JP2019117745A

JP2019117745A - ヒータ

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Publication number: JP2019117745A
Application number: JP2017251572A
Authority: JP
Inventors: 松井　猛; Takeshi Matsui; 猛松井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2019-07-18
Anticipated expiration: 2037-12-27
Also published as: JP6940401B2

Abstract

【課題】セラミック体の均熱性を高め、ヒータの耐久性を高める。【解決手段】ヒータ１０は、一方の主面が試料保持面とされた板状のセラミック体１と、セラミック体１の他方の主面に設けられた発熱抵抗体２と、発熱抵抗体２の表面に設けられており、セラミック体１に含まれる金属元素と同じ金属元素を含む被覆層３とを備えている。被覆層３は、発熱抵抗体２の表面のうち凹部２１の表面および凹部２１以外の表面の両方に設けられており、他方の主面に垂直な断面を見たときに、被覆層３は、凹部２１以外の表面よりも凹部２１の表面において厚いことを特徴とする。【選択図】図５

Description

本開示は、半導体集積回路の製造工程などで半導体ウェハ等の各試料を保持するために用いられるヒータに関するものである。

半導体製造装置などに用いられるヒータとして、例えば、特許文献１に記載の半導体製造、検査用セラミックヒータが知られている。特許文献１に開示された半導体製造、検査用セラミックヒータは、円板形状のセラミック基板と、セラミック基板の表面に設けられた発熱体とを備えている。

特開２００４−２５３７９９号公報

このようなセラミックヒータにおいては、繰り返しの使用によって発熱体が酸化してしまうおそれがあった。発熱体の酸化に伴い抵抗値が変化することにより、発熱量が変化してしまうおそれがあった。その結果、セラミック基板の表面の均熱性を高めることが困難であった。

本開示のヒータは、一方の主面に試料保持面を有する板状のセラミック体と、該セラミック体の他方の主面に設けられた発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の表面に設けられており、前記セラミック体に含まれる金属元素と同じ金属元素を含む被覆層とを備えていることを特徴とする。

本開示のヒータによれば、試料保持面の均熱性を高め、ヒータの耐久性を高めることができる。

ヒータの一例を示す断面図である。別の例のヒータのＡ部分の拡大断面図である。別の例のヒータのＡ部分の拡大断面図である。別の例のヒータのＡ部分の拡大断面図である。別の例のヒータのＡ部分の拡大断面図である。別の例のヒータのＡ部分の拡大断面図である。別の例のヒータのＡ部分の拡大断面図である。別の例のヒータのＡ部分の拡大断面図である。別の例のヒータを示す断面図である。

ヒータ１０について、詳細に説明する。

図１は、ヒータ１０の一例を示す断面図である。図１に示すように、このヒータ１０は、セラミック体１と、発熱抵抗体２と、被覆層３とを備えている。

セラミック体１は、試料を保持するための部材である。セラミック体１の形状は、例えば主面が円形状の円板状である。セラミック体１は、一方の主面が試料保持面１１である。セラミック体１は、例えば窒化アルミニウムまたはアルミナ等のセラミック材料からなる。セラミック体１は、例えば複数のグリーンシートを積層して、これを窒素雰囲気中で焼成することによって得ることができる。セラミック体１の内部には、必要に応じて静電吸着用電極が設けられていてもよい。セラミック体１の寸法は、例えば形状が円板状のときは、主面の直径を２００〜５００ｍｍに、厚みを５〜２５ｍｍにすることができる。

発熱抵抗体２は、電流が流れることによって発熱する部材である。発熱抵抗体２は、試料保持面１１に保持された試料を加熱するために設けられている。発熱抵抗体２は、セラミック体１の他方の主面に設けられている。発熱抵抗体２は、例えば複数の折返し部分を有する帯状の部材である。発熱抵抗体２は、例えばセラミック体１の他方の主面のほぼ全面に設けられている。これにより、発熱抵抗体２は、試料保持面１１のほぼ全面を均等に加熱することができる。

発熱抵抗体２の材質は、例えば金、銀、パラジウムまたは白金等の金属材料からなる。発熱抵抗体２は、例えば二酸化ケイ素等のガラス成分を含んでいてもよい。発熱抵抗体２の寸法は、例えば幅を２ｍｍに、厚みを０．０１〜０．１ｍｍに、長さを１〜１０ｍｍにすることができる。

本開示のヒータ１０は、発熱抵抗体２の表面においてセラミック体１に含まれる金属元素と同じ金属元素を含む被覆層３を備えている。これにより、被覆層３が設けられている部分において、発熱抵抗体２の表面が露出しなくなるので、発熱抵抗体２が酸化してしまい、抵抗値が変化するおそれを低減することができる。そのため、発熱量が変化するおそれを低減することができる。その結果、試料保持面１１の均熱性を高めることができる。

さらに、被覆層３がセラミック体１に含まれる成分と同じ成分を含むことによって、セラミック体１と、被覆層３が設けられた発熱抵抗体２との熱膨張差を小さくすることができる。そのため、ヒートサイクル下において、セラミック体１と発熱抵抗体２との間に応力が加わり、発熱抵抗体２がセラミック体１から剥がれるおそれを低減することができる。その結果、ヒータ１０の耐久性を高めることができる。

