WO1997042792A1 - Electric heating element and electrostatic chuck using the same - Google Patents

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    • Y10T29/49082—Resistor making

Definitions

  • the present invention relates to an electric heating element, and more particularly, to an electric heating element having a structure in which a coating of a resistance heating material is melt-fused on the surface of a ceramic insulating base material.
  • the present invention relates to a structure of an electrostatic chuck, and more particularly, to a structure of an electrostatic chuck capable of rapidly and precisely controlling the temperature of a material to be processed such as a semiconductor substrate which has been electrostatically adsorbed.
  • a ceramic heater In the field of energized heating elements, it is known that when a heater circuit is baked on a ceramic plate having good heat conductivity, a planar heating element with small temperature unevenness can be obtained.
  • This type of heater called a ceramic heater, is required to have the following characteristics.
  • the heater circuit material has excellent oxidation resistance and can be used even at high temperatures.
  • the maximum operating temperature is limited by the melting point of the glass used for the binder, and it is impossible to use a high temperature such as 400 ° C to 500 ° C above 100 ° C.
  • This evening Eve has a structure in which a paste of a high melting point metal such as tungsten is printed on a ceramic green sheet in a circuit pattern, a green sheet is further laminated on the printed circuit, and then pressed and sintered integrally.
  • the final structure is a structure in which an electric heating circuit is built in a ceramic plate (both sides are baked), and both sides of the electric heating circuit are ceramic plates.
  • Electric heating metals are limited to refractory metals such as tungsten and molybdenum that do not melt at the firing temperature of ceramics. Tungsten and molybdenum have weak defects in oxidation, and the ceramic surrounding the electric heating circuit has no defect and perfect confidentiality. Required. There is a problem with long-term use at high temperatures in the atmosphere. In addition, there is a problem that evening stainless steel, molybdenum, and the like have low electric resistance and low heat generation density. There is the above-mentioned problem in Ceramic Hi every night.
  • silicides represented by molybdenum disilicide (MoSi 2 ) are very well known as materials that have extremely high oxidation resistance and can generate heat even in air and at high temperatures.
  • silicide heating elements are very brittle. Due to this brittleness, glass powder is usually mixed and sintered into a plate or rod with a certain degree of strength. However, since glass is used as a binder, there is also a problem with heat resistance. In addition, the silicide itself has the property of softening at high temperatures, and there is a problem that the heating element hangs down and is deformed.
  • the plasma processing temperature is an extremely important factor in achieving ultra-fine and high-precision plasma processing.
  • etching processing only cooling is required to prevent excessive heating of the silicon wafer to be processed (etching processing).
  • the temperature is set lower than the set temperature, and the natural temperature rise during the process is actually left to rest.
  • the solution to this problem is to increase the temperature quickly in response to the actual processing speed.
  • An adjustable mechanism is needed. In other words, a mechanism that can quickly and continuously adjust the temperature without dropping the processing bead is required.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is as follows: (1) using ceramics that have been sintered in advance as a base material, and performing either one-side baking or two-side baking of an electric heating circuit according to the purpose. 2) No pressurization is required, and the above-mentioned problem of distortion during firing of ceramics can be solved. 3) The adhesion strength between the circuit and the ceramic is high. 4) It has excellent oxidation resistance and can be used at high temperatures in the atmosphere. It is intended to provide a new type of heat-generating element that can be manufactured in a large size and a three-dimensional shape at low cost, and can be used for a heater with high resistance and high density.
  • It also aims to provide an electrostatic chuck with a new structure that can fix semiconductor substrates and other workpieces by suction, and quickly heat or rapidly raise or lower the temperature to a preset temperature and precisely adjust to the set temperature. is there.
  • the through-hole heating element of the present invention is characterized in that the microstructure of the insulating or nitride-based or ceramic-based ceramic substrate is a single-structure of silicide, a mixed structure of silicide and Si, or a microstructure of Si.
