＲＦ電源６０の周波数は、例えば１３ＭＨｚとか２７ＭＨｚが好ましい。
ウエハ載置装置３０は、セラミックヒータ３１と、中空シャフト３８とを備えている。
セラミックヒータ３１は、ウエハ載置面３２ａを備えた円板状のＡｌＮセラミック基体３２に、ウエハ載置面３２ａに近い方からプラズマ発生用のＲＦ電極３３とヒータ電極３４とがこの順に離間した状態で埋設されたものである。
ＡｌＮセラミック基体３２は、図２に示すように、ＲＦ電極３３とヒータ電極３４との間に設けられたＡｌＮセラミック高抵抗層３２１と、高抵抗層３２１以外のＡｌＮセラミック低抵抗層３２２，３２３とを備えている。高抵抗層３２１と低抵抗層３２２，３２３ともＳｉ，Ｍｇ及びＴｉを含んでいる。ここでは、ＡｌＮセラミック基体３２は、低抵抗層３２２と高抵抗層３２１と低抵抗層３２３とがこの順に積層された３層構造となっており、高抵抗層３２１の厚みは２つの低抵抗層３２２，３２３の厚みの合計よりも小さい。高抵抗層３２１は、低抵抗層３２２，３２３と比べて、Ｍｇ及びＴｉの含有量が多く体積抵抗率が高い。高抵抗層３２１は、低抵抗層３２２，３２３と比べてＴｉ含有量が多いため、外観上、黒っぽく見える。高抵抗層３２１は、低抵抗層３２２，３２３と比べて、Ｓｉの含有量が少ないことが好ましい。低抵抗層３２２，３２３は、１０質量ｐｐｍ以上５０質量ｐｐｍ以下のＴｉを含むＡｌＮセラミック層であることが好ましく、高抵抗層３２１は、１０００質量ｐｐｍ以上１５００質量ｐｐｍ以下のＴｉを含むＡｌＮセラミック層であることが好ましい。低抵抗層３２２，３２３は、９０質量ｐｐｍ以上１８０質量ｐｐｍ以下のＭｇを含むＡｌＮセラミック層であり、高抵抗層３２１は、２００質量ｐｐｍ以上４００質量ｐｐｍ以下のＭｇを含むＡｌＮセラミック層であることが好ましい。また、高抵抗層３２１の体積抵抗率は、低抵抗層３２２，３２３の体積抵抗率の１．２倍以上であることが好ましく、高抵抗層３２１の熱伝導率は、低抵抗層３２２，３２３の熱伝導率の９０％以上であることが好ましい。高抵抗層３２１の熱膨張率α１は、低抵抗層３２２，３２３の熱膨張率α２と同等（例えばα２±１０％の範囲内、好ましくはα２±５％の範囲内）であることが好ましい。
ＲＦ電極３３は、メッシュ形状、板状又は膜状であり、例えばＷ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｎｉの単体又は化合物（炭化物など）を主成分とする材料、それらを組み合わせた材料、あるいはそれらとセラミック基体３２に用いられたセラミック原料との混合材料などによって作製される。ＲＦ電極３３は、セラミック基体３２のうちウエハ載置面３２ａとは反対側の面（裏面）から差し込まれた給電ロッド３５を介してプラズマ発生用のＲＦ電源６０に接続されている。
ヒータ電極３４は、コイル形状又はリボン形状であり、例えばＷ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｎｉの単体又は化合物（炭化物など）を主成分とする材料、それらを組み合わせた材料、あるいはそれらとセラミック基体３２に用いられたセラミック原料との混合材料などによって作製される。ヒータ電極３４は、ウエハ載置面３２ａの全体にわたって行き渡るように一筆書きの要領で一端３４ａから他端３４ｂまで配線されている。ヒータ電極３４の一端３４ａと他端３４ｂには、それぞれ給電ロッド３６，３７が接続されている。２つの給電ロッド３６，３７の間には、ヒータ電源６２が接続されている。ヒータ電極３４は、ヒータ電源６２から電力が供給されると、ウエハ載置面３２ａに吸着保持されているウエハＷを加熱する。
中空シャフト３８は、セラミック基体３２と同様、ＡｌＮ製であり、両端の開口の周囲にはフランジ３８ａ，３８ｂが設けられている。中空シャフト３８は、一端のフランジ３８ａを介してセラミック基体３２の裏面に拡散接合やＴＣＢ（Thermal compression bonding）により接合されている。ＴＣＢとは、接合対象の２つの部材の間に金属接合材を挟み込み、金属接合材の固相線温度以下の温度に加熱した状態で２つの部材を加圧接合する公知の方法をいう。なお、使用温度が低ければ、中空シャフト３８はセラミック基体３２の裏面に有機接着層を介して接着されていてもよい。また、中空シャフト３８は、他端のフランジ３８ｂを介してチャンバ１２の底面に設けられた丸穴１４の周囲に気密に取り付けられている。そのため、中空シャフト３８の内部とチャンバ１２の内部とは、完全に遮断された状態となっている。中空シャフト３８のフランジ３８ｂの裏面には、ロッド固定器３９が取り付けられている。ロッド固定器３９は、貫通する給電ロッド３５，３６，３７を図示しないクランプ機構によって固定するものである。
