JPH11317283A

JPH11317283A - セラミックヒータ

Info

Publication number: JPH11317283A
Application number: JP10122588A
Authority: JP
Inventors: Norio Okuda; 憲男奥田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 1999-11-16
Anticipated expiration: 2018-05-06
Also published as: JP3515900B2

Abstract

(57)【要約】【課題】大型でかつ高温用のセラミックヒータ１であっ
ても載置面３の温度バラツキを±１％以下に均熱化でき
るようにする。【解決手段】並列接続された２本以上の線状発熱体５か
らなる抵抗発熱群ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，・・・同士を連続
的に接続した発熱パターンＳをセラミック体２中に埋設
してセラミックヒータ１を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックヒータ
に関するものであり、特に、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタ
リングなどの成膜装置やエッチング装置に用いられるセ
ラミックヒータ、その中でも半導体製造装置用セラミッ
クヒータとして好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング
などの成膜装置やエッチング装置には、半導体ウエハ等
の被加熱物を支持しながら所定の処理温度に加熱するた
めにセラミックヒータが使用されている。

【０００３】この種のセラミックヒータは、図４（ａ）
（ｂ）に示すように、円盤状をしたセラミック体１２か
らなり、該セラミック体１２中には例えば図５に示すよ
うな１本の線状発熱体１５からなる発熱パターンＲを埋
設するとともに、上記セラミック体１２の上面を被加熱
物の載置面１３としたものがあった。なお、１６は上記
セラミック体１２中に埋設されている線状発熱体１５へ
通電するための給電端子である。

【０００４】また、このようなセラミックヒータ１１
は、セラミックグリーンシート上に導体ペーストを印刷
により図５に示すような発熱パターンＲに敷設し、該発
熱パターンＲを覆うように別のセラミックグリーンシー
トを積層してグリーンシート積層体を形成したあと焼成
することにより発熱体１５を埋設してなるセラミック体
１２を製作し、該セラミック体１２の一方の主面に研磨
加工等を施して載置面１３を形成するとともに、他方の
主面に発熱体１５と連通する凹部を設け、該凹部に給電
端子１６を接合することにより製作したものがあった
（実開平２−５６４４３号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、ウエ
ハサイズが大きくなり、当初その直径が６インチであっ
たものが８インチ、さらには１２インチと年々大きくな
っており、大型のウエハサイズに対応したセラミックヒ
ータ１１が要求されている。また、処理温度も年々高く
なり、当初４００℃程度であったものが５５０〜８５０
℃の高温が要求されるようになり、さらにはセラミック
ヒータ１の載置面における温度バラツキ（平均温度に対
する最低温度と最高温度との差）を±１％以下と、高度
な均熱性が要求されていた。

【０００６】しかしながら、前述した製法により図５に
示すような発熱パターンＲを埋設してなるセラミックヒ
ータ１１では、このような特性を満足することができな
かった。

【０００７】即ち、セラミックグリーンシート上に発熱
体１４をなす導体ペーストを印刷する工程において、印
刷機における精度の問題から印刷バラツキを小さくする
には限界があり、この印刷バラツキによって発熱体１４
の抵抗値が部分的にばらつくことから載置面１３の温度
分布をさらに均一化することは難しくなっていた。

【０００８】特に、載置面１３の温度分布は発熱温度が
高くなればなるほど、また、セラミックヒータ１１の大
きさが大きくなればなるほど均熱性が悪くなるといった
傾向があり、例えば発熱温度４００℃における温度分布
が±１％であったセラミックヒータ１１の発熱温度を８
００℃にまで上げるとその温度バラツキが±３％程度に
まで悪化するというように、従来のセラミックヒータ１
１では均熱化の要求を満足することが難しかった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、並列接続された２本以上の線状発熱体からな
る抵抗発熱群を所要箇所に形成した発熱パターンをセラ
ミック体中に埋設してセラミックヒータを構成したもの
である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図１（ａ）は本発明のセラミックヒータを示
す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、図２は図
１のセラミックヒータに埋設する発熱パターンの一例を
示す平面図である。

【００１１】図１に示すセラミックヒータ１は、発熱体
４を埋設してなる円盤状をしたセラミック体２からな
り、該セラミック体２の上面を半導体ウエハ等の被加熱
物を支持する載置面３としたものであり、上記セラミッ
ク体２の下面には上記発熱体４に通電するための給電端
子６を接合してある。

