WO2019131611A1 - セラミック装置 - Google Patents

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WO2019131611A1
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ceramic
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base layer
wire
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和久 豊福
田中　正明
公憲 堀
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株式会社Maruwa
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Definitions

  • the present invention relates to a ceramic device having a heating resistor or an electrode body embedded in a ceramic substrate.
  • a ceramic heater in which a heater wire as a sheet-like heating resistor is embedded inside a plate-like ceramic sintered body is used to heat an object such as a wafer in a semiconductor manufacturing process. It is used.
  • Patent Document 1 discloses a ceramic heater in which a heating element is embedded in a plate-like ceramic sintered body and a method of manufacturing the same.
  • the ceramic heater (10) includes a disk-like heater plate (1) and a foil-like heater wire (2) embedded in the heater plate (1).
  • the method of manufacturing the ceramic heater (10) is as follows. First, the lower molded body (1a) is pressure-formed to form the heater plate (1). The lower molded body (1a) is formed by filling a predetermined amount of ceramic powder, which is a raw material of the heater plate (1), into a mold and press-molding the same.
  • the heater wire (2) on which the metal film (4a) is formed is wired at a predetermined position.
  • a predetermined amount of ceramic powder is further filled on the lower molded body (1a) to which the heater wire (2) is wired, and pressure molding is performed with a mold to form the upper molded body (1b ) To form a ceramic molded body (1c).
  • the ceramic molded body (1c) is sintered.
  • aluminum nitride is used as a ceramic material, it is heated at 1600 to 2000 ° C. for several hours in a nitrogen atmosphere. After sintering, the heater plate (1) is cut to form an electrode terminal (3) for supplying power from the outside.
  • the performance of the ceramic heater depends on the wiring or pattern of the heater wire inside, and it is desired that a fine and fine heater pattern can be formed.
  • the resistance value is increased, and the heat generation amount itself can be efficiently improved.
  • Patent Document 1 in the step of filling and pressing the ceramic powder on the heater wire formed in a planar shape on the lower molded body, the finer the flat pattern of the heater wire is, the more dense the There is a problem that the heater wire is easily broken.
  • the upper surface of the pressure-formed lower molded body is fragile and it is difficult to form and maintain a flat surface, the heater wire is pinched by the ceramic powder and the lower molded body.
  • the flat pattern can not be maintained, and there is a risk of deformation or disconnection.
  • the ceramic heater of Patent Document 1 in the step of sintering the ceramic molded body in which the heater wire is embedded, shrinkage of the ceramic molded body can not be avoided, and the heater wire is similarly deformed during sintering, There was a risk of disconnection. Therefore, in the prior art, in order to avoid disconnection of the heater wire, a thick or thick pattern was employed to some extent, and it was a problem that the pattern of the heater wire was difficult to complicate or densify.
  • the pattern of the heater wire becomes more complicated or densified, the number of lines of the pattern increases and the start and end increase, or it becomes difficult to allocate the space of the external connection terminal around the start and end. Then, even if the pattern becomes complicated, it is required to design the external connection terminal to be at a specific position or to be concentrated in a specific area, for the convenience of the device on which the heater is mounted.
  • the electrode plate is formed by cutting the heater plate and attaching it directly to the heater wire. Therefore, in the prior art, the inability to cope with the complication or densification of the pattern of the heater wire is also raised as a problem.
  • the heater wire is embedded in the ceramic sintered body, but after firing, if a special device such as X-ray imaging is not used, it is inspected whether the heater wire is properly disposed. Can not do it. In particular, it has not been possible to visually inspect later whether the planar pattern of the heater wire is inclined or at what depth the heater wire is positioned. That is, providing a ceramic heater capable of visually inspecting whether the heater pattern is disposed along a predetermined plane can be mentioned as an additional task.
  • the said subject is common also to the ceramic apparatus for other uses, such as an electrode apparatus for electrostatic chucks other than a ceramic heater, RF electrode apparatus.
  • a ceramic device comprises a ceramic sintered body, and at least a base layer, an intermediate layer laminated on the upper surface of the base layer, and a covering layer laminated on the upper surface of the intermediate layer;
  • a conductive heating resistor or an electrode body having a predetermined pattern extending in a planar manner and embedded in the ceramic substrate;
  • a horizontal surface is defined on the upper surface of the intermediate layer, and the heating resistor or the electrode assembly is disposed along the upper surface of the intermediate layer, and the covering layer covers the heating resistor or the electrode assembly. It is characterized in that it is laminated on the upper surface of the middle layer.
  • the ceramic substrate is composed of the base layer, the intermediate layer and the covering layer, and the heating resistor or the electrode body having the planar pattern is disposed along the upper surface of the intermediate layer defining the horizontal surface. ing. Then, the covering layer covers the upper surface of the intermediate layer together with the heating resistor or the electrode body. That is, since the heat generating resistor or the electrode body is disposed along the horizontal surface of the upper surface of the intermediate layer, the flat pattern can be prevented from being distorted or the heat generating resistor or the electrode body can be disconnected. This makes it possible to draw a finer and finer pattern than before.
  • the intermediate layer is electrically connected to the heating resistor or the electrode body, and at least one via extending from the upper surface to the lower surface of the intermediate layer.
  • the base layer may be provided with at least one connection hole opened from the lower surface of the base layer to the via. That is, the heating resistor or the electrode body is disposed on the upper surface of the intermediate layer, the end face of the via penetrating the intermediate layer in the thickness direction is disposed on the lower surface of the intermediate layer, and the connection hole penetrating the lower layer communicates with the via There is.
  • the electrical connection portion can be exposed to the outside without directly attaching the external connection terminal to the position of the start end and the end of the pattern. Therefore, the present invention makes it possible to cope with the complication and densification of the pattern.
  • the ceramic device further comprises a conductor having a predetermined conductor pattern extending in a planar manner between the intermediate layer and the base layer; There is further provided at least one connecting conductor extending from the conducting wire to the upper surface of the intermediate layer with a length less than the thickness of the intermediate layer, and the base layer is opened from the lower surface of the base layer toward the connecting conductor. At least one connection hole may be provided. That is, power can be supplied to the conducting wire disposed on the lower surface side of the intermediate layer through the connection conductor disposed on the lower surface side of the intermediate layer from the connection hole of the base layer.
  • the conductor pattern of the conductor can be routed independently of the pattern of the heating resistor or the electrode body, the conductor does not interfere with the pattern of the heating resistor or the electrode body.
  • the upper surface of the connecting conductor is insulated from the pattern of the heat generating resistor or the electrode body, a short circuit between the lead wire and the heat generating resistor or the electrode body in the ceramic base is also prevented.
  • a horizontal surface may be defined on the lower surface of the intermediate layer, and the conductive wire may be disposed along the lower surface of the intermediate layer. That is, since the conducting wire is disposed along the horizontal surface of the lower surface of the intermediate layer, the flat conducting wire pattern can be prevented from being distorted or the conducting wire being broken. This makes it possible to draw a finer and finer wire pattern than in the prior art.
  • connection conductor may have a rounded upper end. That is, since the corner of the tip of the upper end portion of the connecting conductor is rounded, even if thermal stress occurs when using the heater, the risk of becoming a starting point for generating a crack is reduced.
  • adjacent layers may be in close contact with each other at the boundaries of the base layer, the intermediate layer, and the covering layer without gaps. That is, by closely adhering each layer without gaps, insulation failure does not occur, and generation of loss in heat conduction can be suppressed.
  • the lightness of the intermediate layer may be different from the lightness of the base layer and the covering layer. That is, since the heat generating resistor or the electrode body is disposed along the upper surface of the intermediate layer, it is easy to determine whether the pattern is at a depth or not if it is visually observed from the side. It can be determined.
  • the heating resistor or the electrode body may be made of a patterned conductor foil.
  • the conducting wire may be made of patterned conductor foil.
  • the electrode body may be an electrostatic chuck electrode or an RF electrode.
  • a ceramic substrate comprising a ceramic sintered body, at least a base layer, an intermediate layer laminated on the upper surface of the base layer, and a covering layer laminated on the upper surface of the intermediate layer;
  • a conductive heating resistor or an electrode body having a predetermined pattern extending between the intermediate layer and the covering layer and embedded in the ceramic substrate;
  • the intermediate layer is further provided with at least one connecting conductor extending from the conducting wire to the upper surface of the intermediate layer with a length less than the thickness of the intermediate layer
  • the base layer is provided with at least one connection hole opened from the lower surface of the base layer to the connection conductor.
  • the ceramic device of the present invention power can be supplied to the conductor disposed on the lower surface side of the intermediate layer through the connection conductor disposed on the lower surface side of the intermediate layer from the connection hole of the base layer. . Further, since the conductor pattern of the conductor can be routed independently of the pattern of the heating resistor or the electrode body, the conductor does not interfere with the pattern of the heating resistor or the electrode body. In addition, since the upper surface of the connecting conductor is insulated from the pattern of the heat generating resistor or the electrode body, a short circuit between the lead wire and the heat generating resistor or the electrode body in the ceramic base is also prevented.
  • the intermediate layer is electrically connected to the heating resistor or the electrode body and the lead wire, and extends from the upper surface to the lower surface of the intermediate layer.
