WO2001084888A1 - Ceramic heater and method of controlling temperature of the ceramic heater - Google Patents

Ceramic heater and method of controlling temperature of the ceramic heater Download PDF

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WO2001084888A1
WO2001084888A1 PCT/JP2001/003778 JP0103778W WO0184888A1 WO 2001084888 A1 WO2001084888 A1 WO 2001084888A1 JP 0103778 W JP0103778 W JP 0103778W WO 0184888 A1 WO0184888 A1 WO 0184888A1
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resistance heating
heating element
substrate
ceramic
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PCT/JP2001/003778
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Jun Ohashi
Yasutaka Koga
Original Assignee
Ibiden Co., Ltd.
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    • H05B3/141—Conductive ceramics, e.g. metal oxides, metal carbides, barium titanate, ferrites, zirconia, vitrous compounds
    • H05B3/143—Conductive ceramics, e.g. metal oxides, metal carbides, barium titanate, ferrites, zirconia, vitrous compounds applied to semiconductors, e.g. wafers heating

Definitions

  • the present invention relates to a ceramic heater mainly used in the semiconductor industry, and more particularly, to a ceramic heater excellent in uniform control of a temperature distribution on a substrate heating surface and a temperature control method thereof.
  • a typical semiconductor chip is manufactured by slicing a silicon single crystal into a predetermined thickness to produce a silicon wafer, and then forming a plurality of integrated circuits and the like on the silicon wafer.
  • the silicon wafer placed on the electrostatic chuck is subjected to various processes such as etching and CVD to form conductive circuits and apply resist resin. After that, heating and drying are performed.
  • a metal heater with a resistance heating element arranged on the back surface of an aluminum metal plate is often used.
  • the substrate is made of metal
  • the substrate must be thick (about 15 mm). This is because, in a thin metal substrate, warping or distortion occurs due to thermal expansion due to heating, and the silicon wafer placed on the metal substrate is damaged or tilted. On the other hand, when the thickness of the metal substrate is increased, the heat becomes heavier and bulkier.
  • Japanese Patent Publication No. 8-8247 discloses a technique for controlling the temperature while using a nitride ceramic as a substrate and measuring the temperature near the resistance heating element. I have. However, when attempting to heat a silicon wafer using the disclosed technology, there was a problem that the silicon wafer was damaged by thermal shock caused by a temperature difference between the substrate surfaces.
  • the inventors have conducted intensive research on the cause of silicon wafer damage.
  • the silicon wafer (hereinafter simply referred to as “wafer”) is damaged because the temperature of the outer peripheral portion of the substrate is reduced by heat radiation, and the entire resistance heating element is made uniform. It was found that if the temperature was controlled to a certain level, the temperature distribution would be uneven and the wafer would be damaged.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-252505 describes a control technique for controlling the temperature near the center of the substrate to be higher than the temperature at the outer periphery of the substrate.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 216,283 proposes a technique of dividing a resistance heating element circuit and controlling the temperature of the resistance heating element at an outer peripheral portion to be high.
  • these known techniques are methods in which a temperature schedule is determined and controlled in advance.In actual wafer heating, there is a disturbance such as sudden heating of a low-temperature wafer, and the temperature schedule is determined in advance. Such control cannot cope with unexpected temperature changes.
  • An object of the present invention is to propose a ceramic heater having excellent uniformity of temperature distribution on a substrate heating surface and a method of controlling the temperature thereof. Disclosure of the invention
  • the resistance heating element is divided into two or more circuits on the outer peripheral side and the inner peripheral side of the substrate, and different electric power is supplied to each of the circuits based on the result of the temperature measurement by the temperature measuring means.
  • To control the temperature. -By raising the temperature so that it is equal to or higher than the temperature on the inner peripheral side, the temperature distribution in the radial direction of the substrate heating surface is made uniform, and the temperature difference on the heating surface of the silicon wafer It has been found that reducing the size can prevent the wafer from being damaged, and that even if an unexpected temperature change occurs, uniform temperature control can be achieved.
  • the present invention has been completed, which has the following five contents.
  • the present invention provides a ceramic substrate having a resistance heating element provided on the surface or inside of a ceramic substrate, a temperature measuring means for measuring the temperature of the ceramic substrate or the object to be heated, and supplying power to the resistance heating element.
  • a ceramic heater comprising: a control unit that performs the operation; a storage unit that stores the temperature data measured by the temperature measuring unit; and a calculation unit that calculates the power to be supplied to the resistance heating element from the temperature data.
  • the resistance heating element is composed of two or more circuits that can independently control the temperature, and the temperature of the circuit located at the outer periphery of these circuits is located at the inner periphery. It is characterized in that the temperature is controlled to be equal to or higher than the temperature of the circuit.
  • the control unit includes a power supply for supplying power to the resistance heating element, and a control unit for controlling the power supply.
  • the temperature measuring means uses a temperature measuring element such as a thermocouple.
  • the temperature measuring means uses a temperature measuring element such as thermopure.
  • the present invention provides a ceramic substrate having a resistance heating element provided on the surface or inside of a ceramic substrate, a temperature measuring means for measuring the temperature of the ceramic substrate or the object to be heated, and supplying electric power to the resistance heating element.
  • a ceramic heater comprising: a control unit for supplying; a storage unit for storing temperature data measured by the temperature measuring means; and a calculation unit for calculating power to be supplied to the resistance heating element from the temperature data.
  • the resistance heating element is composed of two or more circuits that can independently control the temperature. The temperature is controlled so that it is the same as the temperature of the circuit located at or higher than the temperature of the inner peripheral part.
  • the control unit includes a power supply for supplying power to the resistance heating element, and a control unit for controlling the power supply. Based on the temperature data measured by the temperature measuring unit, the control unit includes an internal circuit and an internal circuit. It is preferable to control the temperature by supplying different electric power to the peripheral circuit.
  • FIG. 1a is a block diagram schematically showing an example of the ceramic heater (heating element interior) of the present invention
  • FIG. 1b is a partially enlarged sectional view of a ceramic substrate.
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing an example of a resistance heating element portion of the ceramic heater of the present invention.
  • FIG. 3 is a graph showing a change in temperature distribution at various points in the radial direction of the ceramic substrate.
  • FIG. 4 is a block diagram schematically showing another example of the ceramic heater (heater exterior) of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing a temperature profile of a ceramic heater according to Example 4.
  • FIG. 6 is a graph showing a power (current) profile of the ceramic ceramic according to the fourth embodiment.
  • the substrate is a ceramic substrate, and the resistance heating element is formed inside or on the surface of the substrate, particularly on the surface opposite to the surface on the wafer heating side (hereinafter referred to as the substrate heating surface).
  • the substrate heating surface has been.
  • a temperature measuring element for measuring the temperature of the substrate; a control unit for supplying power to the resistance heating element; a storage unit for storing temperature data measured by the temperature measuring element; A calculation unit for calculating the power required for the resistance heating element from the temperature data.
  • the characteristic configuration of this ceramic heater is that the resistance heating element is composed of two or more circuits that can independently control the temperature, and the temperature of the circuit on the outer peripheral side of these circuits is The temperature is controlled so as to be equal to or higher than the temperature of the circuit located on the part side, and as a result, the heating surface of the ceramic substrate has a uniform temperature distribution as a whole.
  • the ceramic The required power to be applied to each resistance heating element can be accurately controlled based on the temperature measurement results at various locations on the backing board.
  • the temperature distribution on the substrate heating surface can be controlled uniformly.
  • the present invention since the amount of power input is increased toward the outer peripheral portion of the ceramic substrate where the temperature is reduced, the above-described problem of the prior art (lower temperature at the outer peripheral portion) is avoided. As a result, the temperature of the substrate heating surface can be constantly maintained, and the prevention of breakage of the wafer can be achieved.