【００１２】上記セラミック体２中に埋設する発熱体４
の発熱パターンとしては、例えば図２に示すような、並
列接続された７本の線状発熱体５からなる複数個の抵抗
発熱群ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，・・・同士を連続的に接続
し、略同心円状に構成したものであり、このように略同
心円状とすることで載置面３の温度分布をより均一にす
ることができる。なお、発熱パターンＳの形状は図２に
示したものだけに限定されるものではなく、渦巻き状や
櫛歯状をしたものなどどのような形状をしたものであっ
ても構わない。また、図２では抵抗発熱群ｑ₁，ｑ₂，
ｑ₃，・・・ごとの線状発熱体５の数を７本とした例を
示したが、少なくとも２本以上であれば良い。

【００１３】そして、上記発熱パターンＳを構成する各
抵抗発熱群ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，・・・においては、抵抗
発熱群ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，・・・ごとに必要に応じて各
抵抗発熱群ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，・・・を構成する線状発
熱体５の少なくとも１本以上を切断し、各抵抗発熱群ｑ
₁，ｑ₂，ｑ₃，・・・ごとの抵抗値がほぼ一致するよ
うに調整してある。

【００１４】即ち、載置面３の温度分布は発熱パターン
Ｓを構成する線状発熱体５の抵抗値と密接な関係があ
り、各抵抗発熱群ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，・・・ごとの抵抗
値にばらつきがあると、載置面３の温度分布を均一にす
ることができないのであるが、本発明では各抵抗発熱群
ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，・・・が並列接続された複数本の線
状発熱体５からなるため、その切断する本数を調整する
ことにより各抵抗発熱群ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，・・・の抵
抗値を容易に調整することができる。

【００１５】その為、このセラミックヒータ１を発熱さ
せれば、載置面３の温度分布を極めて均一にすることが
できるため、被加熱物を均一に加熱することができる。

【００１６】このようなセラミック体２を構成する材質
としては、アルミナ、窒化珪素、窒化硼素、窒化アルミ
ニウム等を主成分として含むセラミックスを用いること
ができ、これらの中でも高熱伝導率を有するとともに、
成膜装置やエッチング装置等で使用されているハロゲン
系の腐食性ガスに対して優れた耐蝕性を有する窒化硼素
や窒化アルミニウムを主成分として含むセラミックスを
用いることが好ましい。特に、窒化アルミニウムの含有
量が９９．８重量％以上の高純度窒化アルミニウムセラ
ミックスや窒化アルミニウム含有量が９１〜９９重量％
でかつＹ₂Ｏ₃やＥｒなどの希土類元素の酸化物を１〜
９重量％の範囲で含む窒化アルミニウムセラミックスを
用いることが望ましい。

【００１７】また、上記セラミック体２中に埋設する発
熱体４を構成する材質としては、タングステン、モリブ
デン、レニュウム等の高融点金属やこれらの合金、ある
いは周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族元素の炭化物や窒化
物を用いることができる。

【００１８】次に、図１に示すセラミックヒータ１の製
造方法について説明する。

【００１９】まず、各種セラミック原料に対して溶媒や
バインダー等を添加混練して泥漿を作製し、ドクターブ
レード法等のテープ成型法にてセラミックグリーンシー
トを複数枚形成する。このうち、数枚のセラミックグリ
ーンシートを積み重ねた上に、導体ペーストをスクリー
ン印刷機等にて図２に示す発熱パターンＳに敷設する。
即ち、並列接続された７本の線状発熱体５からなる複数
個の抵抗発熱群ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，・・・同士を連続的
に接続した略同心円状とする。

【００２０】この時、スクリーン印刷機の精度の問題か
ら各線状発熱体５には厚みばらつきがあるが、本発明は
各抵抗発熱群ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，・・・を構成する線状
発熱体５の断面積をそれぞれ測定し、例えば、同一円周
上にある各抵抗発熱群ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，・・・ごとの
断面積の合計を算出し、その値の最も小さい抵抗発熱群
を基準とし、この基準となる抵抗発熱群に対して断面積
が大きすぎる抵抗発熱群については線状発熱体５を切断
して、各抵抗発熱群ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，・・・ごとの抵
抗値がほぼ一致するように調整する。

