TWI575634B - Ceramic heater, heater electrode and ceramic heater system - Google Patents

Ceramic heater, heater electrode and ceramic heater system Download PDF

Info

Publication number
TWI575634B
TWI575634B TW102110606A TW102110606A TWI575634B TW I575634 B TWI575634 B TW I575634B TW 102110606 A TW102110606 A TW 102110606A TW 102110606 A TW102110606 A TW 102110606A TW I575634 B TWI575634 B TW I575634B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
ceramic
heater
powder
electrode
paste
Prior art date
Application number
TW102110606A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201411757A (zh
Original Assignee
Ngk Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ngk Insulators Ltd filed Critical Ngk Insulators Ltd
Publication of TW201411757A publication Critical patent/TW201411757A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI575634B publication Critical patent/TWI575634B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67103—Apparatus for thermal treatment mainly by conduction
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6831—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/02—Details

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Surface Heating Bodies (AREA)

Description

陶瓷加熱器、加熱器電極以及陶瓷加熱器之製法
本發明，係陶瓷加熱器、加熱器電極以及陶瓷加熱器之製法。
做為在半導體晶圓之加熱時所使用之陶瓷加熱器，已知埋設了加熱器電極之圓盤狀的氧化鋁燒結體。例如，在專利文獻1中，開示：準備將氧化鋁與氟化鎂之混合粉末成形成既定形狀之成形體，在一方的成形體上配置成為加熱器電極之糊料後，層積另一方的成形體，藉由在1120~1300℃之低燒成溫度燒成，而得到陶瓷加熱器之方法。在陶瓷加熱器之製造工程中，在進行1700℃之高溫燒成之情況時，若使用WC做為糊料，則WC充分燒結而可得到適合做為加熱器電極之電氣特性，但進行在1120~1300℃之低溫燒成之情況，若使用WC做為糊料，則脫粒很嚴重而無法測定電阻，若使用WC與氧化鋁之混合粉末做為糊料，則電極的緻密化不足而有無法得到充分的電氣特性之問題(專利文獻1之比較例21、22)。由於此情況，在專利文獻1中，使用WC與Ni與氧化鋁之混合粉末等做為糊料。
【先前技術】 【專利文獻】
【專利文獻1】日本專利特開2011-168472號公報
如上述，以低溫燒成製造加熱器電極之情況，可考慮使用如專利文獻1之WC與Ni與氧化鋁之混合粉末做為製作加熱器電極之糊料，不侷限於WC，取代WC的材料之開發也是被期待的。本發明者們，探索了不對電漿之控制性有壞影響，而電阻率與WC同等之物。做為如此之材料，鉬雖可被考慮為一候補，但在使用鉬糊料之情況，有在設定溫度與從陶瓷加熱器中心的距離與電阻率之關係不佳的問題。亦即，有在20℃時，使電阻率由小往大而在電阻率之測定位置中排列從中心的距離時之排列順序，與在60℃時使電阻率由小往大而排列距離時之排列順序相異的問題。以下，將此問題稱為電阻率溫度依存性的逆轉現象。若發生如此之逆轉現象，則陶瓷加熱器之溫度的控制變得非常繁雜，因此不佳。
本發明係為了解決如此之課題而做成，係以改善在氧化鋁陶瓷基材中埋設加熱器電極之陶瓷加熱器中，電阻率溫度依存性之逆轉現象。
本發明之陶瓷加熱器係包括：氧化鋁陶瓷基材；及加熱器電極之物，埋設於前述氧化鋁陶瓷基材，至少含有鈦成分之鉬所構成。
在此陶瓷加熱器中，由於加熱器電極為至少含有 鈦成分之鉬所構成，因此電阻率溫度依存性之逆轉現象改善。其理由，雖還不確定，但相對於若沒有鈦成分則在加熱器電極內之碳化鉬不均一地分布而生成，被認為由於該碳化鉬的影響而發生逆轉現象，若有鈦成分則碳化鉬的生成被抑制，其結果，被認為逆轉現象被抑制。又，碳源被認為是包含在加熱器電極之有機成分(黏結劑等)。
在本發明之陶瓷加熱器中，前述加熱器電極，可為在鉬中，分散鈦、鋁以及鎂之複合氧化物(Ti-Al-Mg-O)者。