  • uniform heating of the wafer can be realized, so that the uniform drying of the wafer surface registry and the surface treatment such as CVD and spattering can be performed uniformly.
  • FIG. 1a is a partial cross-sectional view showing an example of a ceramic heater 10 having a resistance heating element built-in type
  • FIG. 1b is a partially enlarged cross-sectional view showing a temperature measuring element embedded portion
  • FIG. 2 is a plan view of a ceramic substrate showing the arrangement of the internal resistance heating elements of the ceramic capacitor 10 shown in FIG. La.
  • a ceramic substrate 11 is formed in a disk shape as shown in FIG.
  • two types of resistance heating elements 12 (12x, 12y), each of which can independently control the temperature, are embedded.
  • the pattern of the resistance heating element is formed as a concentric pattern as shown in the figure to control the temperature so that the entire temperature of the substrate heating surface 11a becomes uniform.
  • these resistance heating elements 12 are connected as a set of double concentric circles approaching each other so as to form a single line, and terminal pins 13 serving as input / output terminals are provided at both ends with through holes. Connected via 18.
  • a socket 20 is attached to the terminal pin 13, and the socket 20 is also connected to a control unit 23 having a power supply.
  • a through hole 15 is formed in the vicinity of the center of the ceramic substrate 11 to allow the lifter pin 16 to pass therethrough.
  • a plurality of bottomed holes 14a to 14i for inserting pairs 17 are formed.
  • the ceramic substrate 11 supports the wafer 19 on the substrate heating surface 11a.
  • the lifter pin 16 for the lifter is inserted, and the lifter pin 19 is moved up and down to carry in and carry out the lifter 19. While moving 16 up and down, the wafer 19 is transferred to a transfer machine (not shown) or conversely received from the transfer machine.
  • the wafer 19 supported on the substrate heating surface 11a is the lifter described above. Heating can be performed while supporting the substrate at a predetermined distance from the substrate heating surface 1 la via a pin 16 or a gap pin (not shown), but the separation distance at that time is 50 to 500 m is desirable.
  • thermocouple 17 is embedded and fixed.
  • the thermocouple 17 is connected to the storage unit 21 so that the temperature of each thermocouple 17 can be measured at regular intervals and the data can be stored.
  • the storage unit 21 is connected to the control unit 23 and the calculation unit 22 and calculates a voltage value and the like controlled by the calculation unit 22 based on the data stored in the storage unit 21. On the basis of this, a predetermined voltage is applied from the control unit 23 to each of the resistance heating elements 12 so that the temperature of the substrate heating surface 11a can be made uniform.
  • the temperature of the ceramic substrate 11 itself starts to rise, but the surface temperature of the outer surface of the substrate becomes slightly low. It is normal that there is.
  • the temperature of the heating surface 11 of the ceramic substrate 11 is measured by a thermocouple 17, and the temperature measurement data is stored in the storage unit 21.
  • the temperature measurement data is sent to a calculation unit 22.
  • a difference in temperature at each measurement point or a difference ⁇ ⁇ from a set temperature is calculated. Calculate the required data for temperature equalization of 1a. For example, there is a temperature difference ⁇ ⁇ ⁇ between the upper heating surface of the inner peripheral resistance heating element 1 2 X and the upper heating surface of the outer peripheral resistance heating element 12 y.
  • the upper heating surface of the heating element 1 2 X is lower, calculate the power consumption to make ⁇ 0 0 and calculate this 23, and the electric power based on this is supplied to the inner peripheral resistance heating element 12x or the outer peripheral resistance heating element 12y to raise or lower the temperature.
  • the simplest method is to calculate the power required to raise the temperature from the specific heat of the ceramic substrate 11 and the weight of the heating area, and also take into account the correction coefficient due to the resistance heating element pattern. May be.
  • a temperature rise test may be performed on a specific resistance heating element pattern in advance, and a function of the temperature measurement position, input power, and temperature may be obtained in advance, and the input power may be calculated from this function.
  • the applied voltage and time corresponding to the power calculated by the calculation unit 22 are transmitted to the control unit 23, and the control unit 23 sends the resistance heating elements 12x and 12y based on the values. Power will be turned on.
  • control unit is provided with the arithmetic unit 22, even if an unexpected temperature change occurs in the ceramic substrate 11, for example, electric power for uniformizing the temperature is provided. Calculation can be performed, and practical temperature control can be realized.
  • Figure 3 shows the heating temperature of the ceramic substrate 11 when the temperature of the ceramic substrate was raised to 140 ° C and then the wafer at 25 ° C was brought closer to a distance of 100 ° m.
  • 5 is a graph showing a temperature change of la. Measure the lowered temperature and calculate the amount of power to be applied to which resistance heating element (12 x, 12 y) from the difference between this temperature and the set temperature and the temperature difference between each measurement point. I do. Therefore, according to the present invention, it is possible to settle to the original set temperature while always converging the temperature difference of the substrate heating surface 11a regardless of the temperature change. Also in the case of FIG. 3, the temperature of the outer peripheral side resistance heating element 11 y is higher.
  • the thickness of the ceramic substrate 11 is more than 1.5 mm and not more than 25 mm, particularly preferably 0.5 to 5 mm. If the thickness is less than 0.5 mm, the strength will be reduced and it will be easily damaged. On the other hand, if the thickness is more than 5 mm, heat will not be easily transmitted, and the efficiency of heating and cooling will be reduced.
  • the ceramic constituting such a ceramic substrate 11 is preferably a nitride ceramic or a carbide ceramic. Nitride ceramics and carbide ceramics have a lower coefficient of thermal expansion than metals, and have significantly higher mechanical strength than metals. Therefore, even if the thickness of the heat sink 11 is reduced, it does not warp or warp due to heating.
  • the ceramic substrate 11 can be made thinner and lighter. Since the substrate 11 has a high thermal conductivity and is thin, its surface temperature quickly follows the temperature change of the resistance heating element 12. That is, by changing the voltage and the current value, the resistance of the resistance heating element is changed.
  • the surface temperature of the ceramic substrate can be controlled accurately and quickly.
  • thermocouple As a means for measuring the temperature of the ceramic substrate, a thermocouple may be used in addition to the thermocouple 17 described above.
  • the thermocouple 17 performs point temperature control, but the thermopure is preferable because surface temperature control can be realized.
  • the temperature measurement by the side temperature means may measure not only the temperature of the ceramic substrate 1 but also the temperature of the wafer to be heated. Direct measurement of the temperature of the wafer 19 allows for more accurate control.
  • nitride ceramic examples include aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, and titanium nitride. These may be used alone or in combination of two or more.
  • carbide ceramic examples include silicon carbide, zirconium pentacarbide, titanium carbide, tantalum carbide, and tungsten carbide. These may be used alone or in combination of two or more.
  • aluminum nitride is most preferred. This is because the thermal conductivity is the highest at 18 O WZmK, which is excellent in temperature followability, but tends to cause uneven temperature distribution, and it is effective to adopt a structure for forming a temperature measuring element as in the present invention. .
  • the ceramic substrate 11 has a bottomed hole 14 a to 14 on the surface opposite to the substrate heating surface 11 a on which the wafer 19 is to be mounted, facing the substrate heating surface 11 a.
  • bottomed hole 14 Also called “bottomed hole 14”). It is desirable that the bottom of the bottomed hole 14 is formed relatively closer to the substrate heating surface 11a than the position of the resistance heating element 12 (see FIG. 1a).
  • the distance L between the bottom of the bottomed hole 14 and the substrate heating surface 11a is 50.1 mm to 2Z3 of the thickness of the ceramic substrate, preferably about 1Z2 (lb. See figure).