ここで、金属元素は、例えばセラミック体１の主成分であってもよい。セラミック体１に含まれる金属元素は、例えばセラミック体１がアルミナまたは窒化アルミニウムからなるときは、アルミニウムである。また、セラミック体１に含まれる金属元素は、セラミック体１が窒化珪素、炭化珪素からなるときは、金属元素は珪素である。

被覆層３は、図２に示すように、発熱抵抗体２の表面において、まばらに点在していてもよい。これにより、被覆層３が発熱抵抗体２の全体を覆っている場合と比較して、発熱抵抗体２と被覆層３との熱膨張差を低減することができる。これにより、発熱抵抗体２と被覆層３との間に生じる熱応力を、分散させることができる。そのため、ヒートサイクル下において、被覆層３から発熱抵抗体２が剥がれてしまうおそれを低減することができる。

また、被覆層３は、図３に示すように、一部分がセラミック体１の他方の主面に接していてもよい。この場合は、被覆層３のうちセラミック体１の他方の主面に接する部分において、セラミック体１と被覆層３との熱膨張差を低減することができる。そのため、セラミック体１と被覆層３との接点から、被覆層３が剥離するおそれを低減することができる。その結果、ヒータ１０の耐久性を高めることができる。

また、図３に示すように、被覆層３は発熱抵抗体２の表面の全体を覆っていてもよい。この場合は、発熱抵抗体２の表面の全体が酸化してしまい、抵抗値が変化するおそれを低減することができる。その結果、試料保持面１１の均熱性をより高めることができる。

また、被覆層３は、例えばセラミック体１の他方の主面を発熱抵抗体２ごと覆うように設けられていてもよい。このときに、被覆層３は、例えば厚みを０．５〜５μｍにすることができる。

被覆層３は、例えばセラミック体１がアルミナからなるときは、アルミナまたはアルミナと窒化アルミニウムとの複合化合物とすることができる。また、被覆層３は、例えばセラミック体１が窒化アルミニウムからなるときは、窒化アルミニウムまたはアルミナと窒化アルミニウムとの複合化合物とすることができる。

被覆層３は、例えばスパッタ法またはＣＶＤ法等によって、発熱抵抗体２の表面に設けることができる。セラミック体１に含まれる金属元素および被覆層３に含まれる金属元素は、例えばＸ線マイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）装置（日本電子社製、型番：ＪＸＡ−８５３０Ｆ）を用いて確認することができる。

また、被覆層３は、金属元素の酸化物を含んでいてもよい。被覆層３の金属元素が酸化することによって、発熱抵抗体２の抵抗値が変化するおそれを低減することができる。そのため、発熱量が変化するおそれを低減することができる。その結果、試料保持面１１の均熱性を高めることができる。

具体的には、例えばセラミック体１がアルミナまたは窒化アルミニウムである場合においては、被覆層３は、例えばアルミナにすることができる。なお、被覆層３が、金属元素の酸化物を含んでいることは、被覆層３の表面を例えばＸ線マイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）装置（日本電子社製、型番：ＪＸＡ−８５３０Ｆ）を用いて分析したときに、金属元素の分布と、酸素元素の分布が一致している場合には、被覆層３が、金属元素の酸化物を含んでいるとすることができる。

また、図２に示すように、発熱抵抗体２の表面には凹部２１が設けられており、被覆層３は、凹部２１の表面に設けられていてもよい。発熱抵抗体２の表面には凹部２１が設けられていることにより、ヒートサイクル下において、発熱抵抗体２の表面に生じる熱応力を低減することができる。さらに、被覆層３が凹部２１の表面に設けられていることにより、発熱抵抗体２のうち厚みが小さく、酸化による抵抗変化が速い凹部２１において、発熱抵抗体２が酸化するおそれを低減することができる。そのため、凹部２１が設けられた部位において、発熱量が変化するおそれを低減することができる。その結果、試料保持面１１の均熱性を高めることができる。

凹部２１の形状は、図４に示すような曲線状でもよいし、図５に示すように壁面２１１と底面２１２とを有する形状であってもよい。凹部２１は、例えば長さ方向を有する溝状であってもよい。なお、凹部２１はレーザートリミング等により発熱抵抗体２の表面に設けることができる。

また、図６に示すように、被覆層３は、発熱抵抗体２の表面のうち凹部２１の表面および凹部２１以外の表面の両方に設けられており、他方の主面に垂直な断面を見たときに、被覆層３は、凹部２１以外の表面よりも凹部２１の表面において厚くてもよい。これにより、発熱抵抗体２の表面のうち凹部２１の表面および凹部２１以外の表面の両方において、発熱抵抗体２が酸化するおそれを低減することができる。さらに、被覆層３は、凹部２１以外の表面よりも凹部２１の表面において厚いことにより、発熱抵抗体２のうち厚みが小さく、酸化による抵抗変化が速い凹部２１において、発熱抵抗体２が酸化するおそれを低減することができる。そのため、凹部２１が設けられた部位において、発熱量が変化するおそれを低減することができる。その結果、試料保持面１１の均熱性を高めることができる。

