WO2021010062A1 - シャフト付きセラミックヒータ - Google Patents

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賢一郎 相川
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    • H05B2203/017—Manufacturing methods or apparatus for heaters

Definitions

  • the present invention relates to a ceramic heater with a shaft.
  • a ceramic heater with a shaft for holding a wafer is used in a film forming process such as transporting, exposing, and CVD of a semiconductor wafer, and in microfabrication such as cleaning, etching, and dicing.
  • a ceramic heater with a shaft as shown in Patent Document 1, a ceramic plate in which a resistance heating element is embedded, a hollow ceramic shaft joined to a surface of the ceramic plate opposite to the wafer mounting surface, and a ceramic A conductive film formed so as to extend the inner peripheral wall surface of the shaft in the vertical direction and a wire for electrically connecting the resistance heating element and the conductive film are disclosed (see FIG. 5). ..
  • the resistance heating element and the conductive film are connected by a wire, the reliability of the electrical connection between the resistance heating element and the conductive film is low. Specifically, there is a risk that the wire connecting the resistance heating element and the conductive film may come off during manufacturing or use.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to increase the reliability of the electrical connection between the resistance heating element and the conductive film.
  • the ceramic heater with a shaft of the present invention A ceramic plate with an embedded resistance heating element and A hollow ceramic shaft joined to the surface of the ceramic plate opposite to the wafer mounting surface, A conductive film provided along the axial direction along the inner peripheral surface of the ceramic shaft, A recess provided so as to reach the terminal of the resistance heating element from a surface of the ceramic plate opposite to the wafer mounting surface, and the lower surface of the terminal is exposed on the bottom surface and the surface of the conductive film is exposed on the side surface.
  • a connecting member that fills the recess and electrically connects the lower surface of the terminal and the surface of the conductive film. It is equipped with.
  • the connecting member is filled in the recess.
  • the lower surface of the terminal is exposed on the bottom surface of the recess, and the surface of the conductive film is exposed on the side surface of the recess.
  • the connecting member is in surface contact with the lower surface of the terminal of the resistance heating element and is in surface contact with the surface of the conductive film. Therefore, the reliability of the electrical connection between the resistance heating element and the conductive film is higher than in the case where the terminal of the resistance heating element and the conductive film are connected by a wire.
  • the resistance heating element is provided in each of a plurality of zones of the ceramic plate, and two terminals are independently provided for each resistance heating element.
  • Two conductive films may be provided independently for each resistance heating element.
  • the conductive film and the connecting member may be covered with an insulating film.
  • an insulating film is preferably an aerosol deposition (AD) film or a thermal sprayed film.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of the ceramic heater with a shaft of the present embodiment.
  • the ceramic heater with a shaft includes a ceramic plate, a ceramic shaft, a conductive film, a recess (see FIG. 2), and a connecting member.
  • An RF electrode and a resistance heating element are embedded in the ceramic plate.
  • the RF electrode is an electrode to which a high frequency voltage is applied when generating plasma.
  • the RF feeding rod is housed in the internal space of the ceramic shaft, and is joined to the RF electrode from the surface of the ceramic plate opposite to the wafer mounting surface.
  • the resistance heating element heats the ceramic plate when energized.
  • the resistance heating elements are provided in each of the plurality (three) zones of the ceramic plate. Two terminals are provided independently for each resistance heating element.
  • the ceramic shaft is a hollow shaft bonded to the surface of the ceramic plate opposite to the wafer mounting surface by direct bonding.
  • the conductive film is provided along the axial direction (vertical direction) so as to run along the inner peripheral surface of the ceramic shaft.
  • the conductive film may be formed by printing, plating, or the like, or may be formed by an AD method, a thermal spraying method, a CVD method, a PVD method, or the like.
  • Two conductive films are provided for each resistance heating element.
  • the recess is a U-shaped groove provided so as to reach the terminal of the resistance heating element from the surface of the ceramic plate opposite to the wafer mounting surface (see FIG. 3). The bottom surface of the terminal is exposed on the bottom surface of the recess.
  • the surface of the conductive film is exposed on the side surface of the recess.
  • the connecting member is filled in the recess and electrically connects the lower surface of the terminal of the resistance heating element and the surface of the conductive film.
  • the connecting member is made by melting and then solidifying the brazing material placed in the recess.
  • the connecting member is filled in the recess.
  • the lower surface of the terminal is exposed on the bottom surface of the recess, and the surface of the conductive film is exposed on the side surface of the recess.
  • the connecting member is in surface contact with the lower surface of the terminal of the resistance heating element and is in surface contact with the surface of the conductive film. Therefore, the reliability of the electrical connection between the resistance heating element and the conductive film is higher than in the case where the terminal of the resistance heating element and the conductive film are connected by a wire.
  • the rod for supplying power to the resistance heating element is arranged in the internal space of the ceramic shaft, the number of rods is limited, and the number of resistance heating elements is also limited accordingly, but here instead of the rod Since a conductive film is used, it is possible to handle more resistance heating elements.
  • the surfaces of the conductive film and the connecting member may be covered with an insulating film.
  • the insulating film is preferably an aerosol deposition (AD) film or a thermal sprayed film.
  • AD aerosol deposition
  • the AD method (including the plasma AD method) is suitable for accurately forming a thin film of fine ceramic particles.
  • the ceramic particles can be formed by the impact solidification phenomenon, it is not necessary to sinter the ceramic particles at a high temperature.
  • the electrostatic electrode may be embedded in the ceramic plate.
  • the present invention can be used for, for example, film forming processes such as transporting, exposing, and CVD of semiconductor wafers, and microfabrication such as cleaning, etching, and dicing.