  • L is less than 0.1 mm, heat will be dissipated and unevenness will occur on substrate heating surface 11a. If one temperature distribution is easily formed, and if the thickness of the substrate exceeds 23, preferably more than 1/2, the temperature of the resistance heating element 11 becomes more susceptible to temperature control. An uneven temperature distribution is formed on the substrate heating surface 11a.
  • the diameter of the bottomed hole 14 is 0.3 mn! Desirably, it is about 5 mm. The reason for this is that if it is too large, the heat dissipation increases, and if it is too small, the workability deteriorates and the distance from the substrate heating surface 11a cannot be equalized.
  • the bottomed holes 14a to 14i are arranged symmetrically with respect to the center of the ceramic substrate 11 so as to form a cross, as shown in FIG. Better. This is because the temperature of the entire substrate heating surface can be measured.
  • the temperature measurement location is closer to the substrate heating surface 1 1a than the resistance heating element 1 2, and it is possible to more accurately measure the temperature of the substrate heating surface 1 1a that heats the wafer 19 Becomes Then, the measurement result of the temperature is stored in the storage unit 21, and based on the temperature data stored in the storage unit 21, the voltage applied to the resistance heating element 12 is calculated by the calculation unit 22, Based on this calculation result, a control voltage is applied from the control unit 23 to the heating elements 12 so that the entire substrate heating surface 1 la can be uniformly heated, and thus the entire wafer is also uniformly heated. You.
  • thermocouple examples include a thermocouple, a platinum resistance temperature detector, and a thermistor.
  • thermocouple examples include K-type, R-type, B-type, S-type, E-type, J-type, and T-type thermocouples as described in JIS-C-162 (1980). Of these, a K-type thermocouple is preferable. It is desirable that the size of the junction of the thermocouple is the same as or larger than the diameter of the strand, and is 0.5 mm or less. This is because if the junction is large, the heat capacity increases and the response decreases. It is difficult to make the diameter smaller than the diameter of the strand.
  • the temperature measuring element may be glued to the bottom of the bottomed hole 14 using gold brazing or silver brazing, etc.5.After being inserted into the bottomed hole 14, an inorganic adhesive, heat-resistant resin And both may be used together.
  • thermosetting resin particularly an epoxy resin, Mid resin, bismaleid-triazine resin, and the like. These resins may be used alone or in combination of two or more.
  • the above-mentioned brazing filler metal is 37 ⁇ 80.5wt% Au-63-19.5wt% Cu alloy,
  • At least one selected from 7.5 wt% Ni alloy is desirable. These have a melting temperature of 900 ° C or higher and are difficult to melt even in a high temperature region.
  • the silver solder for example, an Ag—Cu-based solder can be used.
  • the resistance heating element 12 is preferably divided into at least two or more circuits as shown in FIG. 2, and is divided into 2 to 30, preferably 2 to 10 circuits. Is more desirable. By dividing the circuit of the resistance heating element 12 into a plurality of parts, the power supplied to each circuit can be individually controlled, and the heating value of each resistance heating element 12 can be finely controlled. The temperature distribution of 1a can be adjusted accurately.
  • the operating temperature of ceramic heater is preferably 100 ° C to 800 ° C. 5
  • the diameter of the ceramic heater should be 19 Omm or more.
  • Example 1 Manufacture of a ceramic heater made of aluminum nitride (see Fig. 4)
  • composition consisting of 100 parts by weight of aluminum nitride powder (average particle size: 1. l jum), 4 parts by weight of yttria 0 (average particle size: 0.4 zm), 12 parts by weight of acrylic binder and alcohol was spray-dried to produce a granular powder.
  • Conductive paste was printed on the ceramic substrate 11 obtained in (3) by screen printing.
  • the printing pattern was a concentric pattern as shown in FIG.
  • the conductive paste used was Solvent PS 603D manufactured by Tokuka Chemical Laboratory, which is used to form through holes in printed wiring boards.
  • This conductor paste is a silver-lead paste, and 100 parts by weight of silver is composed of lead oxide (5 wt%), zinc oxide (55 wt%), silica (10 wt%), boron oxide (25 wt%) and alumina (5 wt%). wt%) in a content of 7.5 parts by weight.
  • the silver particles had an average particle size of 4.5 ⁇ m and were scaly.
  • the ceramic substrate 11 on which the conductor paste was printed was heated and fired at 780 ° C. to sinter the silver and lead in the conductor paste and to sinter them on the substrate surface to form the resistance heating element 12.
  • the silver-lead resistance heating element 12 had a thickness of 5 ⁇ m, a width of 2.4 mm, and a sheet resistivity of 7.7 ⁇ / port.
  • electroless nickel plating consisting of an aqueous solution with the concentration of nickel sulfate 80 g / l, sodium hypophosphite 24 g / l, sodium acetate 12 g / l, boric acid 8 g / l, and ammonium chloride 6
  • the ceramic substrate 11 prepared in (5) above was immersed in the bath, and a 1 / m-thick metal coating layer (nickel layer) was deposited on the surface of the silver-lead resistance heating element 12.
  • a silver-lead solder paste (made by Tanaka Kikinzoku) was printed by screen printing on the area where the terminals for securing the connection to the power supply were to be attached, forming a solder layer.
  • terminal pins 13 made of Kovar were placed on the solder layer, heated at 420 ° C. and flowed, and the terminal pins 13 were attached to the surface of the resistance heating element 12.
  • thermocouple 17 for temperature control was inserted into the bottomed hole 14, and a ceramic adhesive (Alon ceramic manufactured by Toagosei Co., Ltd.) was embedded and fixed to obtain a ceramic heater 10.
  • Example 2 Temperature control of ceramic heater (1)
  • a temperature controller (Omron E5ZE) equipped with a control unit having a power supply, a storage unit, and a calculation unit was prepared, and the ceramic heater 10 manufactured in Example 1 (see Fig. 4)
  • the wiring from the control unit 23 was connected via the terminal pin 13, the wiring from the thermocouple 17 was connected to the storage unit 21, and the silicon wafer was placed on the ceramic heater 150.
  • the bottomed holes 14a to l4c of the ceramic ceramics 10 are the bottomed holes 14a to 1c of the ceramic heater 10 shown in FIG. It is formed at the same position as 4c. Further, the resistance heating elements 12a to 12c are also formed at the same positions as the resistance heating elements 12a to 12c in the ceramic capacitor 10 shown in FIG.
  • Fig. 5 shows the measurement results.
  • Fig. 6 shows the profiles of the power (indicated by the current value) applied to the resistance heating elements 12a, 12b, and 12c.
  • the vertical axis indicates the degree of each component of the ceramic 5 heater, and the horizontal axis indicates the elapsed time.
  • the vertical axis indicates the current value, and the horizontal axis indicates the current value. Takes time.
  • the temperature of the resistance heating element 12 y on the outer peripheral side changes higher than that of the resistance heating element 12 X on the inner peripheral side after the current flows through the ceramic heater 10.
  • the temperature of the ceramic wafer was uniform in a short time, and as a result, the silicon wafer 19 mounted on the ceramic heater 10 did not break during the heating process, and became uniform. Heated.
  • the temperature of the ceramic heater 10 was raised to 140 ° C.
  • - Figure 3 shows the temperature change of the wafer heating surface when the wafer 19 with the temperature sensor of 25 ° C is held on the wafer heating surface at a distance of 100 ⁇ m.
  • the measured temperature is measured, the difference from the set temperature is calculated, the amount of electric power required for each heating element circuit is calculated, and the resistance heating element on the outer peripheral side 14 y It is possible to raise the temperature at a higher temperature and settle to the set temperature while converging the temperature difference in the substrate heating surface. Become. For this reason, even if there is an unsteady temperature change, it can be quickly returned to the original temperature.