さらに、被覆層３は、凹部２１の表面よりも凹部２１以外の表面において薄いことにより、被覆層３と発熱抵抗体２との熱膨張差による熱応力を低減することができる。これにより、発熱抵抗体２と被覆層３との間に応力が加わり、剥がれてしまうおそれを低減することができる。その結果、ヒータ１０の耐久性を高めることができる。なお、被覆層３の厚みは、例えばキーエンス社製レーザー変位計ＬＴ−８０１０またはＬＪ−Ｖ７０２０などを用いて測定することができる。また、凹部２１の表面において、被覆層３の厚みが変化する場合においては、凹部２１の表面における被覆層３の厚みをランダムで３箇所測定したときの平均値を、凹部２１の表面における被覆層３の厚みとすることができる。

また、図７に示すように、凹部２１は、壁面２１１と底面２１２とを有しており、他方の主面に垂直な断面を見たときに、被覆層３は、凹部２１の壁面２１１よりも凹部２１の底面２１２において厚くてもよい。これにより、特に発熱抵抗体２の厚みが小さい凹部２１の底部において、発熱抵抗体２が酸化するおそれを低減することができる。そのため、凹部２１の底部において、発熱量が変化するおそれを低減することができる。その結果、試料保持面１１の均熱性を高めることができる。

また、図８に示すように、他方の主面に垂直な断面を見たときに、被覆層３は、発熱抵抗体２のうち最も薄い部分において最も厚くてもよい。これにより、発熱抵抗体２のうち最も薄い部分において、発熱抵抗体２が酸化するおそれを低減することができる。そのため、発熱抵抗体２のうち最も薄い部分において、発熱量が変化するおそれを低減することができる。その結果、試料保持面１１の均熱性を高めることができる。

また、図９に示すように、セラミック体１の他方の主面を発熱抵抗体２および被覆層３ごと覆うように接着層４を介して設けられた金属部材５をさらに備えていてもよい。これにより、発熱抵抗体２と金属部材５との濡れ性を高めることができる。そのため、発熱抵抗体２と接着層４とが剥がれるおそれを低減することができる。その結果、ヒータ１０の耐久性を高めることができる。

接着層４は、セラミック体１と金属部材５を接合するための部材である。接着層４は、セラミック体１の他方の主面と金属部材５の主面とを接合している。接着層４は、例えばエポキシまたはシリコーン等の樹脂材料を用いることができる。接着層４の厚みは、例えば０．１〜２．０ｍｍにすることができる。

金属部材５は、発熱抵抗体２で生じた熱を、接着層４を介して下面に逃がすことを目的として設けられている。ここでいう「金属」とは、セラミックスと金属との複合材料および繊維強化金属等の、金属から成る複合材料も含んでいる。一般的に、ハロゲン系の腐食性ガス等に曝される環境下においてヒータ１０を用いる場合には、金属部材５を構成する金属として、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ステンレス鋼またはニッケル（Ｎｉ）あるいはこれらの金属の合金を使用してもよい。金属部材５の寸法は、例えば直径を５０〜４００ｍｍに、厚みを１０〜４０ｍｍにすることができる。また、金属部材５の構造は、特に限定されるものではないが、気体または液体等の熱媒体を循環させるための冷却用の流路を備えていてもよい。この場合には、熱媒体として水またはシリコーンオイル等の液体あるいはヘリウム（Ｈｅ）または窒素（Ｎ_２）等の気体を用いることができる。

１：セラミック体
１１：試料保持面
２：発熱抵抗体
２１：凹部
２１１：壁面
２１２：底面
３：被覆層
４：接着層
５：金属部材
１０：ヒータ

Claims

一方の主面が試料保持面とされた板状のセラミック体と、該セラミック体の他方の主面に設けられた発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の表面に設けられており、前記セラミック体に含まれる金属元素と同じ金属元素を含む被覆層とを備えていることを特徴とするヒータ。
前記被覆層は、前記金属元素の酸化物を含むことを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
前記発熱抵抗体の表面には凹部が設けられており、
前記被覆層は、前記凹部の表面に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒータ。
前記被覆層は、前記発熱抵抗体の表面のうち前記凹部の表面および前記凹部以外の表面の両方に設けられており、
前記他方の主面に垂直な断面を見たときに、前記被覆層は、前記凹部以外の表面よりも前記凹部の表面において厚いことを特徴とする請求項３に記載のヒータ。
前記凹部は、壁面と底面とを有しており、
前記他方の主面に垂直な断面を見たときに、前記被覆層は、前記凹部の壁面よりも前記凹部の底面において厚いことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のヒータ。
前記他方の主面に垂直な断面を見たときに、前記被覆層は、前記発熱抵抗体のうち最も薄い部分において最も厚いことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のヒータ。
前記セラミック体の他方の主面を前記発熱抵抗体および前記被覆層ごと覆うように接着層を介して設けられた金属部材をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のヒータ。