在本發明之陶瓷加熱器中，前述氧化鋁陶瓷基材，係對於氧化鋁粒子添加氟化鎂做為助燒結劑而燒成，前述加熱器電極，可為使用將鉬粉末與鈦粉末與鋁粉末，和丙烯系黏結劑一起混合之電極材料而製作之物。在氧化鋁粒子中添加氟化鎂做為助燒結劑之成形體，在低溫(1120~1300℃)充分燒結。又，鉬粉末與鈦粉末與氧化鋁粉末與丙烯系黏結劑共同混合之電極材料，即使在低溫燒成也充分作用。又，即使燒成，在加熱器電極中也不易生成碳化鉬，因此可抑制電阻率溫度依存性之逆轉現象。
本發明之陶瓷加熱器之治法，係包含：(a)分別藉由在成形模中投入含有氧化鋁粉體、做為助燒結劑之氟化鎂、溶劑、分散劑、膠化劑之懸浮液，在前述成形模內使前述膠化劑化學反應而使前述懸浮液膠化後離型而製作第1及第2之陶瓷成形體之工程；(b)將前述第1及第2之陶瓷成形體乾燥後脫脂，更藉由預燒結，而得到第1及第2之陶瓷預燒體之工程；(c)在前述第1及第2之陶瓷預燒體之任一方的表面上， 印刷在鉬粉末中添加了鈦粉末之糊料之工程；及(d)如夾入前述印刷糊料般，在第1及第2之陶瓷預燒體重疊狀態下，以1120~1300℃熱壓燒成之工程之物；或是包含：(a)分別藉由在成形模中投入含有氧化鋁粉體、做為助燒結劑之氟化鎂、溶劑、分散劑、膠化劑之懸浮液，在前述成形模內使前述膠化劑化學反應而使前述懸浮液膠化後離型而製作第1及第2之陶瓷成形體之工程；(b)將前述第1及第2之陶瓷成形體乾燥後脫脂，更藉由預燒結，而得到第1及第2之陶瓷預燒體之工程；(c)在前述第1及第2之陶瓷預燒體之任一方的表面上，印刷在鉬粉末中添加了鈦粉末之糊料之工程；及(d)如夾入前述印刷糊料般，在第1及第2之陶瓷預燒體重疊狀態下，以1120~1300℃熱壓燒成之工程之物。
根據此陶瓷加熱器之製法，可容易地製造上述本發明之陶瓷加熱器。又，由於係將陶瓷預燒體互相層積而熱壓燒成，所以燒成次數皆相同，因此密度容易相同，而在加熱器電極不易產生翹曲。更且，在工程(a)中，採用所謂凝膠鑄造法，由於使用相較於氧化鋁造粒粉，使用將混合．分散了粒徑更小之氧化鋁粉末之懸浮液膠體化之陶瓷成形體，因此密度容易相同，加熱器電極不易發生翹曲。
在本發明之加熱器電極之製法中，在印刷前述糊料之工程中，做為前述糊料，可使用鉬粉末與鈦粉末與氧化鋁粉末與丙烯系黏結劑共同混合之物。若來自黏結劑之碳與鉬反應生成碳化鉬，變成在加熱器電極內，鉬中散在了電阻率不同之碳化鉬的狀態，容易發生電阻率溫度依存性之逆轉現象。然 而，在此，由於使用不容易發生碳之丙烯系黏結劑做為黏結劑，因此可抑制碳化鉬之生成，因此可抑制電阻率溫度依存性之逆轉現象。
在本發明之陶瓷加熱器之製法中，做為前述鈦粉，使用粉碎品，或是使用平均粒徑為1.0~4.0μm者為佳。如此，由於鈦粉末在糊料中更均一分布，所以熱壓燒成後之複合氧化物(Ti-Al-Mg-O)在加熱器電極中更均一分布。其結果，可更進一步抑制電阻率之面內差異。又，平均粒徑之測定法，為雷射繞射，散亂式(以下相同)
1‧‧‧半導體製造裝置用構件
10‧‧‧靜電夾盤
12‧‧‧氧化鋁陶瓷基材
12a‧‧‧晶圓載置面
14‧‧‧加熱器電極
16‧‧‧靜電電極
18‧‧‧冷卻板
20‧‧‧冷媒通路
51~53‧‧‧第1~第3成形體
61~63‧‧‧第1~第3預燒體
71‧‧‧加熱器電極用糊料
72‧‧‧靜電電極用糊料
81‧‧‧預燒糊料
82‧‧‧預燒糊料
W‧‧‧晶圓
第1圖係半導體製造裝置用構件1之剖面圖。
第2圖係表示靜電夾盤10之第1之製造順序之工程圖。
第3圖係表示靜電夾盤10之第2之製造順序之工程圖。
第4圖係表示試驗片之加熱器電極之形狀的說明圖。
第5圖係表示距離D與設定溫度與電阻率之關係之實施例1的圖表。
第6圖係表示距離D與設定溫度與電阻率之關係之實施例2的圖表。
第7圖係表示距離D與設定溫度與電阻率之關係之比較例1的圖表。
第8圖係表示距離D與設定溫度與電阻率之關係之比較例2的圖表。
第9圖係表示實施例1之加熱器電極附近的SEM照片， (a)為在低倍率的剖面，(b)表示擴大(a)之方框時之剖面。
第10圖係表示在第9圖(b)中A箭號的部分以EDX分析之結果的圖表。
以下，參照圖式而說明本發明之較佳實施形態如以下。第1圖，係半導體製造裝置用構件1之剖面圖。
半導體製造裝置構件1，係包括：可吸著施以電漿處理之矽製晶圓W靜電夾盤10、配置於此靜電夾盤10之內面的作為支持台的冷卻板18。
靜電夾盤10，係包括圓盤狀之氧化鋁陶瓷基材12，與埋設於此氧化鋁陶瓷基材12之加熱器電極14及靜電電極16。氧化鋁陶瓷基材12之上面係做為晶圓載置面12a。加熱器電極14，係使其如分布於氧化鋁陶瓷基材12之全面配置，例如以一筆畫的要領形成圖樣，施加電壓則發熱，來加熱晶圓W。此加熱器電極14，係在鉬中，分散鈦、鋁以及鎂之複合氧化物(Ti-Al-Mg-O)者。對於加熱器電極14，可藉由從冷卻板18之內面分別到達加熱器電極14之一端及另一端之棒狀端子(無圖示)而施加電壓。靜電電極16，係藉由無圖示之外部電源而可施加直流電壓之平面狀的電極。若對於此靜電電極16施加直流電壓，則晶圓W由於庫倫力或強森．羅貝克力而吸著固定於晶圓載置面12a，若直流電壓之施加解除，則晶圓W之對於晶圓載置面12a之吸著固定被解除。
冷卻板18，為金屬製(例如鋁製)之園盤構件，與靜電夾盤10之晶圓載置面12a之反對側的面，透過沒有圖 示之接合層而接合。此冷卻板18，具有藉由無圖示之外部冷卻裝置冷卻的冷媒(例如水)循環之冷媒通路20。此冷媒通路20，係分布於冷卻板18之全面而使冷媒通過，例如以一筆畫的要領來形成。
接著，對於如此構成之半導體製造裝置用構件1之使用例說明，半導體製造裝置用構件1，係配置於無圖示之反應室內，在藉由在此反應室發生之電漿蝕刻晶圓W之表面時所使用。此時，藉由加熱器電極14調節供給之電力量，或是調節循環於冷卻板18之冷媒通路20之冷媒的流量，而將晶圓W之溫度控制在一定。