  • One via may be provided, and the conducting wire may connect the via and the connecting conductor. That is, it is possible to supply power to the heating resistor or the electrode body disposed on the upper surface side of the intermediate layer through the via and the lead wire and the connection conductor disposed on the lower surface side of the intermediate layer from the connection hole of the base layer It becomes.
  • the conductor pattern of the conductor can be routed independently of the pattern, it is possible to set the connection conductor and the connection hole at any planar position.
  • the power supply unit it is possible to design the power supply unit to be at a specific position or to be concentrated in a specific area regardless of the positions of the start and end of the heating resistor or the electrode assembly through the wire and the connection conductor. it can.
  • the ceramic device of the present invention extends the freedom of design.
  • the ceramic device of the present invention makes it possible to further complicate and densify the pattern of the heating resistor or the electrode body.
  • FIG. 2 is a side view of the ceramic heater of FIG. 1; AA sectional drawing of the ceramic heater of FIG. 2.
  • the process of manufacturing the ceramic heater of one Embodiment of this invention is shown, (a) It is a schematic diagram which shows the process of sticking a heater wire and conducting wire on an intermediate
  • FIG. 5 is a schematic view showing a step of manufacturing the ceramic heater according to the embodiment of the present invention, and showing a step of forming a covering layer and a base layer on the upper surface side and the lower surface side of the intermediate layer.
  • FIG. 5 is a schematic view showing a step of manufacturing the ceramic heater according to the embodiment of the present invention, and showing a step of forming a covering layer and a base layer on the upper surface side and the lower surface side of the intermediate layer.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a ceramic heater according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a ceramic heater according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a ceramic heater according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a ceramic heater according to another embodiment of the present invention.
  • the ceramic device according to the present embodiment is a ceramic heater which has a disk shape having a predetermined thickness as a whole and is mounted on a semiconductor manufacturing apparatus and used for heating an object such as a wafer in a manufacturing process.
  • the ceramic heater described here is only an example embodying the present invention, and it goes without saying that the ceramic device of the present invention can be used in various applications.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional perspective view schematically showing a ceramic heater 100.
  • FIG. 2 is a side view of the ceramic heater 100.
  • 3 and 4 are cross-sectional views of the ceramic heater 100 taken along AA and BB. Note that FIGS. 1 to 4 schematically represent the structure of the ceramic heater 100 for the sake of convenience of the description, and the exact consistency of the respective drawings does not matter.
  • the ceramic heater 100 is different in thickness direction from the disk-shaped ceramic base 110 made of a ceramic sintered body, the heater wire 120 which is embedded in the ceramic base 110 and generates heat by energization. Conducting wires 130 embedded in the ceramic substrate 110 in layers.
  • the ceramic heater 100 is formed such that the upper surface and the lower surface form a parallel and smooth horizontal surface.
  • the ceramic substrate 110 is made of a ceramic sintered body.
  • the ceramic base 110 is a sintered body of aluminum nitride (AlN) raw material powder.
  • the ceramic material constituting the ceramic substrate may be silicon nitride (SiN), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC) or the like.
  • the ceramic substrate 110 has a base layer 111 of a predetermined thickness disposed in the lower layer, an intermediate layer 112 laminated on the upper surface of the base layer 111, and a covering layer laminated on the upper surface of the intermediate layer 112. It has a three-layer structure consisting of 113. Each layer is laminated without a gap.
  • the boundaries between the layers extend parallel to the upper and lower surfaces of the ceramic heater 100.
  • Flat and smooth horizontal surfaces are defined on the upper and lower surfaces of the intermediate layer 112.
  • the upper surface of the base layer 111 is formed with a recess for accommodating the conducting wire 130
  • the lower surface is formed with a recess for receiving the heater wire 120. That is, the conducting wire 130 is embedded inside so that the base layer 111 adheres to the side surface and the lower surface of the conducting wire 130, and the heater wire 120 is embedded inside so that the covering layer 113 adheres to the side surface and the top surface of the heater wire 120.
  • the ceramic substrate 110 has different brightness in each layer.
  • the intermediate layer 112 has a lighter color in gray shades as compared to the other base layers 111 and the covering layer 113. That is, although the base layer 111, the intermediate layer 112, and the covering layer 113 are integrally formed, the boundary of each layer can be determined by the lightness. In other words, it is possible to inspect visually whether the base layer 111, the intermediate layer 112 and the covering layer 113 are properly arranged in parallel. As will be described later, by intentionally providing a difference in firing time between the base layer 111 and the cover layer 113 and the intermediate layer 112 in the manufacturing process, a lightness difference was formed between the layers.
  • the thicknesses of the base layer 111 and the intermediate layer 112 are substantially equal, and the thickness of the covering layer 113 is about twice as large as the thicknesses of the base layer 111 and the intermediate layer 112. That is, the boundary between the intermediate layer 112 and the covering layer 113 in which the heater wire 120 is disposed is configured to be located substantially at the center of the ceramic heater 100 in the thickness direction. As a result, the entire ceramic heater 100 can generate heat uniformly.
  • the intermediate layer 112 is provided with a plurality of (two in the present embodiment) vias 114 extending from the upper surface to the lower surface of the intermediate layer 112.
  • the vias 114 are embedded in the intermediate layer 112 without gaps.
  • the upper end surface and the lower end surface of the via 114 extend on the same plane as the upper surface and the lower surface of the intermediate layer 112. In other words, the vias 114 are not embedded in the base layer 111 and the covering layer 113.
  • the via 114 is made of a conductor that electrically connects the upper surface and the lower surface of the intermediate layer 112.
  • the vias 114 are made of molybdenum pins penetrating the intermediate layer 112 in the thickness direction.
  • the via may be metal plated in the via hole.
  • the intermediate layer 112 is provided with at least one (1 in this embodiment) connection conductor 115 extending from the lower surface to the upper surface of the intermediate layer 112 with a length less than the thickness of the intermediate layer 112. .
  • the connection conductor 115 is embedded in the intermediate layer 112 without a gap.
  • the lower end surface of the connection conductor 115 extends on the same plane as the lower surface of the intermediate layer 112.
  • the upper end portion of the connection conductor 115 is rounded as shown in the partially enlarged view of FIG. That is, since the corner of the tip of the upper end portion of the connection conductor 115 is rounded, it is possible to suppress the occurrence of the origin of the occurrence of the crack in the intermediate layer 112 even if the thermal stress occurs when using the heater.
  • connection hole 116, 117 penetrating the base layer 111 in the thickness direction and opening from the lower surface of the base layer 111 to the via 114, and the connection conductor 115 from the lower surface of the base layer 111
  • connection hole 118 which opens towards the end.
  • the via connection holes 116 and 117 communicate with the via 114 from the lower surface side of the base layer 111, and provide connection ports for external terminals for power supply.
  • the connection holes 118 for the connection conductor communicate with the connection conductor 115 from the lower surface side of the base layer 111 and similarly provide a connection port for the external terminal.
  • the heater wire 120 is a planar heating resistor having a predetermined heater pattern extending in a planar manner.
  • one or more refractory metals selected from molybdenum, tungsten, niobium and tantalum or an alloy containing one or more of these may be selected as the heating resistor.
  • molybdenum is selected.
  • the heater wire 120 is made of a patterned conductor foil. Generally, as the cross-sectional area of the heater wire 120 is smaller, the resistance value is relatively increased, and a higher calorific value can be obtained. As shown in FIG.
  • the heater wire 120 has a heater pattern portion 121 in which narrow and thin conductive wires are complicatedly and finely wired, a start end portion 122 which is a start end of the heater pattern portion 121, and the heater pattern portion And an end portion 123 which is the end of 121.
  • the heater pattern shown in FIG. 4 is merely an example, and a heater pattern of any shape may be selected by those skilled in the art. In other words, the exemplary heater pattern of FIG. 4 is not shown in alignment with FIGS. 1 to 3 in its positional relationship. Needless to say, the pattern may be designed such that the beginning and the end are arranged at both ends in the radial direction, or the beginning and the end may be arranged near the center.
  • the heater wire 120 is placed on the upper surface of the intermediate layer 112 which is a horizontal surface, and the planar shape is maintained along the upper surface of the intermediate layer 112. At this time, the upper surface of the intermediate layer 112 and the lower surface of the heater wire 120 are in close contact without any gap.
  • the heater wire 120 is covered by a covering layer 113 laminated on the upper surface of the intermediate layer 112. At this time, the covering layer 113 is in close contact with the heater wire 120 and the intermediate layer 112 without a gap. That is, the heater pattern portion 121 of the heater wire 120 extends along the upper surface of the intermediate layer 112 while maintaining the planar shape. In other words, by controlling the upper surface of the intermediate layer 112 to have a planar shape, the planar shape of the heater wire 120 is reliably maintained without bending the heater wire 120 in the thickness direction.
  • the conducting wire 130 is a conductor having a predetermined conducting pattern (not shown) extending in a planar manner.
  • the conducting wire 130 has a connection portion 131 that electrically contacts the connection target.
  • a conductor generally, one or more refractory metals selected from molybdenum, tungsten, niobium and tantalum, or an alloy containing one or more of these may be selected. And, in the present embodiment, molybdenum is selected.
  • the conducting wire 130 is used as a path for supplying power to the heater wire 120 on the upper layer side from the lower layer side of the intermediate layer 112. Further, in the present embodiment, the conducting wire 130 is made of a patterned conductor foil.