  • a coating of resistance heating material consisting of a single structure It is characterized by having a fused structure.
  • the current-carrying heating element of the present invention on the surface of the electrically insulating ceramic base material,
  • the alloy containing 0.5% or more active metal and having a microstructure of a silicide simple substance is characterized by having a structure in which a coating of a resistance heating material composed of a mixed structure of silicide and Si is fused. I do.
  • the ceramic substrate is an aluminum nitride-based ceramic and the microstructure of the resistance heating material is a mixture of silicide and Si.
  • the ceramic substrate is a silicon nitride ceramic and the microstructure of the resistance heating material is a structure in which silicide and Si are mixed.
  • the ceramic substrate is a silicon carbide ceramic and the microstructure of the resistance heating material is a structure in which silicide and Si are mixed.
  • the ceramic substrate is an oxide ceramic is preferable.
  • the oxide ceramic is an alumina ceramic and the microstructure of the resistance heating material is a silicide structure.
  • the heating mechanism is connected to the bottom of an electrostatic adsorption mechanism comprising a mysterious electric ceramic and electrodes formed on the bottom of the ceramic.
  • the heating mechanism is electrically insulating and has a linear expansion coefficient.
  • a film of an electrothermal material that is fusible to the ceramic is sandwiched between two ceramic substrates that are the same or similar, and the film has a structure in which the film is fused to the two substrates.
  • a heating mechanism is connected to the bottom surface of the electrostatic chuck mechanism, and a cooling mechanism is connected to the bottom surface of the heating mechanism.
  • the heating mechanism is electrically insulating and has two linear expansion coefficients of the same or similar. It is characterized in that a film of an electrothermal material that is fusible to the ceramic is sandwiched between the ceramic substrates, and the film has a structure in which the film is fused to the two substrates.
  • the present invention is also characterized in that the two ceramic base materials of the dielectric ceramic and the heating mechanism are aluminum nitride ceramics.
  • the above-mentioned electric heating material may be configured such that the microstructure is a metal having a mixed structure of silicide and Si.
  • FIG. 1 is a view for explaining an embodiment of a current-carrying heating element according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating another embodiment of the energizing heating element of the present invention.
  • FIG. 3 is a view for explaining still another embodiment of the energizing heating element of the present invention.
  • FIG. 4 is an explanatory view of an embodiment of a current-carrying heating element according to the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a heater circuit for a fused metal of a current-carrying heating element according to the present invention.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line AA of FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a manufacturing process of the structure of FIG.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of a structure for preventing a short circuit in a heater circuit.
  • FIG. 9 is an explanatory view of a sealing structure of a ceramic end face.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of a structure in which terminals are connected to terminals of one circuit of a heater.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram of a structure in which a terminal is connected to a terminal of an all-night circuit.
  • Fig. 12 is an explanatory diagram of the structure in which a lead wire is connected to the terminal of the heater circuit.
  • FIG. 13 is an explanatory view of an embodiment of a current-carrying heating element of the present invention.
  • FIG. 14 is an explanatory view of an embodiment of the current-carrying heating element of the present invention.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram of the embodiment.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram of the embodiment.
  • FIG. 17 is an explanatory view of a basic structure of the electrostatic chuck of the present invention (a dielectric ceramic is a sintered body).
  • FIG. 18 is an explanatory view of a basic structure of the electrostatic chuck of the present invention (a dielectric ceramic is formed as a film).
  • FIG. 19 is an explanatory view of the basic structure of the electrostatic chuck of the present invention (in which the cooling mechanism is joined to the structure of FIG. 17).
  • FIG. 20 is an explanatory diagram of a basic structure of the static chuck of the present invention (a structure in which a cooling mechanism is joined to the structure of FIG. 18).
  • FIG. 21 is an explanatory diagram of the electrode structure when the dielectric ceramic is a sintered body.