接著，對於構成半導體製造裝置用構件1之靜電夾盤10之製造順序說明。在此，對於第1製造順序與第2製造順序之2種來說明。在第2圖，係說明第1製造順序之說明圖，第3圖係說明第2製造順序之說明圖。
1.第1製造順序(參照第2圖)
(a)成形體之製作(參照第2圖(a))
製作第1~第3之成形體51~53。各成形體51~53，首先，藉由在成形模中投入含有氧化鋁粉體、做為助燒結劑之氟化鎂、溶劑、分散劑、膠化劑之懸浮液，在前述成形模內使前述膠化劑化學反應而使前述懸浮液膠化後離型而製作。
做為溶劑，只要是溶解分散劑及膠化劑者即可，並沒有特別限定，例如，可舉出碳化氫系溶劑(甲苯、二甲苯、揮發油溶劑等)；醚系溶劑(乙二醇甲醚、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯等)；醇系溶劑(異丙醇、1-丁醇、乙醇、2-乙烯 己醇、萜品醇、乙二醇、甘油等)；酮系溶劑(丙酮、甲基丙基酮等)；酯系溶劑(乙酸正丁酯、戊二酸二甲酯、三乙酸甘油酯等)；多鹽基酸系溶劑(戊二酸等)。特別是使用多鹽基酸酯(例如，戊二酸二甲酯等)，多價醇之酸酯(例如，三乙酸甘油酯等)等之，具有結合2個以上的酯之溶劑為佳。
做為分散劑，只要使氧化鋁粉體在溶劑中均一分散者即可，並沒有特別限定。例如，可舉出聚羧酸共聚物、聚羧酸鹽、山梨糖醇脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯、磷酸酯鹽系共聚物、磺酸鹽系共聚物、具有3級胺之聚胺酯聚酯系共聚物等。特別是使用聚羧酸系共聚物、聚羧酸鹽等為佳。藉由添加此分散劑，可使成形前之懸浮液，為低黏度，且具有高流動性之物。
做為膠化劑，可為包含異氰酸酯類、多元醇類及觸媒之物。其中，做為異氰酸酯類，只要微具有異氰酸酯基做為官能基之物質即可而沒有特別限定，例如，可舉出甲苯二異氰酸酯(TDI)、苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)，或是這些的變性體等。又，在分子內，也可含有異氰酸酯以外之反應性官能基。更且，也可如聚異氰酸酯般，含有多數反應官能基。做為多元醇類，只要為可與異氰酸酯反應之具有2個以上的氫基之物質即可而沒有特別限定，例如，可舉出乙二醇(EG)、聚乙二醇(PEG)、丙二醇(PG)、聚丙二醇(PPG)、聚丁二醇(PTMG)、聚己二酸乙二醇(PHMG)、聚乙烯醇(PVA)等。做為觸媒，只要是可促進異氰酸酯與多元醇類之氨酯反應之物質即可並沒有特別限定，例如，可舉出二乙烯二胺、己二胺、6-二甲氨-1-己醇等。
在此工程(a)，首先，對於氧化鋁粉體與氟化鎂粉體添加既定比率之溶劑及分散劑，藉由將此混合經過既定時間，調製懸浮液前驅體，之後，在此懸浮液前驅體中，添加膠化劑而混合．真空脫泡而做為懸浮液為佳。調製懸浮液前驅體或懸浮液時之混合方法，並沒有特別限定，例如可使用球磨、自公轉式攪拌、振動式攪拌，螺旋槳式攪拌等。又，在懸浮液前驅體中添加膠化劑之懸浮液，由於伴隨時間經過而膠化劑的化學反應(氨基甲酸酯反應)開始進行，因此以迅速地流入成形模內為佳。流入成形模之懸浮液，由於含於懸浮液之膠化劑化學反應而膠化。膠化劑的化學反應，係指異氰酸酯類與多元醇類引起氨基甲酸酯反應而成為氨基甲酸酯樹脂(聚氨酯)之反應。藉由膠化劑之反應而懸浮液膠化，氨基甲酸酯樹脂做為有機黏結劑作用。
(b)預燒體之製作(參照第2圖(b))
將第1~第3之成形體51~53乾燥後脫脂，更藉由預燒，而得到第1~第3之預燒體61~63。成形體51~53之乾燥，係為了使含於成形體51~53之溶劑蒸發而進行。乾燥溫度或乾燥時間，係根據所使用的溶劑而適當設定即可。但是，乾燥溫度，係使乾燥中的成形體51~53不要產生縫隙而注意設定。又，氣體可為空氣、非活性氣體、或真空。乾燥後之成形體51~53之脫脂，係為了分解．除去分散劑或觸媒或黏結劑等之有機物而進行。脫脂溫度，可對應所含有之有機物的種類而適當設定即可，例如可設定為400~600℃。又，氣體可為空氣、非活性氣體、或真空。脫脂後之成形體51~53之預燒，係為了 提高強度，變得容易操作而進行。預燒溫度，並沒有特別限定，例如可設定為750~900℃。又，氣體可為空氣、非活性氣體、或真空。
(c)電極用糊料之印刷(參照第2圖(c))
在第1預燒體之61的單面上印刷加熱器電極用糊料71，在第3預燒體之63的單面上印刷靜電極用糊料72。兩糊料71、72，皆為含有氧化鋁陶瓷粉末與鉬粉末與鈦粉末與黏結劑與溶劑之物。做為黏結劑，例如，可舉出纖維素系黏結劑(乙基纖維素等)或丙烯系黏結劑(聚甲基丙烯酸甲酯等)或乙烯系(聚乙烯醇縮丁醛等)。做為溶劑，例如，可舉出萜品醇等。印刷方法可舉出例如網版印刷法等。氧化鋁陶瓷粉末之平均粒徑，以0.40~0.60μm為佳，0.45~0.55μm更佳。鉬粉末之平均粒徑以1.0~2.0μm為佳，1.3~1.6μm更佳。鈦粉末之平均粒徑以1.0~4.0μm為佳，，1.5~3.5μm更佳。
(d)熱壓燒成(參照第2圖(d))
夾住所印刷的加熱器電極用糊料71，將第1預燒體61與第2預燒體62重疊之同時，夾住所印刷之靜電電極用糊料72而將第2預燒體62與第3預燒體63重疊，在該狀態熱壓燒成。藉由此，加熱器電極用糊料71被燒成而成為加熱器電極14，靜電電極用糊料72被燒成而成為靜電電極16，各預燒體61~63燒結而一體化成為氧化鋁陶瓷基材12，而可得到靜電夾盤10。在熱壓燒成，至少在最高溫度(燒成溫度)，須使加壓壓力為30~300kgf/cm2為佳，50~250kgf/cm2更佳。又，由於在氧化鋁粉體中添加了氟化鎂，因此相較於沒有添加氟化鎂 的情況，最高溫度設定為低溫(1120~1300℃)即可。氣氛可從大氣氣氛、非活性氣氛、真空氣氛適當選擇。
