JPH1064665A - 均熱セラミックスヒーター - Google Patents

均熱セラミックスヒーター

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JPH1064665A
JPH1064665A JP24143796A JP24143796A JPH1064665A JP H1064665 A JPH1064665 A JP H1064665A JP 24143796 A JP24143796 A JP 24143796A JP 24143796 A JP24143796 A JP 24143796A JP H1064665 A JPH1064665 A JP H1064665A
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JP
Japan
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circuit pattern
pattern
heater
substrate
conductor layer
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Application number
JP24143796A
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English (en)
Inventor
Yoshikazu Otani
義和 大谷
Hiroshi Mogi
弘 茂木
Isao Yanagisawa
勲 柳澤
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Shin-Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin-Etsu Chemical Co Ltd
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Publication date
Application filed by Shin-Etsu Chemical Co Ltd filed Critical Shin-Etsu Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 セラミックスからなる絶縁性基板上に発
熱体を構成する導電体層の回路パターンを蛇行状に形成
してなる均熱セラミックスヒーターにおいて、上記蛇行
状回路パターンの各U字状折り返し部が互いに直接対向
しないように回路パターンを形成してなることを特徴と
する均熱セラミックスヒーター。 【効果】 本発明によれば、発熱体を形成する回路パタ
ーンにおいて、パターンの折り返し部分同士を向かい合
わせることをなくすことによって、ヒーター面内部での
局部的な温度低下を減少させることができる。このよう
なヒーターを用いることによって、半導体プロセス、特
に大型の処理を必要とする液晶プロセスなどでは、被処
理体各部分での性能のばらつきを小さくすることがで
き、品質向上、大型化に役立つ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に半導体工業分
野で使用するのに好適な均熱セラミックスヒーターに関
する。
【0002】
【従来の技術】半導体プロセスにおいて、特にCVD
(化学気相堆積法)やスパッタ工程などでは、被加工物
の加熱を必要とする。また、液晶デバイス製造プロセス
におけるエッチング工程では、近年低温で製造できるプ
ロセスが開発されてきてはいるものの、それでも被加工
物に400℃程度の加熱をすることが必要とされてい
る。
【0003】従来より、このような被加工物の加熱に
は、カーボンやセラミックスの基材に、発熱体を構成す
る導電体として、ニクロム線やタングステン膜などを埋
め込みや巻きつけによって取り付ける構造とされてい
る。しかしながら、これらのヒーターは、それ自体の厚
さが厚くなってしまったり、均熱性という点でも問題が
多いことから、近年では基材上に導電体で構成される膜
を積層した形のヒーターが多く出てきている。
【0004】このようなヒーターは、理想的には、導電
体がヒーター面すべてをカバーする層状のものであり、
その内部に回路を構成する間隙がなく、更には温度の低
下しやすいところと、そうでないところとの膜厚を変化