  • the lead wire 130 may not be intended to generate heat itself, and may be designed to have a relatively large cross-sectional area so as not to generate heat than the heater wire 120.
  • the conductor pattern of the lead 130 may include, in part or all, a heat generating part such as a circuit part having a predetermined function or a heater wire.
  • the conducting wire 130 is disposed on the lower surface of the intermediate layer 112 which is a horizontal surface, and its planar shape is maintained along the lower surface of the intermediate layer 112. At this time, the lower surface of the intermediate layer 112 and the upper surface of the conducting wire 130 are in close contact without any gap. Also, the conducting wire 130 is embedded in the base layer 111 formed on the lower surface of the intermediate layer 112. At this time, the base layer 111 is in close contact with the conducting wire 130 and the intermediate layer 112 without a gap. That is, the conductor pattern of the conductor 130 extends along the lower surface of the intermediate layer 112 while maintaining the planar shape. In other words, by controlling the lower surface of the intermediate layer 112 to have a flat shape, the flat shape of the conductive wire 130 is reliably maintained without bending the conductive wire 130 in the thickness direction.
  • the upper end surface of one via 114 is in contact with the lower surface of the start end 122 of the heater wire 120, and the lower end surface of the via 114 on the upper surface of the connecting portion 131 at one end of the lead 130 (left side in FIG. 3)
  • the via 114 electrically connects the heater wire 120 and the lead wire 130 by contacting each other.
  • the lower end of the connection conductor 115 is in contact with the upper surface of the connection portion 131 at the other end (right side in FIG. 3) of the conducting wire 130. That is, the via 114 and the connection conductor 115 are electrically connected by the lead 130.
  • connection conductor 115 since the upper end portion of the connection conductor 115 is not exposed to the upper surface of the intermediate layer 112, there is no possibility that the heater wire 120 and the conducting wire 130 will short. Then, the external power supply is electrically connected to the start end portion 122 of the heater wire 120 by selecting one of the connection holes 116 and 118 and inserting the external terminal (one electrode terminal) connected to the external power supply. Can.
  • the upper end surface of the other via 114 is in contact with the lower surface of the end portion 123 of the heater wire 120, and the lower end surface of the via 114 faces the lower surface side of the intermediate layer 112 through the connection hole 117.
  • an external power supply can be electrically connected to the end portion 123 of the heater wire 120. That is, power can be supplied to the ceramic heater 100 from the external power supply through the connection holes 116 to 118 opened at the lower surface of the base layer 111.
  • the method to manufacture the ceramic heater 100 of this embodiment includes the steps of forming a ceramic sintered body corresponding to the intermediate layer 112 including the vias 114 and the connection conductor 115, and polishing the upper and lower surfaces of the ceramic sintered body to form horizontal surfaces.
  • Each step will be described in more detail below.
  • the ceramic raw material powder (AlN powder in the present embodiment) is put into a mold corresponding to the diameter of the ceramic heater 100, and the high melting point metal pin is placed in a predetermined position so as to stand vertically in the mold.
  • the pin may be a molded body using a powder of a high melting point metal.
  • the pins are disposed at the installation positions of the vias 114 and the connection conductors 115. The diameter of the pin can be arbitrarily selected.
  • the ceramic raw material powder is fired in a nitrogen atmosphere for a predetermined time (several hours).
  • the temperature at which the ceramic raw material powder can be fired is about 1750 to 2000 ° C.
  • the pressurizing condition is about 150 to 250 kgf / cm 2 .
  • a ceramic sintered body 112 'corresponding to the intermediate layer 112 was obtained (see FIG. 5A).
  • the introduction of pressure firing prevents the pins from moving during firing and allows the pins to be accurately positioned in place.
  • the shrinkage of the sintered body at the time of firing hardly shrinks in the planar direction only in the vertical direction, so the positional accuracy of the terminal conductor and via conductor becomes high.
  • the ceramic sintered body 112 ′ is taken out of the mold, and the upper end surface and the lower end surface of the pin corresponding to the via 114 are exposed and correspond to the connection conductor 115 along the dotted line in FIG.
  • the upper and lower surfaces of the ceramic sintered body 112 ' were polished so that the lower end surfaces of the pins were exposed, and the ceramic sintered body 112' was adjusted to a predetermined thickness.
  • a precursor sintered body 112 ′ ′ of the intermediate layer 112 having horizontal surfaces (polished surfaces) formed on the upper and lower surfaces was obtained. And, as shown in FIG.
  • each of the precursor sintered bodies 112 ′ ′ The sheet-patterned heater wire 120 and the conductor foil of the conducting wire 130 are placed (arranged) at predetermined positions on the polished surface (upper surface and lower surface).
  • the heater wire and the conducting wire may be formed by other forming means such as vapor deposition, etching, screen printing and the like.
  • a ceramic raw material powder of an amount corresponding to the base layer 111 is put into a mold and press molded to form a precursor 111 ′ of the base layer 111.
  • the precursor sintered body 112 '' of the intermediate layer 112 with the heater wire 120 and the lead wire 130 attached is placed on the ceramic material powder that has been press molded.
  • a ceramic raw material powder of an amount corresponding to the covering layer 113 is placed on 112 ′ ′ and pressed to form a precursor 113 ′ of the covering layer 113.
  • a carbon plate is placed on the ceramic raw material powder, and in a pressurized state, the ceramic raw material powder is fired in a nitrogen atmosphere for a predetermined time (several hours).
  • the temperature at which the ceramic raw material powder can be fired is about 1750 to 2000 ° C.
  • the pressurizing condition is about 150 to 250 kgf / cm 2 . Since the pre-sintered body 112 ′ ′ is sufficiently hard as compared with the molded body of the ceramic raw material powder, the heater wire 120 and the conducting wire 130 are maintained in a planar shape along the horizontal plane without deformation when pressurized.
  • a ceramic substrate 110 having a three-layer structure of the base layer 111, the intermediate layer 112, and the covering layer 113 is obtained without breaking or deforming the heater wire 120 and the conducting wire 130.
  • the introduction of pressure baking results in vias. It is possible to prevent the relative positions of the heater wire 120 and the conductor wire 130 from being varied during firing, particularly for the sintered body at the time of firing since firing is performed from above and below. Since the contraction is hardly contracted in the plane direction only in the vertical direction, the positional accuracy in the plane of each member is enhanced. 15, connection failure or between the heating wire 120 and the wire 130, the risk of defective conduction at the time of forming the connecting holes 116-118 can be reduced.
  • the surface and the side surface of the ceramic substrate 110 are polished.
  • the intermediate layer 112 By forming the intermediate layer 112 through the two baking steps, the lightness of the intermediate layer 112 becomes higher than the lightness of the base layer 111 and the covering layer 113. Then, by visually observing the boundary between the intermediate layer 112 and the base layer 111 and the covering layer 113, it is possible to inspect whether the heater wire 120 and / or the lead 130 deviate from the horizontal direction. If the intermediate layer 112 is inclined, the distance between the outer surface of the ceramic heater 100 and the heater wire 120 may change, and thus the desired heater performance may not be obtained. Even if the intermediate layer 112 is inclined, the upper surface of the ceramic substrate 110 and the heater pattern of the heater wire 120 can be adjusted in parallel by polishing the outer surface of the ceramic substrate 110 with the boundary as a reference.
  • connection holes 116 to 118 are formed on the lower surface of the base layer 111 so as to be in communication with the vias 114 and the connection conductor 115 (or the contact portion with the conducting wire 130). Then, the metal terminals for feeding can be connected to the ceramic heater 100 through the connection holes 116 to 118 in accordance with the external power supply of the device to be mounted.
  • the manufacturing method of the said Example is only an example, and if it is in the technical scope of this invention, it can substitute arbitrarily, abbreviate
  • the ceramic substrate 110 is composed of the base layer 111, the intermediate layer 112, and the covering layer 113, and the heater wire 120 having a planar heater pattern extends along the upper surface of the intermediate layer 112 defining the horizontal surface.
  • the cover layer 113 covers the upper surface of the intermediate layer 112 together with the heater wire 120. That is, since the heater wire 120 is disposed along the horizontal polished surface of the upper surface of the intermediate layer 112, the flat heater pattern can be prevented from being distorted or the heater wire 120 can be disconnected. This makes it possible to draw a finer and finer pattern than before.
  • the ceramic heater 100 passes the vias 114 via the conducting wire 120 and the connecting conductor 115 which are disposed on the lower surface side of the intermediate layer 112 from the connection holes 116 to 118 of the base layer 111. It is possible to supply power to the heater wire 120 located at In particular, since the conductor pattern of the conductor 130 can be routed independently of the heater pattern, it is possible to set the connection conductor 115 and the connection hole 118 at an arbitrary planar position.
  • the ceramic heater 100 of the present embodiment can cope with the complication and densification of the heater pattern.
  • the ceramic device of the present invention is not limited to the above embodiment.
  • two vias 214, 214 extending from the upper surface to the lower surface of the intermediate layer 212 are provided, and the thickness is smaller than the thickness of the intermediate layer 212 from the lower surface to the upper surface of the intermediate layer 212.
  • One connecting conductor 215 is provided which extends in length.
  • a connection hole is not formed under the via 214 on one side (left side in FIG. 7), and a connection hole 216 is formed under the via 214 on the other side (right side in FIG. 7).
  • the connection conductor 215 is disposed close to the other via 214.