Abstract

シャフト付きセラミックヒータは、抵抗発熱体が埋設されたセラミックプレートと、セラミックプレートのウエハ載置面とは反対側の面に接合された中空のセラミックシャフトと、セラミックシャフトの内周面を伝うように軸方向に沿って設けられた導電膜と、セラミックプレートのウエハ載置面とは反対側の面から抵抗発熱体の端子に達するように設けられ、底面に前記端子の下面が露出すると共に側面に導電膜の表面が露出する凹部と、凹部に充填され、端子の下面と導電膜の表面とを電気的に接続する接続部材と、を備える。

Description

シャフト付きセラミックヒータ
　本発明は、シャフト付きセラミックヒータに関する。
　従来、半導体ウエハの搬送、露光、ＣＶＤなどの成膜プロセスや、洗浄、エッチング、ダイシングなどの微細加工においては、ウエハを保持するシャフト付きセラミックヒータが使用される。こうしたシャフト付きセラミックヒータとして、特許文献１に示すように、抵抗発熱体が埋設されたセラミックプレートと、セラミックプレートのウエハ載置面とは反対側の面に接合された中空のセラミックシャフトと、セラミックシャフトの内周壁面を上下方向に延在するように形成された導電膜と、抵抗発熱体と導電膜とを電気的に接続するワイヤとを備えたものが開示されている（図５参照）。
特開２０１７－１６２８７８号公報
　しかしながら、抵抗発熱体と導電膜とはワイヤによって接続されているため、抵抗発熱体と導電膜との電気的接続の信頼性が低かった。具体的には、製造時や使用時において、抵抗発熱体と導電膜とを繋ぐワイヤが外れるおそれがあった。
　本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、抵抗発熱体と導電膜との電気的接続の信頼性を高くすることを主目的とする。
　本発明のシャフト付きセラミックヒータは、
　抵抗発熱体が埋設されたセラミックプレートと、
　前記セラミックプレートのウエハ載置面とは反対側の面に接合された中空のセラミックシャフトと、
　前記セラミックシャフトの内周面を伝うように軸方向に沿って設けられた導電膜と、
　前記セラミックプレートの前記ウエハ載置面とは反対側の面から前記抵抗発熱体の端子に達するように設けられ、底面に前記端子の下面が露出すると共に側面に前記導電膜の表面が露出する凹部と、
　前記凹部に充填され、前記端子の下面と前記導電膜の表面とを電気的に接続する接続部材と、
　を備えたものである。
　このシャフト付きセラミックヒータでは、接続部材は凹部に充填されている。凹部の底面には端子の下面が露出し、凹部の側面には導電膜の表面が露出している。接続部材は、抵抗発熱体の端子の下面と面接触すると共に、導電膜の表面に面接触している。そのため、抵抗発熱体の端子と導電膜とをワイヤで接続する場合に比べて、抵抗発熱体と導電膜との電気的接続の信頼性が高くなる。
　本発明のシャフト付きセラミックヒータにおいて、前記抵抗発熱体は、前記セラミックプレートの複数のゾーンのそれぞれに設けられており、前記端子は、前記抵抗発熱体ごとに２つずつ独立して設けられ、前記導電膜は、前記抵抗発熱体ごとに２つずつ独立して設けられていてもよい。抵抗発熱体に給電するためのロッドをセラミックシャフトの内部空間に配置する場合には、ロッドの本数が制限され、それに伴い抵抗発熱体の数も制限されるが、ここではロッドの代わりに導電膜を用いているため、より多くの抵抗発熱体に対応可能である。
　本発明のシャフト付きセラミックヒータにおいて、前記導電膜及び前記接続部材は、絶縁膜に覆われていてもよい。こうすれば、導電膜や接続部材が他の金属部材などと接触して短絡してしまうのを防止することができる。こうした絶縁膜は、エアロゾルデポジション（ＡＤ）膜又は溶射膜であることが好ましい。
本実施形態のシャフト付きセラミックヒータの縦断面図。 図１の部分拡大図。 シャフト付きセラミックヒータの底面図。 別の実施形態の部分拡大図。 従来のシャフト付きセラミックヒータの縦断面図。
　本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。図１は本実施形態のシャフト付きセラミックヒータの縦断面図である。
　シャフト付きセラミックヒータは、図１に示すように、セラミックプレートと、セラミックシャフトと、導電膜と、凹部（図２参照）と、接続部材とを備えている。セラミックプレートには、ＲＦ電極及び抵抗発熱体が埋設されている。ＲＦ電極は、プラズマを発生させる際に高周波電圧が印加される電極である。ＲＦ給電ロッドは、セラミックシャフトの内部空間に収容され、セラミックプレートのウエハ載置面とは反対側の面からＲＦ電極に接合されている。抵抗発熱体は、通電されるとセラミックプレートを加熱する。本実施形態では、抵抗発熱体は、セラミックプレートの複数（３つ）のゾーンのそれぞれに設けられている。端子は、抵抗発熱体ごとに２つずつ独立して設けられている。セラミックシャフトは、セラミックプレートのウエハ載置面とは反対側の面にダイレクトボンディングにより接合された中空シャフトである。導電膜は、セラミックシャフトの内周面を伝うように軸方向（上下方向）に沿って設けられている。導電膜は、印刷やめっきなどで形成してもよいし、ＡＤ法、溶射法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法などで成膜してもよい。導電膜は、抵抗発熱体ごとに２つずつ設けられている。凹部は、セラミックプレートのウエハ載置面とは反対側の面から抵抗発熱体の端子に達するように設けられたＵ字溝である（図３参照）。凹部の底面には、端子の下面が露出している。凹部の側面には、導電膜の表面が露出している。接続部材は、凹部に充填され、抵抗発熱体の端子の下面と導電膜の表面とを電気的に接続している。接続部材は、凹部に配置したロウ材を溶融したあと固化したものである。
　以上説明した本実施形態のシャフト付きセラミックヒータでは、接続部材は凹部に充填されている。凹部の底面には端子の下面が露出し、凹部の側面には導電膜の表面が露出している。接続部材は、抵抗発熱体の端子の下面と面接触すると共に、導電膜の表面に面接触している。そのため、抵抗発熱体の端子と導電膜とをワイヤで接続する場合に比べて、抵抗発熱体と導電膜との電気的接続の信頼性が高くなる。
　また、抵抗発熱体に給電するためのロッドをセラミックシャフトの内部空間に配置する場合には、ロッドの本数が制限され、それに伴い抵抗発熱体の数も制限されるが、ここではロッドの代わりに導電膜を用いているため、より多くの抵抗発熱体に対応可能である。
　上述した実施形態において、図４に示すように、導電膜及び接続部材の表面を、絶縁膜で覆うようにしてもよい。こうすれば、導電膜や接続部材が他の金属部材などと接触して短絡してしまうのを防止することができる。絶縁膜は、エアロゾルデポジション（ＡＤ）膜又は溶射膜であることが好ましい。特に、ＡＤ法（プラズマＡＤ法を含む）は、微細なセラミック粒子の薄い膜を精度よく形成するのに適している。また、ＡＤ法は、衝撃固化現象でセラミック粒子を成膜することができるため、セラミック粒子を高温で焼結する必要がない。
　上述した実施形態において、セラミックプレートには、静電電極が埋設されていてもよい。
  本出願は、２０１９年７月１６日に出願された日本国特許出願第２０１９－１３０９０５号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。
　本発明は、例えば半導体ウエハの搬送、露光、ＣＶＤなどの成膜プロセスや、洗浄、エッチング、ダイシングなどの微細加工に利用可能である。