させることなどによって、ヒーター面内を一様に均熱化
することが望ましい。しかしながら、現実的には面内で
導電体層の厚さを自由にコントロールすることは難し
い。また、ヒーターの回路を形成するためのパターン間
の間隙をなくし、ヒーター面すべてにわたって導電体層
を積層することは、特にヒーターが大型の場合には、小
電圧ではあるが、非常に大きな電流を必要とし、電源や
配線の問題を考えると実用的ではない。このため、発熱
体を構成する回路は、導電体層がある一定の厚さ、幅に
よって形成され、回路パターンは導電体層のない間隙に
よって与えられる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発熱体
を構成する回路は、一定幅の回路パターンを施すことに
よって、使用する電源の仕様を自由に決定することがで
きるようになった反面、各導電体層間にできる間隙によ
って、その部分での温度低下が発生し、ヒーター面内の
温度分布が導電体層のパターン状に分布してしまうとい
う問題がある。
【0006】特に、従来のヒーターには局部的な温度低
下がみられる。このようにヒーター内で局部的に温度低
下があることは、被処理体の性能のばらつきを生むこと
になり、問題がある。このため、基板のほぼ全範囲にわ
たって均熱が取れるようなセラミックスヒーターが望ま
れていた。
【0007】従って、本発明は、局部的な温度低下が可
及的に防止され、被処理体を均等に加熱することができ
る均熱セラミックスヒーターを提供することを目的とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明は、上記目的を達成するため、(1)セラミックス
からなる絶縁性基板上に発熱体を構成する導電体層の回
路パターンを蛇行状に形成してなる均熱セラミックスヒ
ーターにおいて、上記蛇行状回路パターンの各U字状折
り返し部が互いに直接対向しないように回路パターンを
形成してなることを特徴とする均熱セラミックスヒータ
ー、(2)回路パターンが、基板の中央部に縦方向に沿
って少なくとも一つのU字状パターンを形成すると共
に、このパターンの両側にそれぞれ横方向に沿って波状
パターンを形成したものである上記(1)記載の均熱セ
ラミックスヒーター、(3)基板が、石英ガラス、窒化
硼素、酸化アルミニウム及び窒化アルミニウムの少なく
とも1種から形成された上記(1)又は(2)記載の均
熱セラミックスヒーター、(4)導電体層が、グラファ
イト、炭化ケイ素、金、銀、銅、白金、ニッケル、タン
タル、モリブデン及びタングステンの少なくとも1種か
ら形成された上記(1),(2)又は(3)記載の均熱
セラミックスヒーター、(5)回路パターンを覆って石
英ガラス、窒化硼素、酸化アルミニウム及び窒化アルミ
ニウムの少なくとも1種からなる絶縁性被覆層を形成し
た上記(1)〜(4)のいずれか1に記載の均熱セラミ
ックスヒーターを提供する。
【0009】以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の均熱セラミックスヒーターは、図1,2に示し
たように、セラミックスからなる絶縁性基板1上に発熱
体を構成する導電体層2の回路パターン3を蛇行状に形
成したものであり、この場合、上記蛇行状回路パターン
3の各U字状折り返し部3aが互いに直接対向しないよ
うに回路パターン3を形成したものである。
【0010】即ち、従来のセラミックスヒーターの回路
パターン3’は、図3に示すように、基板1の中央部に
縦方向に沿って導電体層が形成されない通常5〜15m
m程度の幅の直線状絶縁部3bが形成され、その左右両
側に横方向に沿って間に直線状絶縁部3dを介在する波
状のパターン3c,3cが形成される態様が多いが、こ
の場合、上記波状のパターン3c,3cのU字状折り返
し部3a,3aが互いに上記直線状絶縁部3bのみを隔
てて直接対向した状態で形成されている。
【0011】本発明者は、この回路パターンのU字状折
り返し部3a,3aが互いに直接対向することが、ヒー
ター面内に最も顕著な温度分布を発生させるものである
ことを知見した。つまり、回路パターンを構成する導電
体層は通常5〜15mm程度の幅に形成されるが、この
回路パターンの折り返しの部分というのは、電流が最短
距離を通りやすい性質があり、その内周部の方が外周部
よりも電流が多く流れる。発熱体の温度は、電流の2乗
に比例する電力によって決まるため、その外周付近では