  • the conventional technology since there is no arithmetic unit, the temperature can be raised only by a preset temperature profile, and when such an unsteady temperature change occurs, the temperature control is performed. Not done.
  • the temperature of the heating surface of the silicon wafer can be always made uniform by making the temperature higher in the outer peripheral side resistance heating element or by making it the same as the inside. .
  • the ceramic heater of the present invention is used in an apparatus for manufacturing a semiconductor or inspecting a semiconductor.
  • an electrostatic chuck for example, an electrostatic chuck, a wafer prober, a susceptor, and the like can be given.
  • an electrostatic chuck in addition to the resistance heating element, an electrostatic electrode,
  • the ceramic substrate for a semiconductor device of the present invention is preferably used at 100 ° C. or higher, more preferably at 200 ° C. or higher.
  • the upper limit temperature is 800 ° C.

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Description

曰月糸田 β セラミックヒー夕およびその温度制御方法 技術分野
本発明は、主に半導体産業において使用されるセラミックヒータに関し、特に、 基板加熱面における温度分布の均一制御性に優れるセラミックヒ一夕とそれの 温度制御方法に関するものである。 背景技術
近年、 半導体は、 単に電子産業に止まらず、 種々の産業界において不可欠な部品 の 1つとして重用されている。 例えば、 代表的な半導体チップは、 シリコン単結 晶を所定の厚さにスライスしてシリコンウェハを作製し、 その後、 このシリコン ウェハに複数の集積回路等を形成することにより製造されている。
この半導体チップの製造工程においては、 静電チャック上に載置したシリコン ウェハに、 エッチングや C VD等の種々の処理を施することにより、 導体回路等 を形成したり、 レジスト用の樹脂を塗布したのち加熱して乾燥したりする処理が 行われる。 このような処理には、 多くの場合、 アルミニウム製金属板の裏面に抵 抗発熱体を配置した金属製ヒ一夕が採用されている。
ところが、 このような金属製ヒータは、 以下のような問題があった。 それは、 基板が金属製であるため、その基板を厚く（ 1 5 mm程度）しなければならない。 なぜなら、 薄い金属基板では、 加熱に伴う熱膨張により、 反りや歪みが発生して しまい、 該金属製基板上に載置したシリコンウェハが破損したり、 傾いたりする からである。 一方で、 その金属製基板の厚みを厚くすると、 ヒー夕が重くなると 共に嵩張る。
また、 金属製基板を用いたヒ一夕は、 厚くなるために、 電圧や電流量の変化に 応じて基板の温度の方は迅速に追従せず、 温度制御しにくいという問題があった。 これに対して、 従来、 特公平 8— 8 2 4 7号公報などには、 基板として窒化物 セラミックを使用し、 かつ抵抗発熱体近傍の温度を測定しながら、 温度制御する 技術が開示されている。 ところが、 この開示技術を用いてシリコンウェハを加熱 しょうとすると、 基板表面の温度差に起因する熱衝撃により、 シリコンウェハが 破損してしまうという問題が発生した。
そこで、 発明者らは、 シリコンウェハ破損の原因について鋭意研究した。 その 結果、 温度制御を行っているにも拘わらずシリコンウェハ （以下、 単にウェハ） という） が破損するのは、 基板の外周部の温度が放熱により低下してしまい、 抵 抗発熱体全体を均一な温度になるように制御すると、 却って不均一な温度分布と なりウェハが破損してしまうという事実をつきとめた。
また、 このようなセラミック基板に現われる温度分布の不均一は、 窒化物セラ ミックゃ炭化セラミックなどの熱伝導率の高いものほど顕著であるという事実 も新らたにつきとめた。
なお、 特開平 6— 2 5 2 0 5 5号公報には、 基板の外周部の温度よりも基板の 中央部寄りの温度の方を高く制御する制御技術が、 また、 特開昭 6 3— 2 1 6 2 8 3号公報には、 抵抗発熱体回路を分割して、 外周部の抵抗発熱体の温度を高く するように制御する技術が提案されている。 しかし、 これらの既知技術は、 予め 温度スケジュールを決めて制御する方法であり、 現実のウェハの加熱では、 低温 のウェハを急に加熱する場合のような外乱があり、 温度スケジュールを予め決め ておくような制御では、 予定外の温度変化があつた場合に対応できなくなる。 本発明の目的は、 基板加熱面における温度分布の均一性に優れるセラミックヒ 一夕と、 それの温度制御方法を提案するところにある。 発明の開示
発明者らは上記課題につき検討を重ねた。 その結果、 抵抗発熱体を基板の外周 部側と内周部側とで 2以上の回路に分割形成し、 測温手段による温度測定の結果 に基づいて、 前記各回路に異なった電力を投入して温度制御を行い、 外周部側の - 温度を内周部側の温度と同じか、 それよりも高くなるように昇温させることによ つて、 基板加熱面の半径方向における温度分布を均一にして、 シリコンウェハの 加熱面の温度差を小さくするとウェハの破損が防止できると共に、 予定外の温度 変化が発生しても、 均一な温度制御ができることを見いだし、 以下に示す内容を 5 要旨構成とする本発明を完成するに至った。
即ち、 本発明は、 セラミック基板の表面または内部に抵抗発熱体を設けてなる セラミック基板と、 このセラミヅク基板または被加熱物の温度を測定する測温手 段と、 前記抵抗発熱体に電力を供給する制御部と、 前記測温手段により測定され た温度データを記憶する記憶部と、 前記温度データから前記抵抗発熱体に供給す0 る電力を演算する演算部とを備えてなるセラミックヒータであって、 前記抵抗発 熱体が、 独立して温度制御できる 2以上の回路にて構成されていると共に、 これ - らの回路のうち外周部に位置する回路の温度が内周部側に位置する回路の温度 と同等かそれ以上の温度になるように制御されていることを特徴とするもので ある。
5 前記制御部は、 抵抗発熱体に電力を供給する電源と、 この電源を制御する制御 部とからなることを特徴とする。
前記測温手段は、 熱電対の如き測温素子を用いることを特徴とする。
前記測温手段は、 サ一モピュアの如き測温素子を用いることを特徴とする。 また、 本発明は、 セラミック基板の表面または内部に抵抗発熱体を設けてなる0 セラミック基板と、 このセラミック基板または被加熱物の温度を測定する測温手 段と、 前記抵抗発熱体に電力を供給する制御部と、 前記測温手段により測定され た温度データを記憶する記憶部と、 前記温度デ一夕から前記抵抗発熱体に供給す る電力を演算する演算部とを備えてなるセラミックヒータの前記基板の温度を 制御するに当たり、 前記抵抗発熱体を、 独立して温度制御できる 2以上の回路に5 て構成すると共に、 これらの回路のうち外周部側の回路の温度が内周部側に位置 する回路の温度と同じか内周部の温度よりも高くなるように制御するものであ る。 なお、 前記制御部を、 抵抗発熱体に電力を供給する電源と、 この電源を制御す る制御部とで構成し、 前記測温手段により測定された温度データに基づき、 外周 部の回路と内周側の回路に異なる電力を投入して温度制御ことが好ましい。 図面の簡単な説明
