JPH11283730A

JPH11283730A - 円盤状ヒータ

Info

Publication number: JPH11283730A
Application number: JP8638398A
Authority: JP
Inventors: Suehiro Imaizumi; 末広今泉
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1999-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】急速昇温に対して円盤状ヒータの周辺部におけ
る異常加熱を抑制して、定常状態においても均一な温度
分布を具備する円盤状ヒータを提供する。【解決手段】円盤状絶縁性基板２の内部に、正の抵抗温
度係数を有する発熱抵抗体６を直列に且つ略同心円状に
配設してなる静電チャック１などの円盤状ヒータであっ
て、発熱抵抗体の周辺部における発熱抵抗体間のパター
ンピッチを中心部の発熱抵抗体間のパターンピッチより
も小さくしてヒータの周辺部の発熱密度を中心部よりも
高くするとともに、ヒータの周辺部に配設された発熱抵
抗体６ａを中心部に配設された発熱抵抗体６ｂの抵抗温
度係数よりも大きい係数を有する抵抗体によって形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハなど
を支持しながら、加熱する静電チャックやサセプタ等に
好適であり、急速昇温が可能でかつ昇温中においてヒー
タ全域を一定の温度に加熱することができる抵抗発熱体
を具備する円盤状ヒータに関するものである。

【０００２】

【従来技術】半導体素子の製造過程において、半導体ウ
エハの表面に微細配線を形成するに際して、薄膜形成装
置やプラズマ処理装置などの反応室内において、半導体
ウエハは、静電チャックやサセプタ等の円盤状ヒータ表
面に載置支持される。この時、半導体ウエハ面内での成
膜あるいはエッチングの均一性を維持するために、円盤
状ヒータのウエハ搭載面は均一に加熱されていることが
重要となる。

【０００３】従来、円盤状ヒータでは、アルミナや窒化
アルミニウム等のセラミックス等の円盤状の絶縁性基板
の内部に、タングステン等の高融点金属からなる帯状の
発熱抵抗体を、略同心円状に埋設形成されている。

【０００４】この時、略同心円状に配設された発熱抵抗
体のピッチが全く同一である場合、円盤状ヒータの周辺
部の熱が円盤中央部よりも放散されやすいために、円盤
周辺部の表面温度が円盤中央部よりも低下するという現
象がある。

【０００５】そこで、このような表面温度の不均一性を
解消するために、周辺部の発熱抵抗体のピッチを中心部
よりも小さくすることにより周辺部での表面温度の低下
を解消し、表面温度分布を均一にする技術が提案されて
いる。

【０００６】また、一方では、この円盤状ヒータに対し
ては、電力投入後のヒータの表面温度の均熱化を早め、
半導体ウエハへの処理が直ちに実施できるように、余熱
時間が短くまた急速昇温できることが望まれている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の円盤
状ヒータは、周辺部の発熱抵抗体のピッチを円盤中央部
よりも小さくして、定常状態におけるヒータの発熱密度
が中心部に比べ周辺部の方が高くなるように設定されて
いることにより、定常状態では表面温度分布が均一にな
るものの、昇温過程においては周辺部が異常加熱して周
辺部の温度が中心部に比べ高くなる傾向がある。

【０００８】そして、この温度分布における不均衡の傾
向は、大きな電力を投入して昇温速度を高めようとする
ほど顕著となり、急速昇温を行おうとすると、異常加熱
による温度が、絶縁性基板の熱衝撃に対する耐熱温度よ
りも高くなったり、円盤状ヒータに取り付けられている
種々の部品の耐熱温度を超えて高くなり、これらの基板
や部品を損傷する等の問題があった。そのために従来
は、昇温時の周辺部の温度が規定の温度を超えることが
ないように、ヒータの昇温速度を緩やかにせざるをえな
いものであった。