  • a connection hole 218 is formed below the connection conductor 215.
  • a conducting wire 230 connects the via 214 and the connecting conductor 215. That is, the ceramic device 200 of the present modification is an aggregation of power supply ports (or terminals).
  • the ceramic device of the present invention is not limited to the above embodiment.
  • two vias 314, 314 are provided extending from the upper surface to the lower surface of the intermediate layer 312, and the thickness of the intermediate layer 312 is less than the thickness of the intermediate layer 312 from the lower surface to the upper surface of the intermediate layer 312.
  • Two connecting conductors 315, 315 extending in length are provided.
  • the connection conductors 315, 315 are arranged apart from the vias 314, 314, the connection conductors 315, 315 are arranged in a concentrated manner to each other.
  • a connection hole is not formed below both vias 314, 314, and connection holes 318, 318 are formed only below both connection conductors 315, 315.
  • the two conductors 330 and 330 connect the adjacent vias 314 and 314 and the connection conductors 315 and 315. That is, in the ceramic device 300 of this modification, the feeding ports (or terminals) are concentrated at an arbitrary position without depending on the position of the pattern (or via) of the heating resistor or the electrode body.
  • the ceramic device of the present invention is not limited to the above embodiment.
  • two vias 414 and 414 extending from the upper surface to the lower surface of the intermediate layer 412 are provided, and the thickness of the intermediate layer 412 is less than the thickness of the intermediate layer 412 from the lower surface to the upper surface.
  • Two connecting conductors 415, 415 extending in length are provided.
  • Connection holes 416 and 417 are formed below both vias 414 and 414, and connection holes 418 and 418 are formed below both connection conductors 415 and 415.
  • the conducting wire 430 connects the connection conductors 415 and 415 to each other, and the vias 416 and 417 are not electrically connected. That is, as in the ceramic device 400 of this modification, a circuit of a lead 430 having a lead pattern having a function / application independent of the pattern of the heating resistor or the electrode body may be individually disposed or added.
  • the ceramic device of the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the conductors and connection conductors may be omitted. Even with the ceramic device 500 having such a simple configuration, it is possible to achieve more complicated and densified patterns of the heat generating resistor or the electrode body than the prior art according to the technical idea of the present invention.
  • the geometry of the ceramic device of the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the ceramic device need not be disk-like and may be selected from any shape, such as rectangular, oval or other polygonal shapes.
  • the relative thickness and diameter of each layer can be arbitrarily set according to the application and the like.
  • the ceramic substrate is not limited to the three-layer structure, and new layers may be added above and below.
  • the lightness of each layer is added depending on the number of times of baking or time, but the lightness of each layer may be changed by changing the material or component of each layer.
  • the ceramic device in the manufacturing method, is manufactured by sandwiching the ceramic sintered body to be the intermediate layer with the ceramic raw material powder to be the base layer and the cover layer and pressing and firing it.
  • the present invention is not limited to this. That is, one or both of the base layer and the covering layer are prepared as a ceramic sintered body instead of the ceramic raw material powder, and the ceramic sintered body is laminated and pressure fired at about 1750 to 2000 degrees, 100 to 200 kgf / cm 2 You may At this time, the ceramic sintered bodies corresponding to each layer may be directly bonded to each other.
  • a bonding material made of powder of the same type as the matrix ceramic is applied or printed on the bonding surface of the ceramic sintered body, and the ceramic sintered bodies are pressed and fired in a state in which the bonding material is sandwiched in each layer. It may be done.
  • the ceramic device of the above embodiment may be an electrode device for electrostatic chuck mainly used to hold a silicon wafer or the like by its electrostatic force. That is, the ceramic device may include an electrode body having a predetermined circuit pattern specialized for the electrostatic chuck application, instead of the heater wire 120 of the above embodiment.