次に、プラズマ処理装置１０の製造例について説明する。ここでは、ウエハ載置装置３０の製造例について説明する。なお、この製造例は周知の技術を応用したものであるため概略のみ説明する。まず、扁平な円柱状の空間を備えた成形型を用意する。その成形型内に、焼成すると低抵抗層になる低抵抗層用原料を投入して敷き詰める。続いて、その上にＲＦ電極３３を配置し、更に低抵抗層用原料を投入してＲＦ電極３３上に敷き詰める。続いて、その上に、焼成すると高抵抗層になる高抵抗層用原料を投入して敷き詰め、一旦、円板状に成形する。続いて、高抵抗層用原料の上にヒータ電極３４を配置し、更に低抵抗層用原料を投入してヒータ電極３４上に敷き詰め、再度、円板状に成形する。得られた円板状の成形体を焼成し、セラミックヒータ３１を得る。焼成は、加圧焼成（例えばホットプレス焼成）でもよいし、常圧焼成でもよい。続いて、セラミックヒータ３１のウエハ載置面３２ａとは反対側の面に、給電ロッド３５，３６，３７を接続するための穴あけ等の切削を行う。切削を行ったあとのセラミックヒータ３１に、別途作製した中空シャフト３８を接合したあと、給電ロッド３５をＲＦ電極３３に接続すると共に給電ロッド３６，３７をヒータ電極３４の一端３４ａ及び他端３４ｂに接続し、ウエハ載置装置３０を得る。
次に、プラズマ処理装置１０の使用例について説明する。図１に示すように、チャンバ１２内にプラズマ処理装置１０を配置し、ウエハ載置面３２ａにウエハＷを載置する。そして、シャワーヘッド２０から反応ガスを供給し、チャンバ１２内を所定圧力（例えば数１０～数１００Ｐａ）の反応ガス雰囲気とする。この状態で、シャワーヘッド２０とセラミック基体３２に埋設されたＲＦ電極３３との間に、ＲＦ電源６０から高周波電力を供給する。これにより、シャワーヘッド２０とＲＦ電極３３とからなる平行平板電極間にプラズマが発生する。そのプラズマを利用してウエハＷにＣＶＤ成膜を施したりエッチングを施したりする。また、図示しない熱電対の検出信号に基づいてウエハＷの温度を求め、その温度が設定温度（例えば３５０℃とか３００℃）になるようにヒータ電極３４へ印加するヒータ電源６２の電圧を制御する。
以上詳述したセラミックヒータ３１では、ＲＦ電極３３とヒータ電極３４との間に漏れ電流が流れるのを高抵抗層３２１が防止する。高抵抗層３２１は、低抵抗層３２２，３２３よりも体積抵抗率が高くなるようにＴｉを多めに含有している。ＡｌＮセラミックは、Ｔｉ含有量が多すぎると体積抵抗率が低くなるが、Ｔｉ含有量が適量であれば体積抵抗率が高くなる傾向がある。本実施形態ではこの性質を利用している。また、ＡｌＮセラミック基体３２を構成する高抵抗層３２１と低抵抗層３２２，３２３は、いずれも基本的にはＡｌＮセラミックであるため、熱膨張率に大きな差が生じない。そのため、セラミックヒータ３１の昇温と降温を繰り返したとしても、高抵抗層３２１と低抵抗層３２２，３２３との層間に剥離が生じにくい。したがって、このセラミックヒータ３１によれば、ＲＦ電極３３とヒータ電極３４との間の漏れ電流を長期にわたって防止することができる。
また、ＲＦ電極３３の周辺には、ＲＦ電極３３を流れるＲＦ電流により発生するＲＦ磁場の時間変化によりＲＦ電界が誘起される。高抵抗層３２１は、このＲＦ電界がヒータ電極３４に結合するのを防止する。そのため、ヒータ電極３４を含むヒータ回路へのＲＦノイズの影響を十分防止することができる。その結果、ヒータ電極３４の温度制御を精度よく行うことができる。
高抵抗層３２１は、低抵抗層３２２，３２３と比べて、Ｓｉの含有量が少ないことが好ましい。こうすれば、後述する実験例の測定データが示すように、Ｔｉの含有量が多くても高抵抗とすることができる。低抵抗層３２２，３２３は、３０質量ｐｐｍ以上１２０質量ｐｐｍ以下のＳｉを含むＡｌＮセラミック層であり、高抵抗層３２１は、２０質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下のＳｉを含むＡｌＮセラミック層であり、低抵抗層３２２，３２３の方が高抵抗層３２１よりもＳｉの含有量が多いことが好ましい。
低抵抗層３２２，３２３は、１０質量ｐｐｍ以上５０質量ｐｐｍ以下のＴｉを含むＡｌＮセラミック層であり、高抵抗層３２１は、１０００質量ｐｐｍ以上１５００質量ｐｐｍ以下のＴｉを含むＡｌＮセラミック層であることが好ましい。こうすれば、高抵抗層３２１の体積抵抗率を低抵抗層３２２，３２３の体積抵抗率よりも高くすると共に、高抵抗層３２１の熱伝導率を低抵抗層３２２，３２３の熱伝導率と同程度にすることができる。