  • FIG. 22 is an explanatory diagram of the electrode structure when the dielectric ceramic is a sintered body.
  • FIG. 23 is an explanatory diagram of the structure of the electrode when the dielectric ceramic is a sintered body.
  • FIG. 24 is an explanatory view of the structure of an embodiment of the static chuck according to the present invention.
  • FIG. 25 is an explanatory diagram of the structure of an embodiment of the electrostatic chuck of the present invention.
  • FIG. 26 is an explanatory diagram of the structure of an embodiment of the electrostatic chuck of the present invention.
  • nitride As a representative of electrically insulating nitride-based and carbide-based ceramics, nitride There are aluminum carbide ceramics, silicon nitride ceramics and silicon carbide ceramics.
  • the electrically insulating nitride-based and carbide-based ceramics of the present invention include these aluminum nitride ceramics, silicon nitride ceramics, silicon carbide ceramics alone, and these ceramics and other nitrides, carbides, borides and oxides. Includes composite ceramics with ceramics.
  • nitrides and carbide ceramics aluminum nitride, silicon carbide, and their composite ceramics are most suitable for use as a base of a conductive heating element because of their excellent thermal conductivity.
  • the two ceramics do not necessarily have to be the same ceramic, but it is better to select a ceramic with an approximate linear expansion coefficient.
  • Si forms most metals and silicides, except for elements that make up a solid solution with Si, such as Ge.
  • the first silicide is formed at a certain composition.
  • the composition is defined as S i (1).
  • S i and S i (1) a structure in which the silicide phase of the metal X is mixed in the matrix of the metal X, or the matrix of the metal X
  • the structure has a mixture of silicide phases.
  • Si (1) is the richest silicide of element X and Si (2) is the richest silicide of Si.
  • This area is a mixed structure of Si and silicide.
  • the third, fourth, fifth, ... Elements are added to the above-described binary system of X—Si, the basic skeleton of the tissue itself, that is, the basic existence of silicide in the matrix
  • the typical skeleton does not change.
  • the third, fourth, fifth, ... elements are solid-dissolved in the matrix, are dissolved in silicide to form double silicides, or form other compounds and crystallize in the matrix. Or, at least the silicide (or double silicide) does not disappear from the matrix.
  • silicide is used as a generic term including the original silicide and double silicide.
  • the composition for fusing (1) Si ⁇ 5%
  • the composition ranges of (4), (3) and (5) can be used.
  • the composition ranges of 1, 3, and 4 are suitable.
  • composition of (2), (3), and (4) is not only capable of fusing to the above-mentioned electrical insulating nitride and carbide ceramics, but also
  • the coefficient of linear expansion is 4 to 8 X 10 (especially the composition range of 3 and 4 is 4 to 6 X 10 ' 6 ), and by adjusting the amount of silicide in the microstructure as necessary
  • the coefficient of linear expansion can be adjusted, matched to the ceramic of the base material, the thermal stress at the fusion interface is minimized, stable up to high temperatures, and the heating element This is extremely advantageous for preventing the separation of
  • the composition ranges (3) and (4) have the advantage that the melting temperature can be lowered because the melting point is low.
  • silicide hot Contact Omune 1000 e C or higher
  • silicide or metal having a structure containing silicide is extremely suitable as a coating to be fused to a ceramic for the purpose of a heater used at a high temperature.
  • composition ranges of 1, 3, and 2 are affected by oxidation resistance from the area of 1, and moreover,
  • the length of the resistance circuit can be shortened, and a heater with a large pet density per unit area can be obtained.
  • the range of composition of (2), (3), and (4), especially the composition range of (3) and (5), is more preferable for the energizing heating element than the area of (4).
  • Area (1) has a large coefficient of thermal expansion and low electrical resistance, so it is necessary to reduce the thickness of the coating to reduce thermal stress and increase electrical resistance.
  • the film thickness is less than 20> tm, most preferably less than 10m.