【０００９】したがって、本発明は、急速昇温に対して
円盤状ヒータの周辺部における異常加熱を抑制して、定
常状態においても均一な温度分布を具備する円盤状ヒー
タを提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
に対して種々検討を重ねた結果、円盤状絶縁性基板の内
部に、正の抵抗温度係数を有する発熱抵抗体を直列に且
つ略同心円状に配設してなり、ヒータ周辺部の発熱密度
が中心部よりも高く設定されてなる円盤状ヒータにおい
て、円盤の周辺部に配設する発熱抵抗体（Ａ）を、中心
部に配設された発熱抵抗体（Ｂ）よりも、抵抗温度係数
が大きく、室温における体積固有抵抗値が、前記発熱抵
抗体（Ｂ）よりも低い抵抗体によって形成することによ
り、上記目的が達成されることを見いだした。また、周
辺部における発熱抵抗体間のパターンピッチが、中心部
の発熱抵抗体間のパターンピッチよりも小さいことが望
ましい。

【００１１】

【作用】本発明によれば、正の抵抗温度係数を有する抵
抗体を直列に配した電気回路において、回路の両端子に
一定の電圧を印加した場合、各部位の発熱量はその部位
の温度に比例する。

【００１２】本発明によれば、定常状態において発熱密
度の高い周辺部に、中心部に配設された発熱抵抗体より
も抵抗温度係数が大きく、また室温における体積固有抵
抗値が、前記発熱抵抗体（Ｂ）よりも低い抵抗体を配置
する。これにより、通電直後において円盤状ヒータの表
面温度が低い段階では、低温におけるそれぞれの抵抗体
の体積固有抵抗値と発熱密度差に従い、中心部と周辺部
の温度は等しくなっている。また、温度上昇に伴い中心
部に比べ周辺部の発熱密度が大きくなり、やがて定常状
態に達すると、円盤状ヒータの表面温度分布は均一とな
るべき発熱密度に終着する。

【００１３】その結果、発熱抵抗体が同一の抵抗温度係
数の抵抗体からなる場合に比較して、通電直後の周辺部
における急激な温度上昇を防止し、円盤状ヒータの表面
温度の均熱化を維持しながら急速昇温を行うことができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の円盤状ヒータの
一例として、円盤状静電チャックに係る概略断面図であ
る。図１において、静電チャック１の絶縁性基板２は、
窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素、サイアロン
等のセラミックスによって構成される。基板２内には、
ウエハを支持するための静電気による吸着力を発生させ
るための電極３が形成され、絶縁性基板２の表面はウエ
ハ搭載面４を形成している。また、電極３には、この電
極３に電圧を印加するための電極用端子５が設けられて
いる。

【００１５】また、円盤状絶縁性基板２の内部には、ウ
エハ載置面５を所定の温度に加熱するための発熱抵抗体
６が埋設されており、絶縁性基板２および発熱抵抗体６
によって円盤状ヒータとして機能している。そして、発
熱抵抗体６には、ジュール発熱を行うために電力を投入
するための給電用端子７に接続されている。

【００１６】この発熱抵抗体６は、円盤状絶縁性基板２
の内部において、図２に示すように直列に且つ略同心円
状に配設されている。また、静電チャック１の周辺部か
らの熱放散によってウエハ載置面４の表面温度が中心部
よりも低下するために、定常状態においてウエハ載置面
４の表面温度が中心部および周辺部が均一になるように
するため、周辺部の発熱密度が中心部よりも高くなるよ
うに発熱抵抗体６のパターンが形成されている。

【００１７】具体的には、図２に示すように、略同心円
状に配設された発熱抵抗体６において、周辺部における
発熱抵抗体間のパターンピッチＰ₂が、中心部の発熱抵
抗体間のパターンピッチＰ₁よりも小さくなるように形
成されている。この時の中心部におけるピッチＰ₁に対
して、周辺部のピッチＰ₂は、用いる発熱抵抗体の種類
や発熱抵抗体の線幅、円盤状ヒータが設置される環境な
どによって適宜設計されるが、およそ０．９Ｐ₁〜０．
５Ｐ₁に設定されることが望ましい。

【００１８】また、本発明によれば、周辺部に配設され
る発熱抵抗体６ａと、中心部に配設される発熱抵抗体６
ｂとを異なる発熱抵抗体によって形成し、周辺部に配設
された発熱抵抗体６ａの抵抗温度係数が、中心部に配設
された発熱抵抗体６ｂの抵抗温度係数よりも大きくなる
ような抵抗体によって形成する。また、室温における体
積固有抵抗値は、発熱抵抗体６ｂよりも発熱抵抗体６ａ
が低くなる抵抗体によって形成されている。