第 l a図は、 本発明のセラミックヒ一夕 （発熱体内装） の一例を模式的に示す ブロック図であり、 第 l b図は、 セラミック基板の部分拡大断面図である。 第 2 図は、 本発明のセラミックヒータの抵抗発熱体部分の一例を模式的に示す平面図 である。 第 3図は、 セラミック基板の半径方向の各所における温度分布の変化を 示すグラフである。 第 4図は、 本発明のセラミックヒータ （発熱体外装） の他の 例を模式的に示すブロック図である。 第 5図は、 実施例 4に係るセラミックヒ一 夕の温度プロファイルを示すグラフである。 第 6図は、 実施例 4に係るセラミツ クヒ一夕の電力 （電流） プロファイルを示すグラフである。 発明を実施するための最良の形態
本発明に係るセラミックヒ一夕は、 基板がセラミック基板であり、 抵抗発熱体 はこの基板の内部または表面、 とくにウェハ加熱側の面 （以下、 基板加熱面とい う） とは反対側の面に形成されている。 このセラミック基板には、 この基板の温 度を測定する測温素子と、 上記抵抗発熱体に電力を供給する制御部と、 上記測温 素子により測定された温度データを記憶する記憶部と、 上記温度デ一夕から上記 抵抗発熱体に必要な電力を演算する演算部とを備えてなるものである。
そして、 このセラミックヒータの特徴的な構成は、 前記抵抗発熱体が、 独立し て温度制御できる 2以上の回路にて構成されると共に、 これらの回路のうち外周 部側の回路の温度が内周部側に位置する回路の温度と同等か、 それ以上の温度に なるように制御されていることにあり、 その結果としてセラミック基板の加熱面 は全体に均一な温度分布を示すようになる。
抵抗発熱体を上記のように分割形の構成とすることで、 測温素子によるセラミ ック基板各所の測温結果に基づき各抵抗発熱体に投入する必要電力を正確に制 御することができる。 このことにより、 基板加熱面の温度分布を均一に制御でき る。 とくに、 本発明では、 温度低下が見られるセラミック基板の外周部側ほど、 電力の投入量を増やすので、 上述した従来技術が抱えている問題点 （外周部側で 低温となること） を回避して、 基板加熱面の温度を常に維持することができ、 ひ いてはウェハの破損防止を達成することができる。
しかも、 上記の結果として、 ウェハの均一加熱も実現できるため、 ウェハ表面 レジス卜の均一乾燥や C V D、 スパッ夕などの表面処理も均一にできるようにな る。
第 1 a図は、 抵抗発熱体内装形のセラミックヒータ 1 0の一例を示す部分断面 図であり、 第 l b図は、 測温素子埋設部を示す部分拡大断面図である。 また、 第 2図は、 第 l a図に示したセラミックヒ一夕 1 0の内装抵抗発熱体の配置を示す セラミック基板の平面図である。
図示の 1 1はセラミック基板であって、 第 2図に示すとおり円板状に形成され ている。 そのセラミック基板 1 1の内部には、 それそれが独立して温度制御でき る 2種の抵抗発熱体 1 2 ( 1 2 x、 1 2 y ) が埋設してある。 その抵抗発熱体の パターンは、 基板加熱面 1 1 aの全体の温度が均一になるように温度制御するた め、 図示のように、 同心円状のパ夕一ンとしてある。 また、 これら抵抗発熱体 1 2は、 互いに接近する二重の同心円どうしが 1組として、 1本の線になるように 接続され、 その両端に入出力の端子となる端子ピン 1 3がスルーホール 1 8を介 して接続されている。 また、 この端子ピン 1 3には、 ソケット 2 0が取り付けら れ、 このソケット 2 0はまた、 電源を有する制御部 2 3に接続されている。
なお、 セラミック基板 1 1の中央付近には、 リフターピン 1 6を揷通させるた めの貫通孔 1 5が形成しており、 さらに、 このセラミック基板 1 1の適所には測 温素子としての熱電対 1 7を挿入するための複数の有底孔 1 4 a〜l 4 iが形 成されている。
また、 このセラミック基板 1 1には、 基板加熱面 1 1 aにウェハ 1 9を支持す るためのリフ夕一ピン 1 6が揷入され、 このリフ夕一ピン 1 6の昇降を介してゥ " ェハ 1 9の搬入、 搬出を行うようになっている。 即ち、 このリフタ一ピン 1 6を 上下動させるながら、 ウェハ 1 9を図示しない搬送機に渡したり、 逆に搬送機か ら受け取ったりする。 なお、 基板加熱面 1 1 a上に支持するウェハ 1 9は、 上記 5 リフターピン 1 6や図示しないギャップピンを介して、 基板加熱面 1 l aから所 定の距離離間させて支持しながら加熱することもできるが、 そのときの離間距離 は、 5 0〜5 0 0 0〃m程度とすることが望ましい。
上記セラミヅク基板 1 1には、 基板加熱面 1 l a とは反対側の底面 1 1 bから 有底孔 1 4が穿設されていて、 この有底孔 1 4の孔底には、 測温素子としての熱0 電対 1 7が埋設固定されている。 この熱電対 1 7は、 記憶部 2 1に接続され、 各 熱電対 1 7の温度を一定時間毎に測定し、 そのデータを記憶することができるよ うになつている。 そして、 この記憶部 2 1は、 制御部 2 3ならびに演算部 2 2に 接続され、 記憶部 2 1に記憶されたデ一夕に基づき、 演算部 2 2で制御する電圧 値等の計算を行い、 これに基づき、 制御部 2 3から各抵抗発熱体 1 2に対して所5 定の電圧を印加し、 基板加熱面 1 1 aの温度を均一化することができるようにな つている。
次に、 本発明のセラミックヒ一夕の温度制御方法について、 説明する。
まず、 制御部 2 3を作動させることによりセラミックヒ一夕 1 0に電力を投入 すると、 セラミック基板 1 1自体の温度が上がり始めるが、 基板外周部の方の表0 面温度がやや低温になっているのが普通である。 こうしたセラミック基板 1 1の 加熱面 1 1の温度は熱電対 1 7で測温され、 その測温データは、 記憶部 2 1に格 納される。 次いで、 その測温データは演算部 2 2に送られ、 この演算部 2 2にお _ いて、各測定点における温度の差あるいは設定温度との差 Δ Τを演算し、さらに、 基板加熱面 1 1 aの温度の均一化のために必要なデ一夕 を演算する。 例えば、5 内周部側抵抗発熱体 1 2 Xの上方加熱面と外周部側抵抗発熱体 1 2. yの上方加 熱面との間では温度差 Δ Τがあり、 もし内周部側抵抗発熱体 1 2 Xの上方加熱面 の方が低ければ、 Δ Τを 0にするような電力デ一夕 を演算し、 これを制御部 2 3に送信して、 これに基づいた電力を内周部側抵抗発熱体 1 2 xもしくは外周 部側抵抗発熱体 1 2 yに投入して昇温もしくは降温させるのである。
電力の計算アルゴリズムについては、 セラミック基板 1 1の比熱と加熱域の重 量から昇温に必要な電力を演算する方法が最も簡便であり、 これに抵抗発熱体パ ターンに起因する補正係数を加味してもよい。 また、 予め、 特定の抵抗発熱体パ ターンについて昇温試験を行い、 測温位置、 投入電力、 温度の関数を予め求めて おき、 この関数から投入電力を演算してもよい。 そして、 演算部 2 2で演算され た電力に対応する印加電圧と時間とを制御部 2 3に送信し、 制御部 2 3でその値 に基づいて各抵抗発熱体 1 2 x、 1 2 yに電力を投入することになる。
本発明に係る温度制御方法の下では、 制御系に演算部 2 2を設けているため、 たとえばセラミック基板 1 1に予定外の温度変化が生じた場合でも、 温度の均一 化のための電力を演算でき、 実用的な温度制御が実現できる。
第 3図は、 セラミヅクヒ一夕を 1 4 0 °Cまで昇温し、 つぎに 1 0 0〃mの距離 に 2 5 °Cのウェハを近づけた場合の、 セラミック基板 1 1の基板加熱面 1 l aの 温度変化を示したグラフである。 低下した温度を実測して、 この温度と設定温度 との差および、 各測定ボイントの温度差から、 どの抵抗発熱体（ 1 2 x、 1 2 y ) にどれだけの電力を投入するかを演算する。 従って、 本発明によれば、 どのよう な温度の変化があっても、 基板加熱面 1 1 aの温度差を常に収束させながら元の 設定温度に整定することができる。 第 3図の場合でも、 外周部側抵抗発熱体 1 1 yの方の温度を高くしている。