如此，由於在低溫燒成，做為電極用糊料，例如使用常被使用之含有碳化鎢者之情況，碳化鎢沒有被燒成，而無法得到目地的導電性能。因此，使用含有鉬粉末者做為電極用糊料，但在該情況鉬與碳(被認為是來自糊料內的有機物)反應而碳化鉬在電極內不均一地生成，而可發現電阻率溫度依存性之逆轉現象。為了改善此逆轉現象，嘗試各種添加物，在添加鈦粉末時如此之逆轉現象改善。由此來看，可想到鈦具有對鉬地碳化抑制的效果。如此而得到之加熱器電極14，係在鉬中分散鈦、鋁、鎂之複合氧化物(Ti-Al-Mg-O)之物。鉬或鈦係來自電極用糊料之成分，氧化鋁為來自於電極用糊料71、72及預燒體61、62之成分，鎂為來自於預燒體61、62之成分。又，使用丙烯系黏結劑做為黏結劑之情況，相較於其他的黏結劑，抑制鉬碳化的效果提升。
2.第2製造順序(參照第3圖)
(a)成形體之製作(參照第3圖(a))
製作第1~第3成形體51~53。此工程，同於「1.第1製造順序」之「(a)成形體之製作」。
(b)電極用糊料之印刷(參照第3圖(b))。
在第1成形體51之單面印刷加熱器電極用糊料71，在第3成形體53之單面印刷靜電電極用糊料72。兩糊料71、72，係同於「1.第1製造順序」之「(c)電極用糊料的印刷」所使用之糊料。
(c)預燒體之製作(參照第3圖(c))
將第1~第3之成形體51~53(第1及第3之成形體51、53係施以印刷之物)乾燥後脫脂，更藉由預燒，得到第1~第3預燒體61~63。此時，所印刷之糊料71、72，成為預燒糊料81、82。此工程同於「1.第1製造順序」之「(b)預燒體之製作」。
(d)熱壓燒成(參照第3圖(d))
夾住所預燒糊料81，將第1預燒體61與第2預燒體62重疊之同時，夾住所印刷之預燒糊料82而將第2預燒體62與第3預燒體63重疊，在該狀態熱壓燒成。藉由此，預燒糊料81被燒成而成為加熱器電極14，預燒糊料82被燒成而成為靜電電極16，各預燒體61~63燒結而一體化成為氧化鋁陶瓷基材12，而可得到靜電夾盤10。熱壓燒成之條件，係如「1.第1製造順序」之「(d)熱壓燒成」所述。
然而，在第2製造順序，由於在成形體上印刷電極用糊料後將該成形體預燒，因此在預燒時電極用糊料有氧化或碳化之虞。對於此，在第1製造順序，預燒成形體後，在該預燒體上形成電極，因此沒有如此風險。在這點，第1製造順序相較第2製造順序，更可得到目的的電極特性，又，也可得到電極特性差異小之物。
藉由以上詳述之本實施形態的靜電夾盤10，加熱器電極14，由於為至少含有鈦成分之鉬所構成，因此可改善電阻率溫度依存性之逆轉現象。這點，在後述之實施例已有實證。
特別是，氧化鋁陶瓷基材12，係對於氧化鋁粒子 添加氟化鎂做為助燒結劑而燒成，加熱器電極14，可為使用將鉬粉末與鈦粉末與鋁粉末，和丙烯系黏結劑一起混合之電極材料而製作之物。因此，燒成溫度為低溫(1120~1300℃)氧化鋁也可充分燒結。又，在如此之低溫燒成中，加熱器電極14會成為鉬中分散氧化鈦、鈦、鋁及鎂之複合氧化物(Ti-Al-Mg-O)，因此可抑制電阻率溫度依存性之逆轉現象。
又，本發明並不限定於上述實施形態，只要是屬於本發明之技術範圍，當然可以各種形態實施。
例如，在上述實施形態，舉例了將加熱器電極14與靜電電極16埋設於氧化鋁陶瓷基材12之靜電夾盤10，也可為僅將加熱器電極14埋設於氧化鋁陶瓷基材12。
在上述實施形態，雖顯示了第1或第2之製造順序做為靜電夾盤10之製法，但並沒有特別限定於此，只要是可製造靜電夾盤10之方法，採用任何方法皆可。例如，在工程(a)採用凝膠鑄造法，但也可不採用凝膠鑄造法而製作成形體。又，也可準備2個氧化鋁燒結體，在各氧化鋁燒結體之單面上印刷電極用糊料，使一方的氧化鋁燒結體印刷面朝上而配置於成形模，在其上放上含有氧化鋁粉末與氟化鎂之原料粉，在其上放上使印刷面朝下之另一方的氧化鋁燒結體，熱壓燒成。
〔實施例1〕
根據上述第1製造順序，製作靜電夾盤10(參照第2圖)。
(a)成形體之製作
秤量氧化鋁粉末(平均粒徑0.5μm，純度99.99%)100重 量份、氧化鎂0.2重量份、氟化鎂0.3重量份、做為分散劑之聚羧酸系共聚物3重量份、做為溶劑之多鹽基酸酯20重量份，將這些以球磨(滾筒)混合14小時，做為懸浮液前驅體。對於此懸浮液前驅體，添加膠化劑，異氰酸酯類為4,4‘-苯基甲烷二異氰酸酯3.3重量份、多元醇類為乙二醇0.3重量份、6-二甲氨-1-己醇0.1重量份做為觸媒，在自公轉式攪拌機攪拌12分鐘，得到懸浮液。將所得到之懸浮液，分別流入1.第1製造順序(a)所使用之第1~第3成形模。之後，藉由在22℃放置2小時，在各成形模內使膠化劑化學反應而使懸浮液膠化後離型。藉由此，從第1~第3成形模分別得到第1~第3成形體51~53(參照第2圖(a))。
(b)預燒體之製作
將第1~第3成形體51~53在100℃乾燥10小時後，在最高溫度500℃脫脂1小時，更藉由在最高溫度820℃，大氣氣氛預燒1小時，而得到第1~第3之預燒體61~63(參照第2圖(b))。
(c)電極用糊料之印刷
將鉬粉末與鈦粉末與氧化鋁粉末，使鈦含有量成為5重量%，氧化鋁含有量成為10重量%，藉由添加混合聚甲基丙烯酸甲酯做為黏結劑，萜品醇做為溶劑，而調製電極用糊料。將此電極用糊料，做為靜電電極用、加熱器電極用的兩方使用。然後，在第1預燒體61之單面上網版印刷加熱器電極用糊料71，在第3預燒體之單面上網版印刷靜電電極用糊料72(參照第2圖(c))。又，各粉末之平均粒徑為，鉬粉末1.5μm、鈦粉 末30μm、氧化鋁粉末0.5μm。
(d)熱壓燒成