【００１９】本発明の円盤状ヒータにおいては、ヒータ
中心部の発熱抵抗体６ｂの抵抗温度係数は、３００〜１
０００ｐｐｍ／Ｋが適当であり、周辺部の発熱抵抗体６
ａの抵抗温度係数は、円盤状ヒータが設置される環境な
どによっても変動するが、およそ上記中心部の発熱抵抗
体よりも２０００ｐｐｍ／Ｋ以上高いことが適当であ
る。

【００２０】なお、抵抗温度係数が大きい発熱抵抗体６
ａは、定常状態における周辺部での熱放散による温度低
下が見られる領域、言い換えれば、上記パターンピッチ
が中心部よりも小さくなるように形成された領域に適用
されることが望ましい。このような周辺部領域は、円盤
状ヒータにおける円盤状絶縁性基板２の周端縁から、円
盤状絶縁性基板２の半径Ｌの３〜２０％相当長さ分の領
域であることが適当である。

【００２１】上記の本発明の円盤状ヒータを製造するに
は、例えば、絶縁性基板が、アルミナや窒化アルミニウ
ム等からなる場合、所定の特性が得られるように調合し
たアルミナまたは窒化アルミニウムのセラミック原料を
湿式混合した後、この混合物にさらに成形用バインダー
を混合し、所望の成形手段、例えば、ドクターブレード
法、金型プレス、冷間静水圧プレス、射出成形、押出し
成形等により所定の厚みの円盤状のシート状成形体を作
製する。そして、このシート状成形体の表面に、発熱抵
抗体を形成するための抵抗体ペーストをスクリーン印刷
法等により印刷塗布する。

【００２２】抵抗体ペーストの塗布にあたり、本発明に
よれば、まず、中心部の発熱抵抗体６ｂを形成する抵抗
体ペーストを略同心円状に印刷塗布、乾燥する。その
後、周辺部の発熱抵抗体６ａとして、中心部の発熱抵抗
体６ｂよりも抵抗温度係数が大きい抵抗体ペーストを中
心部よりもパターンピッチが小さくなるように印刷塗布
する。

【００２３】この時、用いられる抵抗体としては、タン
グステン、モリブデン、白金等の高融点金属に対して、
アルミナや窒化アルミニウム等を添加して抵抗調整され
た抵抗体が用いられる。なお、抵抗温度係数の調整に
は、上記の抵抗体に対してレニウム，アルメル，クロメ
ル等を適量添加することにより、抵抗温度係数を任意の
値に制御できる。

【００２４】また、他のシート状成形体の表面に、静電
気力を発生させるための電極形成用として、タングステ
ン、モリブデン等の高融点金属を含有する導体ペースト
をスクリーン印刷法等により印刷塗布する。

【００２５】その後、抵抗体ペーストを印刷したシート
状成形体、電極形成用の導体ペーストを印刷したシート
状成形体およびペーストを何ら印刷していないシート状
成形体を積層して一体化した後、この積層体を脱バイン
ダーし、非酸化性雰囲気中で１５００〜１９００℃の温
度で加熱して、絶縁性基板と発熱抵抗体および電極を同
時焼成する。なお、絶縁性基板がアルミナセラミックス
からなる場合は、１５００〜１８００℃、窒化アルミニ
ウムからなる場合には、１６００〜１９００℃が適当で
ある。そして、同時焼成された構造体に対して、電極用
端子５、給電用端子７等を取り付けることにより静電チ
ャックを形成することができる。

【００２６】

【実施例】窒化アルミニウム質セラミックスの粉末を用
いてドクターブレード法により焼成上がりの半径が１０
０ｍｍの円盤状の厚さ４．５ｍｍの成形体を作製した。
そしてこの成形体の表面に、温度抵抗係数の大きい材料
として、タングステンにあＡｌ₂Ｏ₃およびレニウムを
添加した４３００ｐｐｍ／Ｋ、体積抵抗率０．０５４μ
Ω・ｍのタングステン系抵抗体（Ａ）、温度抵抗係数の
小さな材料としてタングステンにＡｌ₂Ｏ₃を添加した
５００ｐｐｍ／Ｋ、体積抵抗率０．５４０μΩ・ｍのタ
ングステン系抵抗体（Ｂ）を用いた。なお、上記抵抗体
（Ａ）、抵抗体（Ｂ）の抵抗温度曲線を図３に示した。