次に、 本発明のセラミックヒ一夕を構成する各部材等について説明する。 セラ ミック基板 1 1の厚さは、 1 . 5 mmを超え、 2 5 mm以下、 特に 0 . 5〜5 m mが好ましい。 0 . 5 mmより薄いと、 強度が低下するため破損しやすくなり、 —方、 5 mmより厚くなると、 熱が伝搬しにくくなり、 加熱—冷却の効率が悪く なる。 かかるセラミック基板 1 1を構成するセラミックは、 窒化物セラミックま たは炭化物セラミックであることが望ましい。窒化物セラミックや炭化物セラミ ックは、 熱膨張係数が金属よりも小さく、 機械的な強度が金属に比べて格段に高 " いため、 ヒ一夕板 1 1の厚さを薄くしても、 加熱により反ったり、 歪んだりしな い。 そのため、 セラミック基板 1 1を薄くて軽いものとすることができる。 これ らのセラミック基板 1 1は熱伝導率が高く薄いため、 その表面温度が、 抵抗発熱 体 1 2の温度変化に迅速に追従する。 即ち、 電圧、 電流値を変えて抵抗発熱体の
5 温度を変化させることにより、 セラミック基板の表面温度を正確かつ迅速に制御 することができる。
セラミック基板の温度測定手段としては、 上記熱電対 1 7の他サ一モビユアで もよい。 この点、 熱電対 1 7では、 点温度制御になるが、 サーモピュアでは、 面 温度制御が実現できるので好ましい。 また、 側温手段による温度測定は、 セラミ0 ヅク基板 1 1のみならず、 被加熱物であるウェハの温度を測定してもよい。 ゥェ ハ 1 9の温度を直接測定した方が精度よく制御ができる。
上記窒化物セラミックとしては、 例えば、 窒ィ匕アルミニウム、 窒化けい素、 窒 化ホウ素、 窒化チタン等が挙げられる。 これらは、 単独で用いてもよく、 2種以 上を併用してもよい。 また、 炭化物セラミックとしては、 例えば、 炭化けい素、5 炭化ジルコニウム、 炭化チタン、 炭化タンタル、 炭化タングステン等が挙げられ る。 これらは、 単独で用いてもよく、 2種以上を併用してもよい。 これらのなか では、 窒化アルミニウムが最も好ましい。 熱伝導率が 1 8 O WZm · Kと最も高 く、 温度追従性に優れる反面、 温度分布の不均一を招きやすく、 本発明のような 測温素子の形成構造をとることが有効だからである。
0 上記セラミック基板 1 1には、 ウェハ 1 9を載置する側の基板加熱面 1 1 aと は反対側の面に、基板加熱面 1 1 aに向けて有底孔 1 4 a〜 1 4 i (以下、単に、
, 「有底孔 1 4」 ともいう） を設ける。 そして、 この有底孔 1 4の孔底を、 抵抗発 熱体 1 2の位置よりも相対的に基板加熱面 1 1 a近くに形成することが望まし い（第 1 a図参照）。なお、有底孔 1 4の孔底と基板加熱面 1 1 aとの距離 Lは、5 0 . 1 mm〜セラミック基板の厚さの 2 Z 3、 望ましくは 1 Z 2程度とする （第 l b図参照)。
上記距離: Lが 0 . 1 mm未満では、 放熱してしまい、 基板加熱面 1 1 aに不均 一温度分布が形成されやすく、 一方、 基板厚さの 2 3、 望ましくは 1 / 2を超 えると、 抵抗発熱体 1 1の温度の影響を受けやすくなつて、 温度制御ができなく なり、 やはり基板加熱面 1 1 aに不均一な温度分布が形成されてしまう。
かかる有底孔 1 4の直径は、 0 . 3 mn！〜 5 mmであることが望ましい。 これ 5 は、 大きすぎると放熱性が大きくなり、 また小さすぎると加工性が低下して基板 加熱面 1 1 aとの距離を均等にすることができなくなるからである。
- なお、 この有底孔 1 4 a〜1 4 iは、 第 2図に示したように、 セラミック基板 1 1の中心に対して対称で、 かつ、 十字を形成するように配列することが望まし い。 これは、 基板加熱面全体の温度を測定することができるからである。
0 こうした構成とすることにより、 測温場所が抵抗発熱体 1 2よりも基板加熱面 1 1 aに近くなり、 より正確なウェハ 1 9を加熱する基板加熱面 1 1 aの温度の 測定が可能となる。 そして、 この温度の測定結果を記憶部 2 1に記憶し、 その記 憶部 2 1に記憶されている温度データに基づき、 抵抗発熱体 1 2に投入する電圧 を演算部 2 2で計算し、 この計算結果に基づき、 制御部 2 3より制御電圧を発熱5 体 1 2に印加するので、 基板加熱面 1 l a全体を均一に加熱することが可能にな り、 ひいてはウェハ全体も均一に加熱される。
上記測温素子としては、 例えば、 熱電対、 白金測温抵抗体、 サーミス夕等が挙
- げられる。 上記熱電対としては、 例えば、 J I S— C— 1 6 0 2 ( 1 9 8 0 ) に 挙げられるように、 K型、 R型、 B型、 S型、 E型、 J型、 T型熱電対等が挙げ0 られるが、 これらのなかでは、 K型熱電対が好ましい。 その熱電対の接合部の大 きさは、 素線の径と同じが、 または、 それよりも大きく、 0 . 5 mm以下である ことが望ましい。 これは、 接合部が大きい場合は、 熱容量が大きくなつて応答性 が低下してしまうからである。なお、素線の径より小さくすることは困難である。 上記測温素子は、 金ろう、 銀ろうなどを使用して、 有底孔 1 4の孔底に接着し5 てもよく、有底孔 1 4に挿入した後、無機接着剤、耐熱性樹脂で封止してもよく、 両者を併用してもよい。
上記耐熱性樹脂としては、 例えば、 熱硬化性樹脂、 特にはエポキシ樹脂、 ポリイ ミ ド樹脂、 ビスマレイミ ド一トリアジン樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は、 単独で用いてもよく、 2種以上を併用してもよい。
上記金ろうとしては、 37〜80. 5wt%Au- 63-19. 5wt%Cu合金、
8 1. 5〜82. 5wt%Au- 1 8. 5- 1 7. 5wt%N i合金から選ばれる少 5 なくとも 1種が望ましい。 これらは、 溶融温度が、 900°C以上であり、 高温領 域でも溶融しにくいためである。 銀ろうとしては、 例えば、 Ag— Cu系のもの を使用することができる。
- 前記抵抗発熱体 1 2は、 第 2図に示したように、 少なくとも 2以上の回路に分 割されていることが望ましく、 2から 30、 望ましくは 2〜 10の回路に分割さ0 れていることがより望ましい。 この抵抗発熱体 12の回路を複数に分割すること により、 各回路に投入する電力を個別に制御して、 それそれの抵抗発熱体 12の 発熱量を細かく制御することができ、 基板加熱面 1 1 aの温度分布を正確に調整 することができる。
なお、 セラミックヒ一夕の使用温度は、 100°Cから 800°Cがよい。 また、5 セラミックヒー夕の直径は、 19 Omm以上がよい。
【実施例 3
(実施例 1) 窒化アルミニウム製セラミックヒータ （第 4図参照発熱体外装タイ プ） の製造
― (1) 窒化アルミニウム粉末 （平均粒径： 1. l jum) 100重量部、 イットリア0 (平均粒径： 0. 4 zm) 4重量部、 アクリル系バインダ 12重量部およびアル コールからなる組成物のスプレードライを行い、 顆粒状の粉末を作製した。
(2)次に、 この顆粒状の粉末を金型に入れ、 平板状に成形して生成形体 （グリ一 ン） を得た。
(3)加工処理の終った生成形体を 1800°C、圧力： 200 kg/cm2でホット5 プレスし、 厚さが 3 mmの窒化アルミニウム板状体を得た。 次に、 この板状体か ら直径 21 0mmの円板体を切り出し、 セラミック製の板状体 （ヒー夕板） とし た。 この成形体にドリル加工を施し、 シリコンウェハのリフターピン 16を揷入す る貫通孔 15となる部分、 熱電対 17を埋め込むための有底孔 14となる部分 (直径： 1. lmm、 深さ： 2mm) を形成した。
(4)上記 (3) で得たセラミック基板 11に、 スクリーン印刷にて導体ペーストを 印刷した。 印刷パターンは、 第 2図に示したような同心円状のパターンとした。 導体ペーストとしては、 プリント配線板のスルーホール形成に使用されている 徳カ化学研究所製のソルべスト PS 603 Dを使用した。 この導体ペーストは、 銀—鉛ペーストであり、 銀 100重量部に対して、 酸化鉛 （5wt%)、 酸化亜鉛 (55wt%)、 シリカ （10wt%)、 酸化ホウ素 （25wt%) およびアルミナ （5 wt%) からなる金属酸化物を 7. 5重量部含むものであった。 また、 銀粒子は、 平均粒径が 4. 5〃mで、 燐片状のものであった。
(5)次に、 導体ペーストを印刷したセラミック基板 11を 780°Cで加熱、 焼成 して、 導体ペースト中の銀、 鉛を焼結させるとともに基板表面に焼き付け、 抵抗 発熱体 12を形成した。 銀—鉛の抵抗発熱体 12は、 厚さが 5〃m、 幅 2. 4m m、 面積抵抗率が 7. 7πιΩ /口であった。