夾住加熱器電極用糊料71，將第1及第2預燒體61、62重疊之同時，夾住靜電電極用糊料72而將第2及第3預燒體62、63重疊。然後，在該狀態進行熱壓燒成。藉由此，加熱器電極用糊料71被燒成而成為加熱器電極14，靜電電極用糊料72被燒成而成為靜電電極16，各預燒體61~63燒結而一體化成為氧化鋁陶瓷基材12(參照第2圖(d))。熱壓燒成，係藉由在真空氣氛下，壓力250kgf/cm2，在最高溫度1170℃(燒成溫度)保持2小時來進行。之後，以鑽石磨石進行陶瓷燒結體表面平面研磨加工，使靜電電極16到晶圓載置面12a之厚度為350μm，加熱器電極到另一方之表面的厚度為750μm。之後，施以側面加工、開孔，進行端子的裝配而得到內藏了加熱器電極14與靜電電極16之直徑300mm的靜電夾盤10。所得到之靜電夾盤10，碳含有量為0.1重量%以下，相對密度為98%以上。
又，靜電電極16與晶圓載置面12a之間的部分稱為介電層，測定此介電層的厚度之差異(介電層厚度之最大值與最小值之差的差異)，為20μm。另一方面，在製作成形體時沒有採用凝膠鑄造法的情況，介電層厚度的差異為30μm。
〔實施例2〕
除了在上述之實施例1之工程(c)，使用粉碎品做為鈦粉末以外，同於實施例1，製作靜電夾盤10。粉碎品，係將平均粒徑30μm之鈦粉末，以珠磨粉碎而做成。粉碎品之平均粒徑 為3μm。所得到之靜電夾盤10，碳含有量為0.1重量%以下，相對密度為98%以上。又，借電層之厚度的差異為20μm。
〔比較例1〕
除了變更上述實施例1中的電極用糊料以外，同於實施例1製作靜電夾盤10。電極用糊料，係如下述調製。亦即，使鉬粉末與氧化鋁粉末成為氧化鋁含有量10重量%，藉由添加混合聚甲基丙烯酸甲酯做為黏結劑，萜品醇做為溶劑，調製電極用糊料。
〔比較例2〕
除了變更上述實施例1中的電極用糊料以外，同於實施例1製作靜電夾盤10。電極用糊料，係如下述調製。亦即，使鉬粉末與鎢粉末與氧化鋁粉末，成為鎢粉末含有量5重量%，氧化鋁含有量10重量%，藉由添加混合聚甲基丙烯酸甲酯做為黏結劑，萜品醇做為溶劑，調製電極用糊料。
〔評價〕
．電阻率之溫度依存特性
電阻率ρ(Ω．cm)之測定，係使用對應實驗例1、2及比較例1、2之試驗片測定。試驗片之加熱器電極，係形成於第4圖所示之形狀。具體而言，將圓盤狀之氧化鋁陶瓷基材分割成4個扇形領域(中心角90°)，在各扇形領域形成7個加熱器線a~g與2個虛擬線。各加熱線a~g繞著圓弧呈現鋸齒狀，兩端則設有端子。各加熱器線a~g的端子，係在燒成氧化鋁陶瓷基材12前預先埋設，燒成後，削除陶瓷使其露出。虛擬線，係分別沿著既定半徑的圓弧而形成，沒有設置端子。從加熱器 a~g之中心開始的距離D、電極寬度w(mm)、電極長度L(mm)示於表1。各加熱器線a~g之電極厚度t(mm)，雖沒有示於表1，但使用切斷了燒成後之氧化鋁陶瓷基材12之剖面測定。
將各試驗片設置在恆溫槽。然後，使試驗片的溫度成為事先決定的設定溫度。設定溫度為20℃、40℃、60℃。又，在各設定溫度，分別求得各加熱器線a~g之電阻率ρ(Ω．cm)。各加熱器線a~g之電阻率ρ(Ω．cm)，係在燒成後，將探針對於設置於兩端的端子接觸，測定電阻值R(Ω)，根據下式求得。在右邊乘以係數10，係為了將單位由Ω．mm換算成Ω．cm之故。對於實施例1、2及比較例1、2，從基材中心到加熱器線中央之距離D與設定溫度與電阻之關係示於第5~第8圖。用於圖表之縱軸之電阻率ρ，係使用4個扇形領域之電阻率ρ之平均值。
ρ=10×(R×W×t)/L
實施例1之情況(參照第5圖)，在各設定溫度， 使電阻率由小到大而排列距離D時，其順序不論是哪一個設定溫度皆相同。亦即，距離D=38.5mm中電阻率最小，99.75mm、67.25mm、132.75mm、119.5mm、87mm之順序電阻率變大，在145mm電阻率最大。這樣的順序不管是在哪個溫度都不變。因此，容易控制晶圓W的溫度。
相對於此，比較例1之情況(參照第7圖)，若在各設定溫度使電阻率由小到大而排列距離D，其順序會由於設定溫度而變化(電阻率溫度依存性之逆轉現象)。例如，在20℃，距離D=132.75mm之電阻率最小、依照38.5mm、67.25mm、99.75mm、87mm、119.5mm的順序電阻率變大，在145mm電阻率最大。然而，在60℃，在距離D=38.5mm電阻率最小，依照87mm、67.25mm、99.75mm、132.75mm、119.5mm之順序電阻率變大，在145mm電阻率最大。若發生如此之逆轉現象，則控制晶圓W之溫度變得非常繁雜。比較例2的情況(參照第8圖)，也可確認到電阻率溫度依存性之逆轉現象。
．藉由SEM-EDX之元素分析
第9圖係實施例1之加熱器電極附近之SEM照片，(a)表示在低倍率的剖面，(b)表示(a)的將四角框內擴大時之剖面。第10圖係表示在第9圖(b)以EDX分析箭號A的部分之結果的圖表。在第9圖(a)，白色帶狀的部分為鉬，鉬內的黑點為氧化鋁，灰色部分為鎂、鋁、鈦之複合氧化物(Ti-Al-Mg-O)。從第9圖及第10圖，可確認到實施例1之加熱器電極，係由至少含有Ti成分之Mo所構成，詳細而言，可知為在鉬中，鈦、鋁及鎂之複合氧化物(Ti-Al-Mg-O)分散之 物。又，也可確認到碳僅含有微量。
在比較例1，熱壓燒成時，鉬與碳反應，碳化鉬在加熱器電極內不均一分布而生成，其結果，可確認到電阻率溫度依存性之逆轉現象。在比較例2，也確認到同樣之逆轉現象。相對於此，在實施例1、2，藉由在電極用糊料中添加鈦粉末，鈦與鋁、鎂及氧反應，而形成它們的複合氧化物(Ti-Al-Mg-O)，藉由抑制鉬與碳之反應，電阻率溫度依存性之逆轉現象被改善。特別是，在實施例2由於使用鈦粉碎品，可更進一步抑制電阻率之面內差異。
【產業上可利用性】
本發明，可做為半導體製造裝置用構件而利用。
1‧‧‧半導體製造裝置用構件
10‧‧‧靜電夾盤
12‧‧‧氧化鋁陶瓷基材
12a‧‧‧晶圓載置面
14‧‧‧加熱器電極
16‧‧‧靜電電極
18‧‧‧冷卻板
20‧‧‧冷媒通路
W‧‧‧晶圓

Claims (8)