低抵抗層３２２，３２３は、９０質量ｐｐｍ以上１８０質量ｐｐｍ以下のＭｇを含むＡｌＮセラミック層であり、高抵抗層３２１は、２００質量ｐｐｍ以上４００質量ｐｐｍ以下のＭｇを含むＡｌＮセラミック層であることが好ましい。こうすれば、後述する実験例の測定データが示すように、Ｔｉの含有量が多くても高抵抗とすることができる。
更にまた、高抵抗層３２１の体積抵抗率は、低抵抗層３２２，３２３の体積抵抗率の１．２倍以上であることが好ましい。こうすれば、ＲＦ電極３３とヒータ電極３４との間の漏れ電流をより防止しやすくなる。
そしてまた、高抵抗層３２１の熱伝導率は、低抵抗層３２２，３２３の熱伝導率の９０％以上であることが好ましい。こうすれば、高抵抗層３２１の熱伝導率が比較的高いため、ウエハＷの均熱性が良好になる。
そして更に、ＡｌＮセラミック基体３２は、低抵抗層３２２と高抵抗層３２１と低抵抗層３２３とがこの順に積層された３層構造となっており、高抵抗層３２１の厚みは２つの低抵抗層３２２，３２３の厚みの合計よりも小さい。通常、セラミックは体積抵抗率が高いと熱伝導率が低くなる傾向にあるが、このような構造を採用しているため、全体として熱伝導率を比較的高くすることができ、ウエハＷの均熱性が良好になる。
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
例えば、上述した実施形態では、高抵抗層３２１をＲＦ電極３３の下面よりも下側であってヒータ電極３４の上面に接するように配置したが、特にこれに限定されない。例えば、図３に示すように、高抵抗層３２１をＲＦ電極３３の下面及びヒータ電極３４の上面に接するように配置してもよい。あるいは、ＲＦ電極３３及びヒータ電極３４の少なくとも一方を高抵抗層３２１に埋設してもよい。ヒータ電極３４を高抵抗層３２１に埋設した例を図４に示す。図３及び図４では、上述した実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付した。いずれにおいても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。
上述した実施形態において、ウエハ載置面３２ａを複数のゾーンに分けて、各ゾーンごとにヒータ電極３４を配置してもよい。
上述した実施形態において、ＡｌＮセラミック基体３２内に静電電極を内蔵し、ウエハＷをウエハ載置面３２ａに静電吸着させてもよい。
上述した実施形態で説明したセラミックヒータ３１の製造例にしたがって４種類のセラミックヒータ３１を製造し（実験例１～４）、それぞれのＡｌＮセラミック基体３２のＴｉ含有率及び特性を評価した。その結果を表１に示す。Ｓｉ，Ｍｇ及びＴｉの含有率は、ＩＣＰ発光分光分析法（ＩＣＰ－ＡＥＳ）にしたがって求めた。体積抵抗率は、室温で測定したときの値であり、ＪＩＳ－Ｃ２１４１にしたがって求めた。熱伝導率は、室温で測定したときの値であり、ＪＩＳ－Ｒ１６１１にしたがって求めた。熱膨張率は、室温－１０００℃の値であり、ＪＩＳ－Ｒ１６１８にしたがって求めた。
実験例１～４では、高抵抗層３２１と低抵抗層３２２，３２３ともＳｉ、Ｍｇ及びＴｉを含み、高抵抗層３２１は、低抵抗層３２２，３２３と比べて、Ｍｇ及びＴｉの含有量が多く体積抵抗率が高くＳｉの含有量が低かった。熱膨張率は、実験例１～４のいずれも、高抵抗層３２１と低抵抗層３２２，３２３とでほぼ同等だった。体積抵抗率は、実験例１～４のいずれも、高抵抗層３２１の方が低抵抗層３２２，３２３よりも高かった。実験例１，２では、高抵抗層３２１の体積抵抗率は低抵抗層３２２，３２３の体積抵抗率の約４倍、高抵抗層３２１の熱伝導率は低抵抗層３２２，３２３の熱伝導率の約９３％であった。実験例３，４では、高抵抗層３２１の体積抵抗率は低抵抗層３２２，３２３の体積抵抗率の約１．２倍、高抵抗層３２１の熱伝導率は低抵抗層３２２，３２３の熱伝導率の約９６％であった。
本出願は、２０１９年３月１８日に出願された日本国特許出願第２０１９－０４９５４８号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。
本発明は、例えば半導体製造プロセスに利用可能である。
１０ プラズマ処理装置、１２ チャンバ、１４ 丸穴、１６ 排気管、２０ シャワーヘッド、２２ 絶縁部材、２４ ガス導入管、２６ ガス噴射孔、３０ ウエハ載置装置、３１ セラミックヒータ、３２ ＡｌＮセラミック基体、３２１ ＡｌＮセラミック高抵抗層、３２２，３２３ ＡｌＮセラミック低抵抗層、３２ａ ウエハ載置面、３３ ＲＦ電極、３４ ヒータ電極、３４ａ 一端、３４ｂ 他端、３５，３６，３７ 給電ロッド、３８ 中空シャフト、３８ａ フランジ、３８ｂ フランジ、３９ ロッド固定器、６０ ＲＦ電源、６２ ヒータ電源。