  • the electrode body of the electrostatic chucking electrode device is configured to generate positively and negatively charged areas on the ceramic surface. Also in the electrode device for electrostatic chucking, as in the ceramic heater 100 of the above embodiment, the effects of the present invention are exhibited that the electrode is not inclined, the terminal position can be freely designed, and the pattern can be densified. It's too late.
  • the heating resistor and the electrode body may be used simultaneously.
  • the ceramic device of the above embodiment may be an RF (high frequency) electrode device mainly used for plasma processing of an object. That is, the ceramic device may include an electrode body having a predetermined circuit pattern specialized for RF discharge application, in place of the heater wire 120 of the above embodiment. According to this ceramic device, when a high frequency voltage is applied between two RF electrodes with the pair of RF electrode devices disposed so as to sandwich the object, plasma is generated between the electrodes to plasma treat the object. Is possible. As in the case of the ceramic heater 100 according to the above-described embodiment, it is needless to say that the effects of the present invention that the electrodes are not inclined, the terminal positions can be freely designed, and the patterns can be densified are also exhibited in the RF electrode device. . The heating resistor and the electrode body may be used simultaneously.
  • connection portion 100 ceramic heater (ceramic device) DESCRIPTION OF SYMBOLS 110 ceramic base

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Abstract

発熱抵抗体又は電極体のパターンの複雑化又は緻密化を可能とするセラミック装置を提供することにある。　セラミック装置１００は、セラミック焼結体からなり、少なくとも、基層１１１、基層１１１上面に積層された中間層１１２及び中間層１１２上面に積層された被覆層１１３を備えるセラミック基体１１０と、平面状に延在する所定のパターンを有し、セラミック基体１１０に埋設された通電可能な発熱抵抗体又は電極体１２０と、を備える。中間層１１２の上面には水平面が定められ、中間層１１２の上面に沿って発熱抵抗体又は電極体１２０が配置されるとともに、被覆層１１３が発熱抵抗体又は電極体１２０を被覆するように中間層上面に積層された。

Description

セラミック装置
　本発明は、セラミック基体に埋設された発熱抵抗体又は電極体を有するセラミック装置に関する。
　従来、セラミック装置の一例として、例えば半導体の製造工程でウェハ等の対象を加熱するために、プレート状のセラミック焼結体の内部にシート状の発熱抵抗体であるヒータ線を埋設したセラミックヒータが使用されている。
　例えば、特許文献１は、プレート状のセラミック焼結体に発熱体を埋設したセラミックヒータ及びその製造方法を開示する。以下、当該段落において、（）内に特許文献１の符号を示す。セラミックスヒータ（１０）は、円盤状のヒータプレート（１）と、ヒータプレート（１）に埋設された箔状のヒータ線（２）と、を備えている。セラミックスヒータ（１０）の製造方法は以下のとおりである。まず、ヒータプレート（１）を形成するために下部成型体（１ａ）が加圧成型される。下部成型体（１ａ）は、ヒータプレート（１）の原料であるセラミックス粉体を、所定量金型に充填して加圧成型して形成する。次に、成型した下部成型体（１ａ）上に、金属皮膜（４ａ）を形成したヒータ線（２）を所定の位置に配線する。ヒータ線（２）を配線後、ヒータ線（２）を配線した下部成型体（１ａ）上に、さらに所定量のセラミックス粉体を充填し、金型で加圧成型して上部成型体（１ｂ）を成型して、セラミックス成型体（１ｃ）を形成する。続いて、セラミックス成型体（１ｃ）を焼結する。セラミックス原料として、窒化アルミニウムを使用する場合には、窒素雰囲気中、１６００～２０００℃で数時間加熱して行う。焼結後、ヒータプレート（１）を切削加工して、外部から電力を供給するための電極端子（３）を形成する。
特開２０１２－９６９４８号公報
　セラミックヒータの性能は、内部のヒータ線の配線又はパターンによって左右され、細かく緻密なヒータパターンを形成可能であることが望まれる。特に、ヒータ線が細いと抵抗値が上がり、発熱量自体を効率的に向上させることができる。しかしながら、特許文献１のような従来技術では、下部成形体上に平面状に形成されたヒータ線上にセラミックス粉体を充填して加圧する工程において、ヒータ線の平面パターンが細かく緻密であるほど、ヒータ線が断線し易いという問題が挙げられる。特には、加圧成型した下部成形体の上面は、脆弱であり、平坦面を形成及び維持することが困難であることから、ヒータ線がセラミックス粉体と下部成形体とによって挟圧されることで、平面形パターンを維持できず、変形したり、断線したりする虞があった。また、特許文献１のセラミックヒータでは、ヒータ線を埋設したセラミックス成型体を焼結する工程において、セラミックス成型体が収縮変形することが避けられず、同様に焼結時にヒータ線が変形したり、断線したりする虞があった。それ故、従来技術では、ヒータ線の断線を避けるべく、ある程度太い又は厚いパターンが採用され、ヒータ線のパターンを複雑化又は緻密化し難かったことが課題であった。
　また、ヒータ線のパターンが複雑化又は緻密化していくと、パターンの線が増えて始端及び終端が増えたり、始端・終端周辺に外部接続端子のスペースを割くことが難しくなったりする。そして、パターンが複雑化しても、ヒータを搭載する装置の都合上、外部接続端子を特定の位置にする、又は特定のエリアに集約するよう設計することが求められる。しかし、特許文献１のセラミックヒータでは、ヒータ線への電力供給のため、ヒータプレートを切削加工してヒータ線に直付けされるようにして電極端子が形成される。それ故、従来技術では、ヒータ線のパターンの複雑化又は緻密化に対応できないこともまた課題として挙げられる。
　さらに、特許文献１のセラミックヒータでは、セラミック焼結体内にヒータ線が埋め込まれるが、焼成後、Ｘ線撮影のような特殊な装置を使わなければ、ヒータ線が適切に配置されているかを検査することができない。特には、ヒータ線の平面パターンが傾いているかどうか、ヒータ線がどの程度の深さに位置しているかを事後的に目視で検査することが不可能であった。すなわち、ヒータパターンが所定の平面に沿って配置されているかを事後的に目視検査可能なセラミックヒータを提供することも追加の課題として挙げられる。なお、当該課題は、セラミックヒータ以外の静電チャック用電極装置、ＲＦ電極装置など他の用途のセラミック装置にも共通している。
　本発明の目的は、上記課題の少なくとも１つを解決する、セラミック装置を提供することにある。
　本発明の一実施形態のセラミック装置は、セラミック焼結体からなり、少なくとも、基層、前記基層上面に積層された中間層及び前記中間層上面に積層された被覆層を備えるセラミック基体と、
　平面状に延在する所定のパターンを有し、前記セラミック基体に埋設された通電可能な発熱抵抗体又は電極体と、を備え、
　前記中間層の上面には水平面が定められ、前記中間層の上面に沿って前記発熱抵抗体又は電極体が配置されるとともに、前記被覆層が前記発熱抵抗体又は電極体を被覆するように前記中間層上面に積層されたことを特徴とする。
　すなわち、本発明のセラミック装置によれば、セラミック基体が基層、中間層及び被覆層から構成され、平面状のパターンを有する発熱抵抗体又は電極体が、水平面を定める中間層上面に沿って配置されている。そして、被覆層が発熱抵抗体又は電極体とともに中間層上面を被覆している。つまり、発熱抵抗体又は電極体が中間層上面の水平面に沿って配置されていることから、平面状のパターンが歪んだり、発熱抵抗体又は電極体が断線したりすることが防止され得る。これにより、従来よりも細かく緻密なパターンを描くことが可能となる。
　本発明のさらなる実施形態のセラミック装置によれば、上記構成において、前記中間層には、前記発熱抵抗体又は電極体に電気的に接続され、前記中間層の上面から下面まで延びる少なくとも１つのビアが設けられ、前記基層には、前記基層の下面から前記ビアに向けて開口する少なくとも１つの接続孔が設けられてもよい。すなわち、中間層の上面に発熱抵抗体又は電極体が配置され、中間層を厚さ方向に貫通するビアの端面が中間層の下面に配置され、下層を貫通する接続孔がビアに連通している。これにより、外部接続端子をパターンの始端・終端の位置に直付けすることなく、電気接続部を外部に露出させることができる。したがって、本発明は、パターンの複雑化・緻密化への対応を可能とするものである。
　本発明のさらなる実施形態のセラミック装置によれば、上記構成において、前記中間層と前記基層との間で平面状に延在する所定の導線パターンを有する導線をさらに備え、前記中間層には、前記導線から前記中間層の上面に向けて前記中間層の厚さ未満の長さで延びる少なくとも１つの接続導体がさらに設けられ、前記基層には、前記基層の下面から前記接続導体に向けて開口する少なくとも１つの接続孔が設けられてもよい。すなわち、基層の接続孔から中間層の下面側に配置された接続導体を介し、中間層の下面側に配置された導線に電力を供給することが可能となる。そして、導線の導線パターンは発熱抵抗体又は電極体のパターンと独立して配線可能であることから、導線が発熱抵抗体又は電極体のパターンに干渉することはない。また、接続導体の上面が、発熱抵抗体又は電極体のパターンと絶縁されているので、導線と発熱抵抗体又は電極体とがセラミック基体内部でショートすることも防止される。さらに、発熱抵抗体又は電極体と独立した又は発熱抵抗体又は電極体に関連した各種目的・用途に応じた所定の導線パターンを有する導線による回路を追加することができる。その結果、パターンの複雑化・緻密化に対応した設計が可能となる。