(6)次に、 硫酸ニッケル 80g/l、 次亜リン酸ナトリウム 24 g/l、 酢酸ナ トリウム 12 g/l、 ほう酸 8 g/l、 塩化アンモニゥム 6 の濃度の水溶 液からなる無電解ニッケルめっき浴に上記 (5) で作製したセラミック基板 11を 浸潰し、銀—鉛の抵抗発熱体 12の表面に厚さ 1 /mの金属被覆層（ニッケル層） を析出させた。
(7)電源との接続を確保するための端子を取り付ける部分に、 スクリーン印刷に より、 銀—鉛半田ペースト （田中貴金属製） を印刷して半田層を形成した。
ついで、 半田層の上にコバール製の端子ピン 13を載置して、 420°Cで加熱 夕フローし、 端子ピン 13を抵抗発熱体 12の表面に取り付けた。
(8)温度制御のための熱電対 17を有底孔 14にはめ込み、セラミック接着剤（東 亜合成製 ァロンセラミック） を埋め込んで固定しセラミックヒー夕 10を得た。 (実施例 2) セラミックヒータの温度制御 (1) 電源を有する制御部、 記憶部、 および演算部を備えた温調器 （オムロン製 E 5 Z E ) を用意し、 実施例 1で製造したセラミックヒータ 1 0 (第 4図参照） に、 端子ピン 1 3を介して制御部 2 3からの配線を接続するとともに、 熱電対 1 7からの配線を記憶部 2 1に接続し、 シリコンウェハをこのセラミックヒータ 1 5 0上に載置した。 なお、 第 4図には示していないが、 セラミヅクヒ一夕 1 0の有 底孔 1 4 a〜l 4 cは、 第 2図に示したセラミックヒー夕 1 0における有底孔 1 4 a〜 1 4 cと同じ位置に形成されている。また、抵抗発熱体 1 2 a〜 1 2 cも、 図 2に示したセラミックヒ一夕 1 0における抵抗発熱体 1 2 a〜 l 2 cと同じ 位置に形成されている。
0 (2) 次に、 このセラミックヒ一夕 1 0に電圧を印加して、 一旦 2 0 0 °Cまで昇温 しておき、 さらに 2 0 0 °C〜4 0 0 °Cまで昇温させ、 有底孔 1 4 a ~ 1 4 cに設
、 置された熱電対により温度を測定した。 その測定結果を第 5図に示した。
また、抵抗発熱体 1 2 a、 1 2 b、 1 2 cに投入した電力（電流値で標記する） のプロファイルを第 6図に示した。 なお、 第 5図においては、 縦軸にセラミック5 ヒータの各部の溘度をとり、 横軸に絰過時間をとつており、 第 6図においては、 縦軸に電流値をとり、 横軸に時間をとつている。
第 5図より明らかなように、 セラミックヒータ 1 0に電流を流した後、 外周部 側の抵抗発熱体 1 2 yの温度は内周部側抵抗発熱体 1 2 Xよりも高く推移する ことにより、セラミックヒ一夕の温度は、短時間で均一になっており、その結果、0 このセラミックヒ一夕 1 0上に載置したシリコンウェハ 1 9は、 加熱の過程にお いて、 破損せず、 均一に加熱された。
さらに、 セラミックヒータ 1 0を 1 4 0 °Cまで昇温しておき、 このヒー夕のゥ
- ェハ加熱面に 2 5 °Cの温度センサ付きウェハ 1 9を 1 0 0〃mの距離を離間さ せて保持した場合の、 ウェハ加熱面の温度変化を第 3図に示す。 この図からわか5 るように、 低下した温度を実測して、 設定温度との差を求め、 各発熱体回路に必 要な電力量を演算し、 しかも外周部側の抵抗発熱体 1 4 yほど高い温度で昇温さ せて、 基板加熱面内温度差を収束させながら設定温度に整定させることが可能に なる。 このため、 非定常の温度変化があった場合でも、 迅速に元の温度へ復帰さ せることができる。 これに対して従来技術では、 演算部を持たないため、 あらか じめ設定された温度プロフィ一ルでしか昇温できず、 このような非定常の温度変 化があった場合には温度制御できていない。
以上説明したように、 本発明のセラミックヒ一夕によれば、 外周部側抵抗発熱 体ほど温度を高くするか、 内部と同じにしてシリコンウェハの加熱面の温度を常 に均一化することができる。 産業上の利用可能性
本発明のセラミックヒータは、 半導体の製造や半導体の検査をお行うための装 置に用いられる。 例えば、 静電チャック、 ウェハプロ一バ、 サセプ夕などが挙げ られる。静電チャックとして使用される場合は、抵抗発熱体に加えて、静電電極、
RF電極が、 ウェハプロ一バとして使用される場合は、表面に導電体としてチヤヅ クトップ導体層が形成されており、 内部にはガード電極、 グランド電極が導電対 として形成されている。 また、 本発明の半導体装置用セラミック基板基板は、 1 0 0 °C以上、 のそましくは 2 0 0 °C以上で使用されることが好適である。 上限の 温度は 8 0 0 °Cである。

Claims

請求の範囲
( 1 )表面または内部に抵抗発熱体を設けてなるセラミック基板と、 このセラミヅ ク基板または被加熱物の温度を測定する測温手段と、 前記抵抗発熱体に電力を供
5 給する制御部と、 前記測温手段により測定された温度データを記憶する記憶部と、 前記温度データから前記抵抗発熱体に供給する電力を演算する演算部とを備え . てなるセラミックヒ一夕であって、 前記抵抗発熱体が、 独立して温度制御できる 2以上の回路にて構成されると共に、 これらの回路のうち外周部側回路の温度が、 内周部側に位置する回路の温度と同等かそれ以上の温度になるように制御され0 ていることを特徴とするセラミックヒー夕。
(2) 前記制御部は、 抵抗発熱体に電力を供給する電源と、 この電源を制御する 制御部とからなることを特徴とする請求の範囲 1に記載のセラミックヒータ。
(3) 前記測温手段が、 熱電対の如き測温素子であることを特徴とする請求の範 囲 1に記載のセラミックヒー夕。
5
(4) 前記測温手段が、 サーモピュアの如き測温素子であることを特徴とする請 求の範囲 1に記載のセラミックヒータ。
(5 ) 表面または内部に抵抗発熱体を設けてなるセラミック基板と、 このセラミ - ック基板または被加熱物の温度を測定する測温手段と、 前記抵抗発熱体に電力を 供給する制御部と、 前記測温手段により測定された温度デ一夕を記憶する記憶部0 と、 前記温度データから前記抵抗発熱体に供給する電力を演算する演算部とを備 えてなるセラミックヒー夕の前記基板の温度を制御するに当たり、 前記抵抗発熱 体を、 独立して温度制御できる 2以上の回路にて構成すると共に、 これらの回路 のうち外周部の回路の温度を内周部側に位置する回路の温度と同じか内周部の 温度よりも高くなるように制御することを特徴とするセラミックヒータの温度5 制御方法。
(6) 前記制御部を、 抵抗発熱体に電力を供給する電源と、 この電源を制御する 制御部とで構成し、 前記測温手段により測定された温度データに基づき、 外周部 側の抵抗発熱体と内周部側の抵抗発熱体に異なる電力を投入して温度制御する ことを特徴とする請求の範囲 5に記載のセラミヅクヒータの温度制御方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017081951A1 (ja) * 2015-11-12 2017-05-18 京セラ株式会社 ヒータ
JP2018060833A (ja) * 2016-09-30 2018-04-12 新光電気工業株式会社 静電チャック、基板固定装置

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1249433A4 (en) * 1999-09-06 2005-01-05 Ibiden Co Ltd BRIQUETTE AND CERAMIC SINTERED CARBON ALUMINUM NITRIDE SUBSTRATE FOR SEMICONDUCTOR MANUFACTURING OR VERIFICATION EQUIPMENT
WO2001062686A1 (fr) * 2000-02-24 2001-08-30 Ibiden Co., Ltd. Piece frittee en nitrure d'aluminium, substrat en ceramique, corps chauffant en ceramique et mandrin electrostatique
JP2001247382A (ja) * 2000-03-06 2001-09-11 Ibiden Co Ltd セラミック基板
EP1233651A1 (en) * 2000-04-07 2002-08-21 Ibiden Co., Ltd. Ceramic heater
WO2001084888A1 (en) * 2000-04-29 2001-11-08 Ibiden Co., Ltd. Ceramic heater and method of controlling temperature of the ceramic heater