温度が低下する傾向がある。設計したヒーター発熱体部
分の回路に、このような折り返し部3a,3aが向かい
合っているものが含まれている場合、パターンの間の間
隙付近では、その両側が温度の低い部分になっているた
め、局部的に温度が低下してしまう。
【0012】これに対し、図3に示したような折り返し
部3a,3a同士が直接向かい合うパターンではなく、
図1に示したような、縦のパターンと横のパターンとを
組み合わせて、折り返し部3aが直接向かい合うことの
ない回路パターンに形成すれば、図3の回路パターン
3’のような不利が解消されるものである。
【0013】この場合、図1に示したように、基板1の
中央部に縦方向に沿って少なくとも1個のU字状パター
ン3eを形成すると共に、このU字状パターン3eの左
右両側に間に直線状絶縁部3dを介在する波状のパター
ン3c,3cをそれぞれ形成することが好適であり、こ
れにより温度が低下しやすい両波状パターン3c,3c
のU字状折り返し部3a,3a外周のごく近傍で、目標
温度となっているU字状パターン3eの直線部が存在す
ることになるので、ヒーター面内での局部的な温度低下
が起こりにくくなる。なお、上記両波状パターン3c,
3cの折り返し部3a,3aはU字状パターン3eを介
して間接的には対向しているが、絶縁部のみを介して直
接対向しない限り、導電体層(U字状パターン3e)を
介して間接的に対向しても、もはや局部的な温度低下は
なくなるものである。即ち、既に述べたように、回路パ
ターンの折り返し部分では、その内周部の方が外周部よ
りも電流が通りやすく、外周部では温度が低下しやす
い。従って、このような回路パターンの折り返し部分同
士を互いに向き合わせることは、これらの間の間隙付近
で局部的な温度低下を招いてしまうが、図1に示したよ
うな態様ではかかる不利は生じ難い。
【0014】なお、上記U字状パターン3eは、図1に
示すように2個連設したもの、更に1.5個、つまり1
個のU字状パターンの一端に逆U字状パターンの半分を
連設したもの(長細横S状パターン)など、種々選定さ
れるが、好ましくはU字状パターン3eの個数はパター
ンの大きさに依存して増減される。
【0015】また、本発明の回路パターン3は、図1に
示したように、横方向両端側(即ち、両波状パターン3
c,3cの外側)にそれぞれ直線状パターン3f,3f
を形成することが、同様に両波状パターン3c,3cの
外側折り返し部3a’,3a’の外周部の温度低下を保
証する点で好ましく、更に縦方向両端側(U字状パター
ン3eの折り返し部3g,3g’の外側)にも直線状パ
ターン3h,3hを形成することが同様の理由から好ま
しい。
【0016】ここで、上記基板1は石英ガラスにて形成
すると、これが耐熱性、耐熱衝撃性の優れた材質である
ため、急速な温度変化で繰り返し使用しても、クラック
や割れが発生しにくい。また、この基板1としては熱分
解窒化硼素、窒化硼素焼結体、窒化アルミニウムなどで
もよく、耐熱衝撃性としては劣るものの、安価で一般的
に用いられている酸化アルミニウムとしてもよい。
【0017】基板1の厚さとしては、基板1上の導電体
層2との熱膨張率差による反りや、基板1自体のたわみ
が発生しない程度の厚さが必要であるし、またヒーター
を構成する導電体層2からの熱が被加工物加熱面(基板
1の導電体層2側と反対側の面)に有効に伝わるほどの
薄さでなければならないことから、1〜20mm程度が
よい。
【0018】また、ここに使用される導電体層2の材質
としては、各パターン内での均熱を保てる熱伝導率の高
いもの、あるいは耐熱性のある金、銀、銅、白金、ニッ
ケル、タンタル、モリブデン、タングステン等の金属、
又はグラファイト、炭化ケイ素などが望ましい。なお、
導電体層2の厚さは通常4〜30μm程度である。
【0019】更に、発熱体にゴミが付着したり、パター
ンの間隙に導電物があたってショートしたりするのを防
ぐために、基板1上に積層した導電体層2上に更に絶縁
性被覆層4をオーバーコートするとよい。この被覆層4
を構成する材質としては、基板そのものが持っている特
徴を生かすという点や基板との熱膨張率を整合させると
いう点から、基板と同じ材質のものが好ましい。
【0020】
【実施例】以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されな
い。
【0021】〔実施例〕60mm×60mm×厚さ2.