　本発明のさらなる実施形態のセラミック装置によれば、上記構成において、前記中間層下面には水平面が定められ、前記中間層の下面に沿って前記導線が配置されてもよい。すなわち、導線が中間層下面の水平面に沿って配置されていることから、平面状の導線パターンが歪んだり、導線が断線したりすることが防止され得る。これにより、従来よりも細かく緻密な導線パターンを描くことが可能となる。
　本発明のさらなる実施形態のセラミック装置によれば、上記構成において、前記接続導体は、丸みを帯びた上端部を有してもよい。すなわち、接続導体の上端部の先端の角が丸くなっているため、ヒータ使用時に熱応力が生じても、クラックが発生する起点となる虞が軽減される。
　本発明のさらなる実施形態のセラミック装置によれば、上記構成において、前記基層、前記中間層及び前記被覆層の各境界において、隣接する層が隙間なく密着していてもよい。すなわち、各層が隙間なく密着することにより、絶縁不良が発生せず、熱伝導にロスが発生することが抑えられる。
　本発明のさらなる実施形態のセラミック装置によれば、上記構成において、前記中間層の明度が前記基層及び前記被覆層の明度と異なってもよい。すなわち、発熱抵抗体又は電極体が中間層の上面に沿って配置されていることから、側方から境界線を目視すれば、パターンがどの深さにあるのか、傾いていないかどうかを容易に判別することができる。
　本発明のさらなる実施形態のセラミック装置によれば、上記構成において、発熱抵抗体又は電極体がパターン化された導体箔からなってもよい。また、導線がパターン化された導体箔からなってもよい。さらに、電極体が静電チャック用電極又はＲＦ電極であってもよい。
　本発明の別実施形態のセラミック装置は、
　セラミック焼結体からなり、少なくとも、基層、前記基層上面に積層された中間層及び前記中間層上面に積層された被覆層を備えるセラミック基体と、
　前記中間層と前記被覆層との間で延在する所定のパターンを有し、前記セラミック基体に埋設された通電可能な発熱抵抗体又は電極体と、
　前記中間層と前記基層との間で延在する所定の導線パターンを有し、前記発熱抵抗体又は電極体と異なる層で前記セラミック基体に埋設された導線と、を備え、
　前記中間層には、前記導線から前記中間層の上面に向けて前記中間層の厚さ未満の長さで延びる少なくとも１つの接続導体がさらに設けられ、
　前記基層には、前記基層の下面から前記接続導体に向けて開口する少なくとも１つの接続孔が設けられていることを特徴とする。
　すなわち、本発明のセラミック装置によれば、基層の接続孔から中間層の下面側に配置された接続導体を介し、中間層の下面側に配置された導線に電力を供給することが可能となる。そして、導線の導線パターンは発熱抵抗体又は電極体のパターンと独立して配線可能であることから、導線が発熱抵抗体又は電極体のパターンに干渉することはない。また、接続導体の上面が、発熱抵抗体又は電極体のパターンと絶縁されているので、導線と発熱抵抗体又は電極体とがセラミック基体内部でショートすることも防止される。さらに、発熱抵抗体又は電極体と独立した又は発熱抵抗体又は電極体に関連した各種目的・用途に応じた所定の導線パターンを有する導線による回路を追加することができる。その結果、パターンの複雑化・緻密化に対応した設計が可能となる。
　本発明のさらなる実施形態のセラミック装置によれば、上記構成において、前記中間層には、前記発熱抵抗体又は電極体及び前記導線に電気的に接続され、前記中間層の上面から下面まで延びる少なくとも１つのビアが設けられ、前記導線が前記ビア及び前記接続導体を接続してもよい。すなわち、基層の接続孔から中間層の下面側に配置された導線及び接続導体を介し、ビアを経て、中間層の上面側に配置された発熱抵抗体又は電極体に電力を供給することが可能となる。特には、導線の導線パターンはパターンと独立して配線可能であることから、接続導体及び接続孔の位置の任意の平面位置に定めることが可能となる。つまり、導線及び接続導体を介することで、発熱抵抗体又は電極体の始端・終端の位置とは無関係に電力供給部を特定の位置にする、又は特定のエリアに集約するように設計することができる。よって、本発明のセラミック装置は、設計の自由度を拡張するものである。
　本発明のセラミック装置は、発熱抵抗体又は電極体のパターンをより一層、複雑化及び緻密化することを可能とする。
本発明の一実施形態のセラミック装置としてのセラミックヒータの部分断面斜視図。 図１のセラミックヒータの側面図。 図２のセラミックヒータのＡ－Ａ断面図。 図２のセラミックヒータのＢ－Ｂ断面図。 本発明の一実施形態のセラミックヒータを製造するための一工程を示し、（ａ）中間層にヒータ線及び導線を貼着する工程を示す模式図。 本発明の一実施形態のセラミックヒータを製造するための一工程を示し、中間層の上面側及び下面側に被覆層及び基層を形成する工程を示す模式図。 本発明の別実施形態のセラミックヒータを示す概略断面図。 本発明の別実施形態のセラミックヒータを示す概略断面図。 本発明の別実施形態のセラミックヒータを示す概略断面図。 本発明の別実施形態のセラミックヒータを示す概略断面図。
　本実施形態のセラミック装置は、全体として所定厚の円盤形状を有し、半導体製造装置に搭載されて製造工程でウェハ等の対象を加熱する用途に使用されるセラミックヒータである。しかしながら、ここで説明するセラミックヒータは、本発明を具現化した一例にすぎず、本発明のセラミック装置が種々の用途に使用可能であることはいうまでもない。
　図１は、セラミックヒータ１００を概略的に示す部分断面斜視図である。図２は、セラミックヒータ１００の側面図である。図３及び図４は、セラミックヒータ１００のＡ－Ａ，Ｂ－Ｂ断面図である。なお、図１乃至図４は、説明の便宜上、セラミックヒータ１００の構造を模式的に表現したものであり、各図の厳密な整合性を問わない。
　図１に示すとおり、セラミックヒータ１００は、セラミック焼結体からなる円盤状のセラミック基体１１０と、セラミック基体１１０に埋設されて通電により発熱するヒータ線１２０と、ヒータ線１２０と厚さ方向に異なる層でセラミック基体１１０に埋設された導線１３０と、を備える。セラミックヒータ１００は、その上面及び下面が平行且つ平滑な水平面をなすように形成される。
　セラミック基体１１０は、セラミック焼結体からなる。本実施形態では、セラミック基体１１０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）原料粉末の焼結体である。なお、セラミック基体を構成するセラミック材料は、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等であってもよい。また、セラミック基体１１０は、図２に示すように、下層に配置される所定厚の基層１１１、該基層１１１上面に積層された中間層１１２、及び、該中間層１１２上面に積層された被覆層１１３からなる三層構造を有している。各層は隙間なく積層されている。各層の境界線は、セラミックヒータ１００の上面及び下面と平行に延びている。中間層１１２の上面及び下面には、（セラミックヒータ１００の上面及び下面と平行に延在する）平坦且つ平滑な水平面が定められている。換言すれば、中間層１１２の上面及び下面は、実質的に凹凸のない平面であるが、基層１１１の上面には、導線１３０を収容するための凹部が形成されているとともに、被覆層１１３の下面には、ヒータ線１２０を収容するための凹部が形成されている。つまり、基層１１１が導線１３０の側面及び下面に密着するように導線１３０を内部に埋め込み、被覆層１１３がヒータ線１２０の側面及び上面に密着するようにヒータ線１２０を内部に埋め込んでいる。
　また、セラミック基体１１０は、図２の側面視において模式的に示すように、各層で異なる明度を有している。具体的には、中間層１１２は、他の基層１１１及び被覆層１１３に比べて、灰色の濃淡において、より明るい色を有している。すなわち、基層１１１、中間層１１２及び被覆層１１３は一体的に形成されているが、その明度によって各層の境界を判断することができる。換言すると、目視によって、基層１１１、中間層１１２及び被覆層１１３が適切に平行に配置されているかを検査することが可能である。後述するように、製造工程において、基層１１１及び被覆層１１３と、中間層１１２との間に焼成時間の差を意図的に設けることによって、層間に明度差を形成した。そして、本実施形態では、基層１１１及び中間層１１２の厚みがほぼ等しく、被覆層１１３の厚みが基層１１１及び中間層１１２の厚みの約２倍である。つまり、ヒータ線１２０が配置される中間層１１２と被覆層１１３との間の境界が、セラミックヒータ１００の厚み方向の略中央に位置するように構成されている。これにより、セラミックヒータ１００全体が均一に発熱可能である。
　また、図３に示すように、中間層１１２には、該中間層１１２の上面から下面まで延びる複数（本実施形態では２）のビア１１４が設けられている。ビア１１４は、中間層１１２に隙間なく埋設されている。また、ビア１１４の上端面及び下端面は中間層１１２の上面及び下面と同一平面上に延在している。換言すると、ビア１１４は基層１１１及び被覆層１１３には埋入していない。そして、ビア１１４は、中間層１１２の上面と下面とを電気的に接続する導体からなる。導体として、一般に、モリブデン、タングステン、ニオブ及びタンタルから選択される１種以上の導電性の高融点金属もしくはこれらを１種以上含む合金が選択されることが好ましい。本実施形態では、ビア１１４は、中間層１１２を厚さ方向に貫通するモリブデンのピンからなる。しかしながら、ビアは、ビアホールに金属メッキしたものであってもよい。
　そして、中間層１１２には、該中間層１１２の下面から上面に向けて中間層１１２の厚さ未満の長さで延びる少なくとも１つ（本実施形態では１）の接続導体１１５が設けられている。接続導体１１５は、中間層１１２に隙間なく埋設されている。また、接続導体１１５下端面は、中間層１１２の下面と同一平面上に延在している。他方，接続導体１１５の上端部は、図３の部分拡大図に示すように、丸みを帯びている。すなわち、接続導体１１５の上端部の先端の角が丸くなっているため、ヒータ使用時に熱応力が生じても、中間層１１２内部にクラックが発生する起点が生じることが抑えられる。
　さらに、基層１１１には、該基層１１１を厚さ方向に貫通し、該基層１１１の下面からビア１１４に向けて開口する少なくとも１つの接続孔１１６，１１７と、基層１１１の下面から接続導体１１５に向けて開口する少なくとも１つの接続孔１１８とが設けられている。ビア用の接続孔１１６，１１７は、基層１１１の下面側からビア１１４に連通し、電力供給用の外部端子のための接続ポートを提供する。接続導体用の接続孔１１８は、基層１１１の下面側から接続導体１１５に連通し、同様に外部端子のための接続ポートを提供する。
　ヒータ線１２０は、平面状に延在する所定のヒータパターンを有する面状発熱抵抗体である。発熱抵抗体として、一般に、モリブデン、タングステン、ニオブ及びタンタルから選択される１種以上の高融点金属もしくはこれらを１種以上含む合金が選択され得る。そして、本実施形態では、モリブデンが選択された。また、本実施形態では、ヒータ線１２０は、パターン化された導体箔からなる。一般的に、ヒータ線１２０の断面積が小さいほど、抵抗値が相対的に上昇し、より高い発熱量を得られる。図４に示すように、ヒータ線１２０は、細幅且つ薄厚の導線が複雑且つ緻密に配線されたヒータパターン部１２１と、該ヒータパターン部１２１の始端である始端部１２２と、該ヒータパターン部１２１の終端である終端部１２３とを備える。なお、図４に示したヒータパターンは、例示にすぎず、当業者によって任意の形状のヒータパターンが選択され得る。換言すると、図４の例示的なヒータパターンは、その位置関係において図１乃至図３に対して整合的に示したものではない。云うまでもないが、径方向の両端に始端及び終端が配置されるようにパターンが設計されてもよいし、中心付近に始端及び終端が配置されてもよい。