  1. 一種陶瓷加熱器，包括：氧化鋁陶瓷基材；以及加熱器電極，埋設於前述氧化鋁陶瓷基材，前述加熱器電極，係在鉬中，分散鈦、鋁以及鎂之複合氧化物(Ti-Al-Mg-O)者。
  2. 如申請專利範圍第1項之陶瓷加熱器，其中，前述氧化鋁陶瓷基材，係對於氧化鋁粒子添加氟化鎂做為助燒結劑而燒成，前述加熱器電極，係使用將鉬粉末與鈦粉末與鋁粉末，和丙烯系黏結劑一起混合之電極材料而製作之物。
  3. 一種加熱器電極，埋設於氧化鋁陶瓷製之陶瓷加熱器，其由在鉬中分散鈦、鋁以及鎂之複合氧化物(Ti-Al-Mg-O)之物所構成。
  4. 一種陶瓷加熱器的製法，包含：(a)分別藉由在成形模中投入含有氧化鋁粉體、做為助燒結劑之氟化鎂、溶劑、分散劑、膠化劑之懸浮液，在前述成形模內使前述膠化劑化學反應而使前述懸浮液膠化後離型而製作第1及第2之陶瓷成形體之工程；(b)將前述第1及第2之陶瓷成形體乾燥後脫脂，更藉由預燒結，而得到第1及第2之陶瓷預燒體之工程；(c)在前述第1及第2之陶瓷預燒體之任一方的表面上，印刷在鉬粉末中添加了鈦粉末之糊料之工程；以及(d)在夾入前述印刷糊料而將第1及第2之陶瓷預燒體重疊的狀態下，以1120~1300℃熱壓燒成之工程。
  5. 一種陶瓷加熱器的製法，包含：(a)分別藉由在成形模中投入含有氧化鋁粉體、做為助燒結劑之氟化鎂、溶劑、分散劑、膠化劑之懸浮液，在前述成形模內使前述膠化劑化學反應而使前述懸浮液膠化後離型而製作第1及第2之陶瓷成形體之工程；(b)在前述第1及第2之陶瓷預燒體之任一方的表面上，印刷在鉬粉末中添加了鈦粉末之糊料之工程；(c)將前述第1及第2之陶瓷成形體乾燥後脫脂，更藉由預燒結，而得到第1及第2之陶瓷預燒體之工程；以及(d)在夾入前述有印刷糊料之部份而將第1及第2之陶瓷預燒體重疊的狀態下，以1120~1300℃熱壓燒成之工程。
  6. 如申請專利範圍第4或5項所述之陶瓷加熱器之製法，其中，在印刷上述糊料之工程，是使用鉬粉末與鈦粉末與鋁粉末和丙烯系黏結劑一起混合之物做為前述糊料。
  7. 如申請專利範圍第4或5項所述之陶瓷加熱器之製法，使用粉碎品做為前述鈦粉末。
  8. 如申請專利範圍第4或5項所述之陶瓷加熱器之製法，其中，使用平均粒徑為1.0~4.0μm之物做為前述鈦粉末。
TW102110606A 2012-03-28 2013-03-26 Ceramic heater, heater electrode and ceramic heater system TWI575634B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012073871 2012-03-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201411757A TW201411757A (zh) 2014-03-16
TWI575634B true TWI575634B (zh) 2017-03-21

Family

ID=49233493

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102110606A TWI575634B (zh) 2012-03-28 2013-03-26 Ceramic heater, heater electrode and ceramic heater system

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10199245B2 (zh)
JP (1) JP6049509B2 (zh)
KR (1) KR101761443B1 (zh)
TW (1) TWI575634B (zh)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101406721B1 (ko) * 2013-04-03 2014-06-16 한국에너지기술연구원 성능이 향상된 전극 소재용 분말 제조 방법과 이를 이용한 전극과 그 활용.
JP6030045B2 (ja) * 2013-12-03 2016-11-24 日本碍子株式会社 セラミックヒータ及びその製法
KR101963521B1 (ko) * 2014-09-16 2019-03-28 엔지케이 인슐레이터 엘티디 세라믹 구조체, 기판 유지 장치용 부재 및 세라믹 구조체의 제법
US10777330B2 (en) * 2014-12-26 2020-09-15 Techno Eye Corporation MgF2 system fluoride sintered body for radiation moderator and method for producing the same
JP6373212B2 (ja) * 2015-03-26 2018-08-15 日本碍子株式会社 アルミナ焼結体の製法及びアルミナ焼結体
WO2017029876A1 (ja) 2015-08-20 2017-02-23 日本碍子株式会社 静電チャックヒータ
KR102329513B1 (ko) * 2016-05-10 2021-11-23 램 리써치 코포레이션 적층된 히터와 히터 전압 입력부들 사이의 연결부들
US11823940B2 (en) 2016-06-01 2023-11-21 Applied Matierals, Inc. Electrostatic chuck and manufacturing method therefor
CN109643685B (zh) * 2016-08-26 2023-04-07 日本碍子株式会社 晶片载置台