JP3516392B2 (ja) * 2000-06-16 2004-04-05 イビデン株式会社 半導体製造・検査装置用ホットプレート
WO2002003435A1 (fr) * 2000-07-04 2002-01-10 Ibiden Co., Ltd. Plaque chaude destinee a la fabrication et aux essais de semiconducteurs
DE10110792B4 (de) * 2001-03-06 2004-09-23 Schott Glas Keramisches Kochsystem mit Glaskeramikplatte,Isolationsschicht und Heizelementen
WO2002084717A1 (fr) * 2001-04-11 2002-10-24 Ibiden Co., Ltd. Dispositif ceramique chauffant pour installation de fabrication/inspection de semi-conducteurs
JP2004200619A (ja) * 2002-12-20 2004-07-15 Kyocera Corp ウエハ支持部材
US20040222210A1 (en) * 2003-05-08 2004-11-11 Hongy Lin Multi-zone ceramic heating system and method of manufacture thereof
US20060088692A1 (en) * 2004-10-22 2006-04-27 Ibiden Co., Ltd. Ceramic plate for a semiconductor producing/examining device
US7666471B2 (en) * 2006-03-22 2010-02-23 Mark Wojtaszek Polyimide substrate and method of manufacturing printed wiring board using the same
US20070251938A1 (en) * 2006-04-26 2007-11-01 Watlow Electric Manufacturing Company Ceramic heater and method of securing a thermocouple thereto
US20080109085A1 (en) 2006-11-03 2008-05-08 Howmedica Osteonics Corp. Method and apparatus for hip femoral resurfacing tooling
JP6219227B2 (ja) * 2014-05-12 2017-10-25 東京エレクトロン株式会社 ヒータ給電機構及びステージの温度制御方法
US10582570B2 (en) * 2016-01-22 2020-03-03 Applied Materials, Inc. Sensor system for multi-zone electrostatic chuck
WO2020163173A1 (en) 2019-02-04 2020-08-13 Applied Materials, Inc. Temperature offset and zone control tuning
JP7539236B2 (ja) * 2020-02-21 2024-08-23 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1140330A (ja) * 1997-07-19 1999-02-12 Ibiden Co Ltd ヒーターおよびその製造方法
JPH11297806A (ja) * 1998-04-15 1999-10-29 Ulvac Corp ホットプレート

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4394564A (en) * 1981-12-21 1983-07-19 General Electric Company Solid plate heating unit
US5059770A (en) * 1989-09-19 1991-10-22 Watkins-Johnson Company Multi-zone planar heater assembly and method of operation
US5294778A (en) * 1991-09-11 1994-03-15 Lam Research Corporation CVD platen heater system utilizing concentric electric heating elements
FR2682253A1 (fr) * 1991-10-07 1993-04-09 Commissariat Energie Atomique Sole chauffante destinee a assurer le chauffage d'un objet dispose a sa surface et reacteur de traitement chimique muni de ladite sole.
US5738165A (en) * 1993-05-07 1998-04-14 Nikon Corporation Substrate holding apparatus
JP2647799B2 (ja) * 1994-02-04 1997-08-27 日本碍子株式会社 セラミックスヒーター及びその製造方法
JP3028462B2 (ja) * 1995-05-12 2000-04-04 東京エレクトロン株式会社 熱処理装置
JP3457477B2 (ja) * 1995-09-06 2003-10-20 日本碍子株式会社 静電チャック
KR100387549B1 (ko) * 1995-11-28 2003-08-19 동경 엘렉트론 주식회사 피처리기판을가열하면서처리가스를이용해반도체를처리하는방법및그장치
TW315493B (en) * 1996-02-28 1997-09-11 Tokyo Electron Co Ltd Heating apparatus and heat treatment apparatus
DE60021850T2 (de) * 1999-09-07 2006-04-13 Ibiden Co., Ltd., Ogaki Keramisches heizelement
WO2001084888A1 (en) * 2000-04-29 2001-11-08 Ibiden Co., Ltd. Ceramic heater and method of controlling temperature of the ceramic heater

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1140330A (ja) * 1997-07-19 1999-02-12 Ibiden Co Ltd ヒーターおよびその製造方法
JPH11297806A (ja) * 1998-04-15 1999-10-29 Ulvac Corp ホットプレート

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017081951A1 (ja) * 2015-11-12 2017-05-18 京セラ株式会社 ヒータ
KR20180066149A (ko) * 2015-11-12 2018-06-18 쿄세라 코포레이션 히터
JPWO2017081951A1 (ja) * 2015-11-12 2018-08-30 京セラ株式会社 ヒータ
KR102041208B1 (ko) * 2015-11-12 2019-11-06 쿄세라 코포레이션 히터
US11116046B2 (en) 2015-11-12 2021-09-07 Kyocera Corporation Heater
JP2018060833A (ja) * 2016-09-30 2018-04-12 新光電気工業株式会社 静電チャック、基板固定装置

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US20020134775A1 (en) 2002-09-26

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