　ヒータ線１２０は、水平面である中間層１１２の上面に載置され、その平面形状が中間層１１２上面に沿って維持されている。このとき、中間層１１２上面及びヒータ線１２０下面が隙間なく密着している。また、ヒータ線１２０は、該中間層１１２上面に積層された被覆層１１３によって被覆されている。このとき、被覆層１１３とヒータ線１２０及び中間層１１２とが隙間なく密着している。すなわち、ヒータ線１２０のヒータパターン部１２１は、中間層１１２の上面に沿って平面形状を維持しつつ延在している。換言すると、中間層１１２上面を平面形状に制御したことによって、ヒータ線１２０が厚さ方向に屈曲することなく、ヒータ線１２０の平面形状が確実に維持されている。
　導線１３０は、平面状に延在する所定の導線パターン（図示せず）を有する導体である。導線１３０は、接続対象に電気的に接触する接続部１３１を有する。導体として、一般に、モリブデン、タングステン、ニオブ及びタンタルから選択される１種以上の高融点金属もしくはこれらを１種以上含む合金が選択され得る。そして、本実施形態では、モリブデンが選択された。本実施形態では、導線１３０は、中間層１１２の下層側から上層側のヒータ線１２０に電力を供給する経路として用いられる。また、本実施形態では、導線１３０は、パターン化された導体箔からなる。なお、導線１３０は、それ自体を発熱させることを目的としなくてもよく、ヒータ線１２０よりも発熱しないように相対的に断面積が大きく設計され得る。あるいは、導線１３０の導体パターンは、所定の機能を有する回路部やヒータ線のような発熱部を一部又は全部に含んでもよい。
　導線１３０は、水平面である中間層１１２の下面に配置され、その平面形状が中間層１１２下面に沿って維持されている。このとき、中間層１１２下面及び導線１３０上面が隙間なく密着している。また、導線１３０は、該中間層１１２下面に形成された基層１１１に埋設されている。このとき、基層１１１と導線１３０及び中間層１１２とが隙間なく密着している。すなわち、導線１３０の導線パターンは、中間層１１２の下面に沿って平面形状を維持しつつ延在している。換言すると、中間層１１２下面を平面形状に制御したことによって、導線１３０が厚さ方向に屈曲することなく、導線１３０の平面形状が確実に維持されている。
　本実施形態のセラミックヒータ１００において、ヒータ線１２０の始端部１２２下面に一方のビア１１４の上端面が接触し、導線１３０の一端（図３の左側）の接続部１３１上面にビア１１４の下端面が接触することによって、ビア１１４がヒータ線１２０と導線１３０を電気的に接続している。また、導線１３０の他端（図３の右側）の接続部１３１上面に接続導体１１５の下端が接触している。つまり、ビア１１４及び接続導体１１５が導線１３０によって電気的に接続されている。なお、接続導体１１５の上端部が中間層１１２の上面に露出していないので、ヒータ線１２０と導線１３０とがショートする虞がない。そして、接続孔１１６，１１８のいずれかを選択して外部電源に接続された外部端子（一方の電極端子）を差し込むことにより、ヒータ線１２０の始端部１２２に外部電源を電気的に接続することができる。また、ヒータ線１２０の終端部１２３下面に他方のビア１１４の上端面が接触し、ビア１１４下端面が接続孔１１７を介して中間層１１２下面側に臨んでいる。接続孔１１７に外部端子（他方の電極端子）を差し込むことにより、ヒータ線１２０の終端部１２３に外部電源を電気的に接続することができる。すなわち、基層１１１下面で開口した接続孔１１６～１１８を介して、セラミックヒータ１００に外部電源から電力を供給することが可能である。
　続いて、本実施形態のセラミックヒータ１００を製造する方法について説明する。本実施形態のセラミックヒータ１００の製造方法は、ビア１１４及び接続導体１１５を含む中間層１１２に対応するセラミック焼結体を形成する工程と、セラミック焼結体の上面及び下面を研磨して水平面を有する中間層１１２の前駆焼結体を得る工程と、前駆焼結体の上下研磨面にヒータ線１２０及び導線１３０を形成する工程と、前駆焼結体の上面側及び下面側に被覆層及び基層をそれぞれ形成する工程と、接続孔を基層１１１に形成する工程とを含む。以下、各工程についてより詳細に説明する。
　まず、セラミックヒータ１００の径に対応する型にセラミック原料粉末（本実施形態では、ＡｌＮ粉末）を投入するとともに、型の中で高融点金属のピンを垂直に立つように所定の位置に配置する。ピンは高融点金属の粉末を使用した成形体でもよい。ピンは、ビア１１４及び接続導体１１５の設置位置に配置される。ピンの径は任意に選択され得る。そして、加圧した状態でセラミック原料粉末を窒素雰囲気中で所定時間（数時間）焼成する。例示的には、セラミック原料粉末を焼成可能な温度は約１７５０～２０００度であり、加圧条件は約１５０～２５０ｋｇｆ／ｃｍ２とした。これにより、中間層１１２に対応するセラミック焼結体１１２’を得た（図５（ａ）参照）。加圧焼成（ホットプレス）の導入により、ピンが焼成時に動くことを防止し、ピンを所定の位置に正確に配置することができる。特には、上下から加圧したまま焼成するため、焼成時の焼結体の収縮が、上下方向のみで平面方向にほとんど収縮しないため、端子導体・ビア導体の位置精度が高くなる。
　なお、本工程において、ピンを焼成前に配置することにより、焼結基板へ穴開けするポストファイア法と比べて、例えば、直径１ｍｍ以上のような大径のビア・導体を形成することが可能である。大径のビアを使用する場合のメリットとして、（１）大電流が流せること、（２）ビア・接続導体とヒータ線・導線との接続面積が増えて、導通の信頼性が上がること、（３）位置ずれによるビア・接続導体とヒータパターン・導体パターンとの接続不良や接続孔形成時の導通不良のリスクが低減することなどが挙げられる。
　次に、型からセラミック焼結体１１２’を取り出して、図５（ａ）の点線に沿って、ビア１１４に対応するピンの上端面及び下端面が露出し、且つ、接続導体１１５に対応するピンの下端面が露出するようにセラミック焼結体１１２’の上面及び下面を研磨して、セラミック焼結体１１２’を所定厚さに調整した。これにより、上面及び下面に水平面（研磨面）が形成された中間層１１２の前駆焼結体１１２”を得た。そして、図５（ｂ）に示すように、前駆焼結体１１２”の各研磨面（上面及び下面）にシートパターン状のヒータ線１２０及び導線１３０の導体箔を所定の位置に載置する（配置する）。なお、ヒータ線及び導線は、蒸着やエッチング、スクリーン印刷など他の形成手段によって形成されてもよい。
　次いで、基層１１１に対応する量のセラミック原料粉末を型に投入して、プレス成型し、基層１１１の前駆体１１１’を形成する。図６（ａ）に示すように、プレス成型したセラミック原料粉末の上にヒータ線１２０及び導線１３０を貼り付けた中間層１１２の前駆焼結体１１２”を載置する。さらに、前駆焼結体１１２”上に被覆層１１３に対応する量のセラミック原料粉末を投入してプレス成型し、被覆層１１３の前駆体１１３’を形成する。前駆焼結体１１２”をセラミック原料粉末で挟圧することにより、前駆焼結体１１２”の硬質な水平面に沿って配置されたヒータ線１２０及び導線１３０がセラミック原料粉末中に埋め込まれる。
　そして、図６（ｂ）に示すように、カーボンプレートをセラミック原料粉末上に載せて、加圧した状態でセラミック原料粉末を窒素雰囲気中で所定時間（数時間）、焼成する。例示的には、セラミック原料粉末を焼成可能な温度は約１７５０～２０００度であり、加圧条件は約１５０～２５０ｋｇｆ／ｃｍ２とした。前駆焼結体１１２”がセラミック原料粉末の成型体と比べて十分に硬質であることから、加圧時にヒータ線１２０及び導線１３０が変形することなく水平面に沿って平面形状に維持される。その結果として、ヒータ線１２０及び導線１３０を断線や変形させることなく、基層１１１、中間層１１２及び被覆層１１３の３層構造を有するセラミック基体１１０が得られる。また、加圧焼成の導入により、ビア１１４及び接続導体１１５と、ヒータ線１２０及び導線１３０との相対位置が焼成時に変動することを防止することができる。特には、上下から加圧したまま焼成するため、焼成時の焼結体の収縮が上下方向のみで平面方向にほとんど収縮しないため、各部材の面内の位置精度が高くなる。位置精度の向上により、ビア１１４、接続導体１１５、ヒータ線１２０及び導線１３０間の接続不良や、接続孔１１６～１１８の形成時の導通不良のリスクを低減できる。
　そして、セラミック基体１１０の表面及び側面を研磨する。中間層１１２が２度の焼成工程を経て形成されることにより、中間層１１２の明度が基層１１１及び被覆層１１３の明度よりも高くなる。そして、中間層１１２と基層１１１及び被覆層１１３との間の境界を目視することによって、ヒータ線１２０及び／又は導線１３０が水平方向からずれているかどうかを検査することができる。中間層１１２が傾斜していると、セラミックヒータ１００の外面とヒータ線１２０との距離が変動することから、所望のヒータ性能を得られない場合がある。万が一、中間層１１２が傾斜してしまっても、境界線を基準としてセラミック基体１１０の外面を研磨すれば、セラミック基体１１０上面とヒータ線１２０のヒータパターンとを平行に調整することができる。
　続いて、ビア１１４、接続導体１１５（又は導線１３０との接点部分）に連通するように、基層１１１の下面に接続孔１１６～１１８を形成する。そして、接続孔１１６～１１８を介して、搭載先の装置の外部電源に合わせて、給電用の金属端子をセラミックヒータ１００に接続することができる。
　なお、上記実施例の製造方法は、一例にすぎず、本発明の技術範囲内であれば、任意に置換、省略及び／又は追加可能である。
　以下、本発明に係る一実施形態のセラミックヒータ１００における作用効果について説明する。
　本実施形態のセラミックヒータ１００によれば、セラミック基体１１０が基層１１１、中間層１１２及び被覆層１１３から構成され、平面状のヒータパターンを有するヒータ線１２０が、水平面を定める中間層１１２上面に沿って配置されている。そして、被覆層１１３がヒータ線１２０とともに中間層１１２上面を被覆している。つまり、ヒータ線１２０が中間層１１２上面の水平な研磨面に沿って配置されていることから、平面状のヒータパターンが歪んだり、ヒータ線１２０が断線したりすることが防止され得る。これにより、従来よりも細かく緻密なパターンを描くことが可能となる。また、中間層１１２の明度が基層１１１及び被覆層１１３の明度と異なっていることにより、側方から境界線を目視すれば、ヒータ線１２０がどの深さにあるのか、又は、傾いていないかどうかを、特殊な装置を使用することなく、容易に判別することができる。さらに、本実施形態のセラミックヒータ１００は、基層１１１の接続孔１１６～１１８から中間層１１２の下面側に配置された導線１２０及び接続導体１１５を介し、ビア１１４を経て、中間層１１２の上面側に配置されたヒータ線１２０に電力を供給することが可能である。特には、導線１３０の導線パターンはヒータパターンと独立して配線可能であることから、接続導体１１５及び接続孔１１８の位置の任意の平面位置に定めることが可能となる。つまり、導線１３０及び接続導体１１５を介することで、ヒータ線１３０の始端・終端の位置とは無関係に電力供給部を特定の位置にする、又は特定のエリアに集約するよう設計することができる。その結果、本実施形態のセラミックヒータ１００は、ヒータパターンの複雑化・緻密化に対応することができる。