JP6758143B2 (ja) * 2016-09-29 2020-09-23 日本特殊陶業株式会社 加熱装置
KR102582111B1 (ko) * 2018-02-28 2023-09-25 주식회사 미코세라믹스 세라믹 히터 및 그 제조 방법
JP6703647B2 (ja) * 2018-05-28 2020-06-03 日本特殊陶業株式会社 保持装置の製造方法、および、保持装置
JP7111522B2 (ja) * 2018-06-25 2022-08-02 日本特殊陶業株式会社 静電チャック
CN112889142B (zh) 2018-10-28 2024-05-28 应用材料公司 具有退火迷你环境的处理腔室
JP2021072350A (ja) 2019-10-30 2021-05-06 日本碍子株式会社 複合焼結体および複合焼結体の製造方法
JP7465771B2 (ja) 2020-09-15 2024-04-11 日本碍子株式会社 複合焼結体、半導体製造装置部材および複合焼結体の製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080017632A1 (en) * 2004-05-26 2008-01-24 Kyocera Corporation Heater For Heating a Wafer and Method For Fabricating The Same
US20080174930A1 (en) * 2006-09-13 2008-07-24 Ngk Insulators, Ltd. Electrostatic chuck with heater and manufacturing method thereof

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0719643B2 (ja) * 1984-10-26 1995-03-06 日本電装株式会社 セラミツクスヒ−タおよびその製造方法
JPH04325462A (ja) * 1991-04-24 1992-11-13 Kawasaki Steel Corp ＡｌＮセラミックヒータ用発熱抵抗体用ペースト
DE69424478T2 (de) * 1993-07-20 2001-01-18 Tdk Corp Keramisches Heizelement
US5783333A (en) * 1996-11-27 1998-07-21 Polystor Corporation Lithium nickel cobalt oxides for positive electrodes
JP3336272B2 (ja) * 1998-10-29 2002-10-21 京セラ株式会社 板状体の加熱装置
EP1137321A1 (en) * 1999-11-30 2001-09-26 Ibiden Co., Ltd. Ceramic heater
US20030121906A1 (en) * 2000-11-29 2003-07-03 Abbott Richard C. Resistive heaters and uses thereof
US20020185487A1 (en) * 2001-05-02 2002-12-12 Ramesh Divakar Ceramic heater with heater element and method for use thereof
US20040021475A1 (en) * 2001-06-06 2004-02-05 Atsushi Ito Wafer prober
US6620343B1 (en) * 2002-03-19 2003-09-16 Therm-O-Disc Incorporated PTC conductive composition containing a low molecular weight polyethylene processing aid
JP3888531B2 (ja) * 2002-03-27 2007-03-07 日本碍子株式会社 セラミックヒーター、セラミックヒーターの製造方法、および金属部材の埋設品
JP4082985B2 (ja) * 2002-11-01 2008-04-30 信越化学工業株式会社 静電吸着機能を有する加熱装置及びその製造方法
JP2004185929A (ja) * 2002-12-02 2004-07-02 Ngk Insulators Ltd 管状セラミックスヒータとその製造方法
JP4476701B2 (ja) 2004-06-02 2010-06-09 日本碍子株式会社 電極内蔵焼結体の製造方法
JP2006207930A (ja) * 2005-01-28 2006-08-10 Hong Kong Seiryu Yugenkoshi 折畳み式パネルヒーター
JP4648030B2 (ja) 2005-02-15 2011-03-09 日本碍子株式会社 イットリア焼結体、セラミックス部材、及び、イットリア焼結体の製造方法
JP4590368B2 (ja) * 2006-03-24 2010-12-01 日本碍子株式会社 静電チャックの製造方法
JPWO2007119703A1 (ja) * 2006-04-14 2009-08-27 コニカミノルタホールディングス株式会社 結晶性有機半導体薄膜の製造方法、有機半導体薄膜、電子デバイスおよび薄膜トランジスタ