  • the fusion film exceeds 2 O ⁇ m, it is easy to peel off.
  • the X elements of the above X—Si alloy include Cr, Mo, W, Fe, Ni, Co, B, P and active metals, and Pt, Pd, Rh, Ir, Cu, Ag and other metals.
  • the silicide forming element and the like can be appropriately selected according to the purpose. These elements may be used singly or as a mixture of two or more depending on the purpose. For example, the addition of two or more elements is effective in miniaturizing silicide in the mouth mouth structure.
  • the amount of addition can be appropriately selected as long as it is within the range of forming the microstructure of (1) and (3) above, that is, the range of silicide generation, and the range of forming silicide and Si.
  • the preferred range is the range of the microstructure of (3), that is, the composition range in which silicide and Si are mixed.
  • the coefficient of linear expansion and electric resistance can be appropriately adjusted, and the melting point is low, and the ceramic can be fused to the ceramic at a low temperature. Is also advantageous.
  • an active metal element is particularly preferable among these elements.
  • Elements other than the above elements may be added as long as the microstructure is not changed.
  • an element that forms a solid solution with Si and lowers the electrical resistance of Si, or an element that penetrates into silicide and changes the properties (electrical resistance, linear expansion coefficient, melting point, etc.) of the silicide is intended May be added as appropriate.
  • a structural Si raw material in which trace elements (Fe, P, Al, C, etc.) are contained in the Si raw material used. It is also effective to adjust the electrical resistance by adding a trace amount of trivalent, pentavalent elements such as B, A1, and P, or other elements to the high-purity silicon raw material. .
  • B and P are also dissolved in Si in a trace amount and form silicide at the same time.
  • Si is originally a semiconductor and has a very high resistance
  • trace elements regarded as impurities significantly improve the conductivity of Si, and thus the Si raw material of the present invention contains the trace elements as described above.
  • Si is rather preferred.
  • silicidation A good example of an element for changing the characteristics of the silicide from entering (electric resistance, linear expansion coefficient, melting point, etc.) in the object is to penetrate into the MO S i 2 (Mo 5 Al 3) becomes S ⁇ 2 A1 may form double silicide. In this case, Mo S i 2 a melting point 2060 ° C falls 1800 e C.
  • Ge is an element with the same properties as Si, and can form a solid solution in all proportions without producing silicide with Si, so it can be added as appropriate according to the purpose and application. It is effective as a controlling element for melting point and electric resistance.
  • Active metals are elements that promote wetting and diffusion in ceramics.
  • the effect of improving the wettability is apparent from the addition of a small amount of about 0.1%, but in order to obtain a practical effect, the addition of 0.5% or more is preferable.
  • the amount of Si decreases relatively as the amount of active metal increases.
  • silicide having a composition of Ti 3 Si is generated at around 84%.
  • Ti A silicide called Ti Si 2 is generated at around 46%.
  • T i is less than 46%, i.e. S i exceeds 54% when T i S i 2 and S i of the eutectic appears. Therefore, the area of 1 is the range from T i: 84% to 100%.
  • the area (2) has a T i of 46 to 84%, and the area (3) has a range of 0.5% to less than 46%. Therefore, S i—T i binary alloys Taking into account oxidation resistance in the air, the upper limit of Ti is approximately 84%. Of course, if the third, fourth,... Elements are added, the upper limit value naturally changes.
  • Si may be replaced with an oxidation resistance-imparting element such as Cr.
  • an oxide ceramic can be selected for the base material.
  • the type of the oxide ceramic may be appropriately selected so that the coefficient of linear expansion matches the coefficient of linear expansion of the metal to be fused.
  • the type may be appropriately selected from oxides having a linear expansion coefficient in a range of approximately 3 to 9 X 10.