【００２１】ただし、各抵抗発熱群ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，
・・・を構成する線状発熱体５の合計断面積に対して３
０％以上切断すると、局部的にその抵抗発熱群ｑ₁，ｑ
₂，ｑ₃，・・・の抵抗値が高くなりすぎ、載置面３の
均熱性を阻害することになるため、各抵抗発熱群ｑ₁，
ｑ₂，ｑ₃，・・・の線状発熱体５を切断する場合は各
抵抗発熱群ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，・・・を構成する線状発
熱体５の合計断面積に対して３０％未満とすることが必
要である。

【００２２】また、図２に示す発熱パターンＳについて
は同一円周上に位置する抵抗発熱群ごとに抵抗値を調整
した例を示したが、発熱パターンＳを構成する全ての抵
抗発熱群の中でも最も断面積の小さな抵抗発熱群を基準
とし、この基準となる抵抗発熱群に応じて他の抵抗発熱
群ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，・・・を構成する線状発熱体５を
切断し、全ての抵抗発熱群ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，・・・の
抵抗値がほぼ一致するように調整しても良い。

【００２３】しかるのち、上記発熱パターンＳを覆うよ
うに残りのセラミックグリーンシートを積層してグリー
ンシート積層体を形成し、このグリーンシート積層体を
各種セラミックス原料を焼結させることができる温度に
て焼成することにより発熱パターンＳを埋設してなるセ
ラミック体２を製作し、得られたセラミック体２の一方
の主面に研磨加工等を施して載置面３を形成するととも
に、セラミック体２の他方の主面に発熱体４まで貫通す
る凹部を穿設し、該凹部に給電端子６をロウ付け等の手
段によって接合すれば良い。

【００２４】かくして得られたセラミックヒータ１を発
熱させれば、発熱パターンＳを構成する各抵抗発熱群ｑ
₁，ｑ₂，ｑ₃，・・・の抵抗値が調整されていること
から載置面３の温度バラツキを±１％以下に均熱化する
ことができる。

【００２５】なお、発熱パターンの構造としては、発熱
パターンの全体が抵抗発熱群ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，・・・
により連続的に構成された例を示したが、本発明におい
ては必ずしも発熱パターンの全体が抵抗発熱群ｑ₁，ｑ
₂，ｑ₃，・・・により連続的に構成されている必要は
なく、発熱パターンの所要箇所に抵抗発熱群ｑ₁，
ｑ₂，ｑ₃，・・・が連続的に形成されていれば良い。
例えば、スクリーン印刷によるバラツキが殆どない部分
がある場合には、図３に示すように印刷バラツキのない
部分を１本の線状発熱体７とし、印刷バラツキのある部
分を並列接続された２本以上の線状発熱体５からなる抵
抗発熱群ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，・・・により構成すること
ができる。この発熱パターンの場合、線状発熱体７の断
面積は、各抵抗発熱群ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，・・・を構成
する線状発熱体５の合計断面積より小さくしておき、線
状発熱体７の断面積を基準として、各抵抗発熱群ｑ₁，
ｑ₂，ｑ₃，・・・の線状発熱体５を切断して断面積が
ほぼ一致するように調整すれば良い。

【００２６】（実施例）以下、本発明の具体例について
説明する。

【００２７】純度９９．８％以上のＡｌＮ粉末に対して
溶媒、可塑剤、及びバインダーを加えて回転ミルにて２
４時間混合して泥漿を作製し、ドクターブレード法にて
ＡｌＮのグリーンシートを複数枚製作した。そして、数
枚のグリーンシートを積み重ねた上に、タングステンペ
ーストをスクリーン印刷法でもって図２に示す発熱パタ
ーンＳに敷設した。なお、各抵抗発熱群ｑ₁，ｑ₂，ｑ
₃，・・・を構成する並列接続された線状発熱体５の数
は７本とし、内側から５％、５％、１０％、２０％、２
０％、２０％、２０％の線幅とした。

【００２８】次に、上記発熱パターンＳを敷設したグリ
ーンシートの積層体をＸ−Ｙテーブル上に載置し、各抵
抗発熱群ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，・・・を構成する線状発熱
体５の断面積を測定した。この断面積の測定にあたって
は、レーザー変位計を使用し、印刷されたタングステン
ペーストの高さを測定するとともに、Ｘ−Ｙテーブルか
らの移動距離をもとにタングステンペーストの線幅を求
めて断面積を算出した。この結果は表１に示す通りであ
る。なお、表１は最外周パターンの抵抗発熱群ｑ₁，ｑ
₂，ｑ₃，・・・ｑ₂₄のみを示したものである。