Claims (4)

  1. 　抵抗発熱体が埋設されたセラミックプレートと、
    　前記セラミックプレートのウエハ載置面とは反対側の面に接合された中空のセラミックシャフトと、
    　前記セラミックシャフトの内周面を伝うように軸方向に沿って設けられた導電膜と、
    　前記セラミックプレートの前記ウエハ載置面とは反対側の面から前記抵抗発熱体の端子に達するように設けられ、底面に前記端子の下面が露出すると共に側面に前記導電膜の表面が露出する凹部と、
    　前記凹部に充填され、前記端子の下面と前記導電膜の表面とを電気的に接続する接続部材と、
    　を備えたシャフト付きセラミックヒータ。
  2. 　前記抵抗発熱体は、前記セラミックプレートの複数のゾーンのそれぞれに設けられており、
    　前記端子は、前記抵抗発熱体ごとに２つずつ独立して設けられ、
    　前記導電膜は、前記抵抗発熱体ごとに２つずつ独立して設けられている、
    　請求項１に記載のシャフト付きセラミックヒータ。
  3. 　前記導電膜及び前記接続部材は、絶縁膜に覆われている、
    　請求項１又は２に記載のシャフト付きセラミックヒータ。
  4. 　前記絶縁膜は、エアロゾルデポジション膜又は溶射膜である、
    　請求項３に記載のシャフト付きセラミックヒータ。
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