  • the composition of the fused metal is most preferably a silicide composition (2). Since the linear expansion coefficient of the silicide generally distributed in the range of 5 to 9 X 1 0- 6, it is possible to select an approximation to that of the substrate ceramic from these, ensure consistency of linear expansion coefficient be able to.
  • the bonding layer is mainly ceramic heating element undissolved in fusion materials as required for the adjustment of electric resistance (S i C, Z r 0 2 , etc.) or other powder of an insulating ceramic, fiber
  • a powder, a fiber, a high-melting metal powder, a fiber, or the like, which is hardly soluble in the fusion metal for example, a heating element of an intermetallic compound such as a high-melting silicide or a boronide may be mixed.
  • the powder and the fiber of the heating element may be combined with the fusion material as a binder and simultaneously fused to the base ceramic.
  • the fusion material can also be used as a brazing material, and can be used by bonding ceramic, metal, and intermetallic compound heat generating resistor foils, plates, and wires to a ceramic substrate.
  • a brazing material can be used by bonding ceramic, metal, and intermetallic compound heat generating resistor foils, plates, and wires to a ceramic substrate.
  • metal foil add metal foil such as W, Mo, etc. to two ceramics. By pinching and wrapping the whole surface with brazing material, the problem of oxidation resistance of W and Mo can be solved at the same time.
  • the thickness of the fused film is approximately the number !! A range of! ⁇ 500 m is preferred.
  • the resistance heating film of the present invention can be either a single-sided fusion type in which one ceramic substrate is fused to one side, or a double-sided fusion type in which the ceramic is sandwiched between two ceramics and fused to both ceramics. Applicable.
  • the molten metal may penetrate into the gap between circuits and short-circuit the circuit.
  • the gap between the two ceramics between circuits is made wider than the thickness of the fused metal film, it is effective in preventing short circuits.
  • a groove is formed in advance between the circuits before the fusion, and the circuits are overlapped and fused.
  • a metal film to be fused may be formed on the fusion surface by a film forming means such as thermal spraying, sputtering, PVD, CVD or the like, and this may be heated, melted or fused.
  • a film forming means such as thermal spraying, sputtering, PVD, CVD or the like, and this may be heated, melted or fused.
  • some of the components may be formed into a film, and the other elements may be melted and fused by powder coating or metal foil sticking.
  • the atmosphere for fusion is preferably vacuum, reduction, or inert atmosphere.
  • the resistance heating film is The two-sided fusion type is superior in thickness uniformity, flatness and uniform fusion. Also, in the single-side fusion type, if the coefficient of linear expansion between the ceramic substrate and the resistance heating film is different, the ceramic may be slightly deformed after fusion. In addition, the ceramic surface may be slightly deformed during heating. On the other hand, when fusion is performed between two ceramics having the same or similar linear expansion coefficients, deformation does not occur after fusion even if there is a slight difference in the linear expansion coefficient between the resistance heating film and the ceramic substrate. Also, there is a feature that no deformation occurs during heating. From the viewpoint of uniform heating and uniformity of temperature distribution, a double-sided fusion structure is preferable.
  • the double-sided fusion bonding structure only the portion (end face) corresponding to the thickness of the fusion film is exposed to the outside of the heat generating circuit, which is an extremely preferable structure in terms of contact resistance and oxidation resistance. Furthermore, the exposed part of the part corresponding to the thickness is coated with a ceramic film by the sol-gel method, or an inorganic adhesive is filled in the gap, glass is sealed, or the periphery of the ceramic substrate is fused It can be protected from the outside by sealing it with metal.
  • the fusion temperature must be at least the temperature at which the melt appears, that is, the solidus temperature or higher, and most preferably the liquidus temperature or higher.
  • the Si raw material for the fusion metal can be appropriately selected and used, from Si for semiconductor use to Si used for component adjustment of metal oxide.
  • trace elements such as Fe, C, P, and A1 are contained, and these trace elements improve the conductivity of Si, and are effective for the present invention.