3tの角型合成石英基板に、スクリーン印刷法にて、図
1の回路パターンでAg−Ptペーストを25μm印刷
し、これを大気中において850℃で焼付けて導電体層
を作成した。導電体層の回路パターンを形成するパター
ンの幅は4.3mm、各々のパターン間の間隙は0.7
mmとした。
【0022】次いで、このセラミックスヒーターに電気
配線を施して、被処理体加熱面として使用される導電体
層パターンの施していない方の面について放射温度計に
て温度分布を調べ、各領域とも最高温部分で400℃程
度になるように加熱し、ヒーター面内での温度の均一性
を調べた。
【0023】この場合のヒーター面内での温度分布を図
4に示す。なお、図4中の数値は温度(℃)を示す。そ
の結果、端部での熱放射により、中央から端部に向かっ
て温度低下が見られるものの、内部においては局部的な
温度低下は見られなかった。
【0024】〔比較例〕比較のために、前記実施例と同
じ方法で作成し、図3に示したように、発熱体となる導
電体層をヒーター面全体で1つの領域としたパターンを
形成し、実施例と同様に面内温度の均一性を調べた。
【0025】このヒーター面内温度分布測定を図4と同
様のレンジで行った結果を図5に示す。なお、図5中の
数値は温度(℃)を示す。この図からも明らかなよう
に、中央部から外周方向への温度低下の他に、内部にお
いても局部的な温度低下が見られることがわかる。この
局部的な温度低下は、基板中央部付近で最も大きく、図
5において、その上部から下部にかけて均熱性が損なわ
れていることがわかる。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、発熱体を形成する回路
パターンにおいて、パターンの折り返し部分同士を向か
い合わせることをなくすことによって、ヒーター面内部
での局部的な温度低下を減少させることができる。この
ようなヒーターを用いることによって、半導体プロセ
ス、特に大型の処理を必要とする液晶プロセスなどで
は、被処理体各部分での性能のばらつきを小さくするこ
とができ、品質向上、大型化に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例にかかる均熱セラミックスヒ
ーターの回路パターンを示す平面図である。
【図2】本発明の他の実施例にかかる均熱セラミックス
ヒーターの断面図である。
【図3】従来のセラミックスヒーターの回路パターンを
示す平面図である。
【図4】図1に示す実施例のヒーターの温度分布図であ
る。
【図5】図3に示す従来のヒーターの温度分布図であ
る。
【符号の説明】
1 基板 2 導電体層 3 回路パターン 3a U字状折り返し部 3a’U字状折り返し部 3b 絶縁部 3c 波状パターン 3d 絶縁部 3e U字状パターン 3f 直線状パターン 3g 折り返し部 3g’折り返し部 3h 直線状パターン 4 被覆層

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミックスからなる絶縁性基板上に発
    熱体を構成する導電体層の回路パターンを蛇行状に形成
    してなる均熱セラミックスヒーターにおいて、上記蛇行
    状回路パターンの各U字状折り返し部が互いに直接対向
    しないように回路パターンを形成してなることを特徴と
    する均熱セラミックスヒーター。
  2. 【請求項2】 回路パターンが、基板の中央部に縦方向
    に沿って少なくとも一つのU字状パターンを形成すると
    共に、このパターンの両側にそれぞれ横方向に沿って波
    状パターンを形成したものである請求項1記載の均熱セ
    ラミックスヒーター。
  3. 【請求項3】 基板が、石英ガラス、窒化硼素、酸化ア
    ルミニウム及び窒化アルミニウムの少なくとも1種から
    形成された請求項1又は2記載の均熱セラミックスヒー
    ター。
  4. 【請求項4】 導電体層が、グラファイト、炭化ケイ
    素、金、銀、銅、白金、ニッケル、タンタル、モリブデ
    ン及びタングステンの少なくとも1種から形成された請
    求項1,2又は3記載の均熱セラミックスヒーター。
  5. 【請求項5】 回路パターンを覆って石英ガラス、窒化
    硼素、酸化アルミニウム及び窒化アルミニウムの少なく
    とも1種からなる絶縁性被覆層を形成した請求項1乃至
    4のいずれか1項記載の均熱セラミックスヒーター。
JP24143796A 1996-08-23 1996-08-23 均熱セラミックスヒーター Pending JPH1064665A (ja)

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001342071A (ja) * 2000-05-26 2001-12-11 Shin Etsu Chem Co Ltd セラミックスヒータ
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KR20250032004A (ko) * 2023-08-30 2025-03-07 주식회사 제이몬 장방형 증착장치

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