【００２９】そして、得られたデータより各抵抗発熱群
ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，・・・ごとに断面積を計算し、断面
積の最も小さい抵抗発熱群ｑ₁₉を基準として基準以外の
抵抗発熱群の断面積のばらつきを求めた。この結果、表
１において基準となる抵抗発熱群ｑ₁₉の断面積に近いも
のは抵抗発熱群ｑ₆，ｑ₇，ｑ₁₈で、基準となる抵抗発
熱群ｑ₁₉の断面積に対して非常に大きいものは抵抗発熱
群ｑ₁，ｑ₂，ｑ₁₁，ｑ₁₂，ｑ₁₃，ｑ₁₄，ｑ₂₄であっ
た。

【００３０】そして、これらのデータより、各抵抗発熱
群ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，・・・の抵抗値がほぼ一定になる
ように、基準となる抵抗発熱群ｑ₁₉の断面積に対して非
常に大きい抵抗発熱群ｑ₁，ｑ₂，ｑ₁₁，ｑ₁₂，ｑ₁₃，
ｑ₁₄，ｑ₂₄を構成する線状発熱体５の少なくとも１本以
上を切断して抵抗値の調整を行った。その結果は表２に
示す通りである。この結果、断面積のばらつきが最大２
６％であったものを５％にまで小さくすることができ
た。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】そして、このように抵抗値の調整を行った
発熱パターンＳ上に残りのＡｌＮからなるセラミックグ
リーンシートを積層してグリーンシート積層体を形成
し、該グリーンシート積層体を窒素雰囲気中にて１９０
０〜２１００℃の焼成温度で１〜数時間程度焼成するこ
とにより、発熱体４を埋設してなるセラミック体２を得
た。なお、このセラミック体２の組成をＩＣＰにて測定
したところ、窒化アルミニウムの含有量が９９．８重量
％である高純度窒化アルミニウムセラミックスからなる
ものであった。

【００３４】しかるのち、上記セラミック体２の一方の
主面を中心線平均粗さ（Ｒａ）０．８μｍ以下に研磨加
工を施して載置面３を形成するとともに、上記セラミッ
ク体２の他方の主面にセラミック体２中に埋設する発熱
体４に連通する凹部を設け、該凹部にＦｅ−Ｃｏ−Ｎｉ
合金からなる給電端子６をロウ付け固定して窒化アルミ
ニウムセラミックスからなるセラミックヒータ１を製作
した。

【００３５】そこで、抵抗発熱群ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，・
・・ごとに表２のように抵抗調整した本発明のセラミッ
クヒータ１と、従来例として図５に示す発熱パターンＲ
を埋設してなるセラミックヒータ１１を用意し、それぞ
れ８００℃に発熱させて載置面３，１３の温度バラツキ
を測定したところ、従来のセラミックヒータは載置面１
３の温度バラツキが±１０％もあったが、抵抗調整した
本発明のセラミックヒータ１は載置面３の温度バラツキ
を±０．８％程度にまで抑えることができた。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、並列接
続された２本以上の線状発熱体からなる抵抗発熱群を所
要箇所に形成した発熱パターンをセラミック体中に埋設
してセラミックヒータを構成したことから、セラミック
体中に発熱体を埋設する前に発熱パターンの抵抗値を容
易に調整することができ、載置面の温度バラツキを±１
％以下にまで均熱化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の製法によるセラミックヒータ
を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図であ
る。

【図２】図１のセラミックヒータに埋設する発熱パター
ンの一例を示す平面図である。

【図３】発熱パターンの他の例を示す平面図である。

【図４】（ａ）は従来のセラミックヒータを示す斜視
図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。

【図５】図４のセラミックヒータに埋設する発熱パター
ンの一例を示す平面図である。

【符号の説明】

１，１１・・・セラミックヒータ２，１２・・・セラ
ミック体３，１３・・・載置面４・・・発熱体５，１５・・
・線状発熱体６，１６・・・給電端子ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，・・・抵
抗発熱群Ｓ，Ｒ・・・発熱パターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】並列接続された２本以上の線状発熱体から
なる抵抗発熱群を所要箇所に形成した発熱パターンをセ
ラミック体中に埋設してなるセラミックヒータ。