  • Si P-type semiconductor, N-type semiconductor
  • impurities for semiconductor use is added is also effective in the present invention.
  • FIGS. 1 to 3 are diagrams illustrating an embodiment of a single-sided fusion bonding structure according to the present invention.
  • Fig. 1 shows a structure in which a silicide or silicide + Si or Si film is fused to the entire surface of a pive-shaped ceramic substrate.
  • Fig. 2 shows a spiral silicide or
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a structure in which a silicide + Si or Si film is fused
  • FIG. 3 is a structure in which a circuit pattern is fused to a plate-shaped ceramic base material.
  • Fig. 1 is a substrate made of ceramic pipe such as aluminum nitride, silicon nitride, alumina, chromia, etc.
  • 2 is a silicide fused to the substrate, or a fusion of silicide + Si or Si. Layer.
  • Both ends of the fusion layer are connected to conductors connected to an external power source by mechanical or metallurgical means.
  • FIG. 2 shows an example in which a spiral fusion film is formed on a round bar base material
  • FIG. 3 shows an example in which a wiring circuit pattern fusion film is formed on a plate-like base material.
  • These patterns may be formed by applying a fusion metal powder in the form of a pattern and fusing it, or by forming a fusion film once on the entire surface and removing unnecessary parts by etching, blasting, etc.
  • the target pattern may be formed by removing the portion.
  • FIGS. 5 to 16 are views for explaining an embodiment of the double-sided fusion bonding structure of the present invention.
  • Fig. 5 is a diagram showing an example of a heater circuit of fused metal.
  • the actual structure is a structure in which this heater and heater circuit is sandwiched between two ceramic substrates and fused to both sides of the ceramic. .
  • FIG. 6 shows a structure in which such a heater circuit is sandwiched between two ceramic substrates, and is a cross-sectional view taken along line AA.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a manufacturing process of the structure of FIG.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a structure for preventing a short circuit in a heater circuit.
  • the heater circuit 3 for the fused metal is sandwiched between the two ceramic substrates 4 and 5 and is fused.
  • the fused metal not only serves as a heater circuit, but also as a brazing filler metal joining the two ceramics.
  • the circuit is formed by, for example, the following method.
  • One or both of the two ceramics are coated with a film of the fusion metal on the circuit pattern, and the two ceramics are superposed, heated, melted and fused.
  • the film of the fusion metal is formed by a method such as sputtering, PVD, or CVD.
  • (3) Draw a circuit pattern using a compromise between (1) and (2), that is, using both film deposition and powder application, and heat and melt to fuse. Or
  • a fusion film is formed by fusing a metal to the bonding surface of each ceramic beforehand, and this film is removed by a method such as shot blasting to form a circuit pattern.
  • the two ceramics with the pattern are superimposed on each other in good alignment, heated and re-melted to join the two ceramics. And so on.
  • a metal is fused in advance to each ceramic bonding surface to form a fusion film 6, and this film is removed by a method such as shot blasting or etching to form a circuit pattern. After forming, superimpose, power! ] It is also possible to use a method of heating (pressing and heating as necessary) and sintering at a temperature below the melting point.
  • the fused metal may penetrate laterally and short-circuit the circuit. As the metal film becomes thicker, a short circuit is more likely to occur.
  • a groove 7 may be formed in the gap between the circuits to widen the gap between the ceramic plates.
  • the fusion of the sealed closed circuit 8 is performed at the same time as the fusion of the heater circuit, and the same metal as the fusion metal of the heater circuit may be fused. What is necessary is just to use the material which can be fused under fusion conditions.
  • solidification may be performed by impregnating with a ceramic adhesive. Further, glass may be fused.
  • FIG. 9 shows that the heater circuit fusion metal is applied to one or both of the two ceramics as shown in the figure, and at the same time, the heater circuit fusion metal is
  • FIG. 3 is a diagram showing a structure in which a material that can be fused under the same fusion conditions as a fusion metal of a heater circuit or a fusion metal of a heater circuit is applied, overlapped, and simultaneously heated and fused.