Claims (6)
- ウエハ載置面を備えたＡｌＮセラミック基体に、前記ウエハ載置面に近い方からプラズマ発生用電極、ヒータ電極がこの順に離間した状態で埋設されたセラミックヒータであって、
前記ＡｌＮセラミック基体は、
前記プラズマ発生用電極と前記ヒータ電極との間に設けられたＡｌＮセラミック高抵抗層と、
前記高抵抗層以外のＡｌＮセラミック低抵抗層と、
を備え、
前記高抵抗層と前記低抵抗層ともＳｉ、Ｍｇ及びＴｉを含み、
前記高抵抗層は、前記低抵抗層と比べて、Ｍｇ及びＴｉの含有量が多く体積抵抗率が高く、
前記ＡｌＮセラミック基体は、前記低抵抗層と前記高抵抗層と前記低抵抗層とがこの順に積層された３層構造となっており、前記高抵抗層の厚みは２つの前記低抵抗層の厚みの合計よりも小さい、
セラミックヒータ。 - 前記高抵抗層は、前記低抵抗層と比べて、Ｓｉの含有量が少ない、
請求項１に記載のセラミックヒータ。 - 前記低抵抗層は、１０質量ｐｐｍ以上５０質量ｐｐｍ以下のＴｉを含むＡｌＮセラミック層であり、
前記高抵抗層は、１０００質量ｐｐｍ以上１５００質量ｐｐｍ以下のＴｉを含むＡｌＮセラミック層である、
請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。 - 前記低抵抗層は、９０質量ｐｐｍ以上１８０質量ｐｐｍ以下のＭｇを含むＡｌＮセラミック層であり、
前記高抵抗層は、２００質量ｐｐｍ以上４００質量ｐｐｍ以下のＭｇを含むＡｌＮセラミック層である、
請求項１～３のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。 - 前記高抵抗層の体積抵抗率は、前記低抵抗層の体積抵抗率の１．２倍以上である、
請求項１～４のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。 - 前記高抵抗層の熱伝導率は、前記低抵抗層の熱伝導率の９０％以上である、
請求項１～５のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000077508A (ja) | 1998-08-31 | 2000-03-14 | Kyocera Corp | 静電チャック |
| JP2006060040A (ja) | 2004-08-20 | 2006-03-02 | Rasa Ind Ltd | 静電チャックプレート及びその製造方法 |
| JP2007258609A (ja) | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Ngk Insulators Ltd | 加熱装置 |
| JP2010177698A (ja) | 2010-04-12 | 2010-08-12 | Fujitsu Semiconductor Ltd | 静電チャックの製造方法 |
| WO2015025589A1 (ja) | 2013-08-22 | 2015-02-26 | 株式会社村田製作所 | 酸化物セラミックス、及びセラミック電子部品 |
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|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000077508A (ja) | 1998-08-31 | 2000-03-14 | Kyocera Corp | 静電チャック |
| JP2006060040A (ja) | 2004-08-20 | 2006-03-02 | Rasa Ind Ltd | 静電チャックプレート及びその製造方法 |
| JP2007258609A (ja) | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Ngk Insulators Ltd | 加熱装置 |
| JP2010177698A (ja) | 2010-04-12 | 2010-08-12 | Fujitsu Semiconductor Ltd | 静電チャックの製造方法 |
| WO2015025589A1 (ja) | 2013-08-22 | 2015-02-26 | 株式会社村田製作所 | 酸化物セラミックス、及びセラミック電子部品 |
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