［別実施形態・変形例］
　本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の実施形態や変形例を取り得る。以下、本発明の複数の変形例を説明する。各実施形態において、下二桁が共通する構成要素は、特定のない限り、同一又は類似の特徴を有し、その説明を一部省略する。
（１）本発明のセラミック装置は、上記実施形態に限定されない。図７のセラミック装置２００では、該中間層２１２の上面から下面まで延びる２つのビア２１４，２１４が設けられているとともに、該中間層２１２の下面から上面に向けて中間層２１２の厚さ未満の長さで延びる１つの接続導体２１５が設けられている。一方（図７の左側）のビア２１４の下方には、接続孔が形成されておらず、他方（図７の右側）のビア２１４の下方に接続孔２１６が形成されている。接続導体２１５は他方のビア２１４に近接配置されている。また、接続導体２１５の下方に接続孔２１８が形成されている。そして、導線２３０がビア２１４及び接続導体２１５を接続している。すなわち、本変形例のセラミック装置２００は、給電用ポート（又は端子）を集約させたものである。
（２）本発明のセラミック装置は、上記実施形態に限定されない。図８のセラミック装置３００では、該中間層３１２の上面から下面まで延びる２つのビア３１４，３１４が設けられているとともに、該中間層３１２の下面から上面に向けて中間層３１２の厚さ未満の長さで延びる２つの接続導体３１５，３１５が設けられている。接続導体３１５，３１５はビア３１４，３１４から離れて配置されているものの、接続導体３１５，３１５が互いに集約して配置されている。両方のビア３１４，３１４の下方には、接続孔が形成されておらず、両方の接続導体３１５，３１５の下方にのみ接続孔３１８，３１８が形成されている。そして、２つの導線３３０，３３０が隣接するビア３１４，３１４及び接続導体３１５，３１５を接続している。すなわち、本変形例のセラミック装置３００は、発熱抵抗体又は電極体のパターン（又はビア）の位置に寄らず、給電用ポート（又は端子）を任意の位置に集約させたものである。
（３）本発明のセラミック装置は、上記実施形態に限定されない。図９のセラミック装置４００では、該中間層４１２の上面から下面まで延びる２つのビア４１４，４１４が設けられているとともに、該中間層４１２の下面から上面に向けて中間層４１２の厚さ未満の長さで延びる２つの接続導体４１５，４１５が設けられている。両方のビア４１４，４１４の下方に接続孔４１６，４１７が形成され、両方の接続導体４１５，４１５の下方に接続孔４１８，４１８が形成されている。そして、導線４３０が接続導体４１５，４１５同士を接続し、ビア４１６，４１７とは電気的に接続されていない。すなわち、本変形例のセラミック装置４００のように、発熱抵抗体又は電極体のパターンと独立した機能・用途を有する導線パターンを有する導線４３０の回路が個別に配置又は追加されてもよい。
（４）本発明のセラミック装置は、上記実施形態に限定されない。図１０のセラミック装置５００のように、導線及び接続導体が省略されてもよい。このような簡易な構成のセラミック装置５００であっても、本発明の技術的思想の下、従来よりも発熱抵抗体又は電極体のパターンの複雑化・緻密化を達成するものである。
（５）本発明のセラミック装置の形状寸法は、上記実施形態に限定されない。例えば、セラミック装置は円盤状でなくてもよく、矩形状や楕円形や他の多角形状などの任意の形状から選択されてもよい。また、各層の相対的な厚みや径は、用途等に応じて任意に設定することが可能である。さらに、セラミック基体は、３層構造に限定されず、上下に新たな層が追加されてもよい。
（６）上記実施形態のセラミック装置では、各層の明度が焼成回数又は時間によって付加されているが、各層の材料又は成分を変更することによって各層の明度を変更してもよい。
（７）上記実施形態のセラミック装置では、その製造方法において、中間層となるセラミック焼結体を基層及び被覆層となるセラミック原料粉末で挟み込んで加圧焼成することによってセラミック装置を製造したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、基層及び被覆層の一方又は両方をセラミック原料粉末でなくセラミック焼結体として準備し、セラミック焼結体を積層して約１７５０～２０００度、１００～２００ｋｇｆ／ｃｍ２の条件で加圧焼成してもよい。このとき、各層に対応するセラミック焼結体同士は直接接合されてもよい。あるいは、セラミック焼結体の接合面に、母材のセラミックと同じ種類の粉末で作製した接合材料が塗布もしくは印刷され、該接合材料を各層に挟んだ状態でセラミック焼結体同士が加圧焼成されてもよい。
（８）上記実施形態のセラミック装置は、その静電気力でシリコンウエハ等を保持することに主に用いられる静電チャック用電極装置であってもよい。すなわち、セラミック装置は、上記実施形態のヒータ線１２０に代えて、静電チャック用途に特化した所定の回路パターンを有する電極体を備え得る。該静電チャック用電極装置の電極体は、セラミック表面上に正負に帯電したエリアを発生させるように構成される。静電チャック用電極装置においても、上記実施形態のセラミックヒータ１００と同様に、電極が傾かない、端子位置を自由に設計できる、パターンを緻密化できるといった本発明の効果が発揮されることは云うまでもない。なお、発熱抵抗体及び電極体が同時に用いられてもよい。
（９）上記実施形態のセラミック装置は、対象をプラズマ処理することなどに主に用いられるＲＦ（高周波）電極装置であってもよい。すなわち、セラミック装置は、上記実施形態のヒータ線１２０に代えて、ＲＦ放電用途に特化した所定の回路パターンを有する電極体を備え得る。このセラミック装置によれば、一対のＲＦ電極装置が対象を挟むように対向配置して、２つのＲＦ電極間に高周波電圧を印加すると、電極間にプラズマが発生して、対象をプラズマ処理することが可能である。ＲＦ電極装置においても、上記実施形態のセラミックヒータ１００と同様に、電極が傾かない、端子位置を自由に設計できる、パターンを緻密化できるといった本発明の効果が発揮されることは云うまでもない。なお、発熱抵抗体及び電極体が同時に用いられてもよい。
　本発明は上述した実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限りにおいて種々の態様で実施しうるものである。
１００　　セラミックヒータ（セラミック装置）
１１０　　セラミック基体
１１１　　基層
１１２　　中間層
１１３　　被覆層
１１４　　ビア
１１５　　接続導体
１１６　　接続孔
１１７　　接続孔
１１８　　接続孔
１２０　　ヒータ線（発熱抵抗体又は電極体）
１２１　　ヒータパターン部（所定のパターン）
１２２　　始端部
１２３　　終端部
１３０　　導線
１３１　　接続部

Claims (12)

  1. 　セラミック焼結体からなり、少なくとも、基層、前記基層上面に積層された中間層及び前記中間層上面に積層された被覆層を備えるセラミック基体と、
    　平面状に延在する所定のパターンを有し、前記セラミック基体に埋設された通電可能な発熱抵抗体又は電極体と、を備え、
    　前記中間層の上面には水平面が定められ、前記中間層の上面に沿って前記発熱抵抗体又は電極体が配置されるとともに、前記被覆層が前記発熱抵抗体又は電極体を被覆するように前記中間層上面に積層されたことを特徴とするセラミック装置。
  2. 　前記中間層には、前記発熱抵抗体又は電極体に電気的に接続され、前記中間層の上面から下面まで延びる少なくとも１つのビアが設けられ、前記基層には、前記基層の下面から前記ビアに向けて開口する少なくとも１つの接続孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のセラミック装置。
  3. 　前記中間層と前記基層との間で平面状に延在する所定の導線パターンを有する導線をさらに備え、
    　前記中間層には、前記導線から前記中間層の上面に向けて前記中間層の厚さ未満の長さで延びる少なくとも１つの接続導体がさらに設けられ、
    　前記基層には、前記基層の下面から前記接続導体に向けて開口する少なくとも１つの接続孔が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミック装置。
  4. 　前記中間層の下面には水平面が定められ、前記中間層の下面に沿って前記導線が配置されていることを特徴とする請求項３に記載のセラミック装置。
  5. 　前記接続導体は、丸みを帯びた上端部を有することを特徴とする請求項３又は４に記載のセラミック装置。
  6. 　前記基層、前記中間層及び前記被覆層の各境界において、隣接する層が隙間なく密着していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のセラミック装置。
  7. 　前記中間層の明度が前記基層及び前記被覆層の明度と異なることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のセラミック装置。
  8. 　前記発熱抵抗体又は電極体がパターン化された導体箔からなることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のセラミック装置。
  9. 　前記導線がパターン化された導体箔からなることを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載のセラミック装置。
  10. 　セラミック焼結体からなり、少なくとも、基層、前記基層上面に積層された中間層及び前記中間層上面に積層された被覆層を備えるセラミック基体と、
    　前記中間層と前記被覆層との間で延在する所定のパターンを有し、前記セラミック基体に埋設された通電可能な発熱抵抗体又は電極体と、
    　前記中間層と前記基層との間で延在する所定の導線パターンを有し、前記発熱抵抗体又は電極体と異なる層で前記セラミック基体に埋設された導線と、を備え、
    　前記中間層には、前記導線から前記中間層の上面に向けて前記中間層の厚さ未満の長さで延びる少なくとも１つの接続導体がさらに設けられ、
    　前記基層には、前記基層の下面から前記接続導体に向けて開口する少なくとも１つの接続孔が設けられていることを特徴とするセラミック装置。
  11. 　前記中間層には、前記発熱抵抗体又は電極体及び前記導線に電気的に接続され、前記中間層の上面から下面まで延びる少なくとも１つのビアが設けられ、前記導線が前記ビア及び前記接続導体を接続していることを特徴とする請求項１０に記載のセラミック装置。
  12. 　前記電極体は、静電チャック用電極又はＲＦ電極であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のセラミック装置。
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