US7848075B2 (en) * 2006-07-19 2010-12-07 Ngk Insulators, Ltd. Electrostatic chuck with heater
JP4394667B2 (ja) * 2006-08-22 2010-01-06 日本碍子株式会社 ヒータ付き静電チャックの製造方法
JP4874038B2 (ja) * 2006-09-13 2012-02-08 京セラ株式会社 電極内蔵セラミック構造体
JP2008072573A (ja) * 2006-09-15 2008-03-27 Mitsubishi Electric Corp 出力制御装置
US20080142755A1 (en) * 2006-12-13 2008-06-19 General Electric Company Heater apparatus and associated method
CN101542674B (zh) * 2007-03-19 2011-12-07 松下电器产业株式会社 等离子体显示面板及其制造方法
US20090206526A1 (en) * 2008-02-18 2009-08-20 Huntsman Petrochemical Corporation Sintering aids
JP4879929B2 (ja) * 2008-03-26 2012-02-22 日本碍子株式会社 静電チャック及びその製造方法
US8306408B2 (en) * 2008-05-30 2012-11-06 Thermoceramix Inc. Radiant heating using heater coatings
US8461033B2 (en) * 2009-01-13 2013-06-11 Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. Heat treatment apparatus and method for heating substrate by light-irradiation
US8178455B2 (en) 2009-03-26 2012-05-15 Ngk Insulatores, Ltd. Alumina sintered body, method for manufacturing the same, and semiconductor manufacturing apparatus member
US8481892B2 (en) * 2009-03-30 2013-07-09 Ngk Insulators, Ltd. Ceramic heater and method for producing same
WO2010137592A1 (ja) * 2009-05-26 2010-12-02 株式会社インキュベーション・アライアンス 炭素材料及びその製造方法
JP5341049B2 (ja) * 2010-10-29 2013-11-13 日本発條株式会社 セラミックス焼結体の製造方法、セラミックス焼結体およびセラミックスヒータ
JP2013101923A (ja) * 2011-10-21 2013-05-23 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 分散組成物の加熱方法、及びガラスパターンの形成方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080017632A1 (en) * 2004-05-26 2008-01-24 Kyocera Corporation Heater For Heating a Wafer and Method For Fabricating The Same
US20080174930A1 (en) * 2006-09-13 2008-07-24 Ngk Insulators, Ltd. Electrostatic chuck with heater and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
TW201411757A (zh) 2014-03-16
KR101761443B1 (ko) 2017-07-25
JP6049509B2 (ja) 2016-12-21
US10199245B2 (en) 2019-02-05
JP2013229310A (ja) 2013-11-07
KR20130110091A (ko) 2013-10-08
US20130256297A1 (en) 2013-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI575634B (zh) Ceramic heater, heater electrode and ceramic heater system
KR101891930B1 (ko) 세라믹 히터 및 그 제법
KR101982446B1 (ko) 정전 척의 제법 및 정전 척
TWI687391B (zh) 氧化鋁燒結體的製法及氧化鋁燒結體
JP2017152137A (ja) 静電チャックヒータ
CN114180943A (zh) 复合烧结体、半导体制造装置构件及复合烧结体的制造方法
KR101692219B1 (ko) 진공척용 복합체 및 그 제조방법
KR20230042679A (ko) 복합 소결체 및 복합 소결체의 제조 방법
CN114180942A (zh) 复合烧结体、半导体制造装置构件及复合烧结体的制造方法
TWI768726B (zh) 陶瓷加熱器以及其製造方法
JP6676835B1 (ja) ウエハ載置台の製法