【００２７】そして、上記の各抵抗体を含むペーストを
用いて、図１に示すようなパターン形状に印刷塗布し
た。パターンは、線幅７ｍｍとし、発熱抵抗体の厚みが
１０μｍとなるように塗布した。なお、中心部のパター
ンピッチは１６ｍｍ、最外部のパターンピッチを８ｍｍ
に設定した。なお、抵抗温度係数の大きい抵抗体（Ａ）
は、同心円状に形成された抵抗体パターンのうち，最外
部のパターンに対して施した。

【００２８】その後、このペースト塗布面に、シート状
成形体を積層圧着した後、１８００℃の窒素雰囲気中で
２時間焼成して、直径２００ｍｍ，厚さ９ｍｍの窒化ア
ルミニウムセラミックスを絶縁基板とする円盤用セラミ
ックヒータを作製した。

【００２９】また、従来例として、温度抵抗係数４３０
０ｐｐｍ／Ｋ、体積抵抗率０．５４０μΩ・ｍの発熱抵
抗体（ペースト（Ｂ））のみを用いて図１のパターンの
発熱抵抗体を具備する円盤状セラミックヒータを作製し
た。

【００３０】作製したセラミックヒータに対して、初期
温度２５℃から、２００Ｖの電圧を６０秒間印加し、約
３５０℃まで昇温させた後、印加電圧を５０Ｖに下げ温
度を飽和させたときの温度変化を図４（本発明品）、図
５（従来品）に示した。

【００３１】図４、図５の結果から明らかなように、従
来品の円盤状ヒータでは、定常状態では均一な温度分布
を示したが、３５０℃／分という急速な昇温時におい
て、最周辺部においては、中心部の温度よりも約３５℃
の温度上昇が観察された。

【００３２】これに対して、本発明の円盤状ヒータによ
れば、この急速昇温においても、中心部と周辺部との温
度差を２０℃以下に抑え、急速昇温時の均熱性を向上で
きることが確認できた。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の円盤状ヒ
ータによれば、抵抗温度係数の異なる抵抗体を用い、周
辺部を中心部よりも抵抗温度係数が大きい抵抗体によっ
て形成することにより、急速昇温に対して周辺部におけ
る異常加熱を抑制し、急速昇温時の均熱性を高めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の円盤状ヒータの例として静電チャック
に係わる概略断面図である。

【図２】図１の静電チャックにおける発熱抵抗体のパタ
ーン形状を示す図である。

【図３】本発明の実施例に用いた発熱抵抗体の抵抗温度
曲線を示す図である。

【図４】本発明の円盤状ヒータによる急速昇温時の温度
分布を示す図である。

【図５】従来の円盤状ヒータによる急速昇温時の温度分
布を示す図である。

【符号の説明】

１静電チャック２絶縁性基板３電極４ウエハ搭載面５電極用端子６、６ａ、６ｂ発熱抵抗体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円盤状絶縁性基板の内部に、正の抵抗温度
係数を有する発熱抵抗体を直列に且つ略同心円状に配設
してなり、円盤の周辺部の発熱密度が中心部よりも高く
設定されてなる円盤状ヒータにおいて、該円盤の周辺部
に配設された発熱抵抗体（Ａ）の抵抗温度係数が、中心
部に配設された発熱抵抗体（Ｂ）の抵抗温度係数よりも
大きく、室温における体積固有抵抗値が、前記発熱抵抗
体（Ｂ）よりも発熱抵抗体（Ａ）が低いことを特徴とす
る円盤状ヒータ。
【請求項２】円盤の周辺部における発熱抵抗体間のパタ
ーンピッチが、中心部の発熱抵抗体間のパターンピッチ
よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の円盤状ヒ
ータ。