  • Both the heater 1 circuit and the closed circuit 8 are shown in dotted lines because they are hidden in the ceramic and do not appear in the table.
  • the heater circuit and the closed circuit are electrically insulated from each other.
  • connection structure is effective for connecting the terminal of the heater circuit to the external power supply.
  • (1) Solder a metal terminal having a linear expansion coefficient similar to the linear expansion coefficient of the ceramic substrate used, and connect the metal terminal to the lead wire.
  • FIG. 10 shows a structure in which terminal metal is directly attached to a terminal of the circuit
  • FIG. 11 shows a structure in which the terminal of the circuit is drawn out to the outer surface of the ceramic base material and is attached to the outer surface.
  • two holes (for a single phase) and three holes (for a three phase) for drawing out the circuit are drilled in one side of the ceramic base material, and the metallized metal is applied along the inner surface of the hole with the fusion metal to reach the circuit outside. Pull out and braze it where it was pulled out.
  • a structure may be used in which a lead wire made of a metal (Mo, W, etc.) is inserted directly, the gap between the lead wire and the hole is filled with a piece of material, and the terminal of the circuit is directly brazed. Or make the hole a small diameter hole, fill the hole with the fusion metal, conduct to the outside, and braze to the lead wire.
  • a lead wire made of a metal Mo, W, etc.
  • the ceramic piece 9 may be joined to the heater-circuit, a lead wire may be inserted into the hole of the piece 9, brazed and fixed.
  • the terminals When forming the circuit using the fusion metal itself, the terminals may be brazed at the same time, or after the circuit is formed, a high-temperature brazing agent with excellent oxidation resistance, such as Ni brazing, may be used. May be attached.
  • a high-temperature brazing agent with excellent oxidation resistance such as Ni brazing
  • the terminal material is Mo, W, or aluminum nitride ceramic, silicon nitride ceramic, silicon carbide ceramic.
  • a terminal of a composite material formed by impregnating a porous ceramic body with a fusion metal is also suitable.
  • Metal terminals and lead wires may be appropriately selected from solid materials, bundled wires, laminated foils, and woven fabrics.
  • the heating mechanism of the present invention comprises an electrically insulating ceramic material having the same or similar linear thermal expansion coefficient and a film of an electrothermal material fusible to the ceramic sandwiched between two ceramic substrates. It consists of a ceramic heater that has a structure fused and fused to a ceramic heater.
  • a Si-based alloy is preferable.
  • Si produces most metals and silicides.
  • X is an element that forms silicide with Si
  • the basic change of the mouth structure due to the change of Si in the X—Si alloy is as follows.
  • the first silicide is formed at a certain composition.
  • its composition be S i (1).
  • S i and S i (1) a structure in which the silicide phase of the metal X is mixed in the matrix of the metal X, or the matrix of the metal X
  • the structure has a mixture of silicide phases.
  • Si (1) is the richest silicide of element X
  • S i (2) is the richest silicide of Si.
  • this area is a mixed structure of one or more silicides.
  • This area is a mixed structure of Si and silicide.
  • the third, fourth, fifth, ... Elements are added to the above-described binary system of X—Si, the basic skeleton of the tissue itself, that is, the basic existence of silicide in the matrix
  • the typical skeleton does not change.
  • the third, fourth, fifth, ... elements are solid-dissolved in the matrix, are dissolved in silicide to form double silicides, or form other compounds and crystallize in the matrix. Or, at least the silicide (or double silicide) does not disappear from the matrix.
  • the expression “silicide” is used as a generic term including the original silicide and double silicide.
  • the composition ranges (2) and (3), especially the composition range (3) are suitable.
  • the ceramic base material aluminum nitride-based and silicon nitride-based ceramics are preferable in the composition range of (3), and aluminum nitride-based ceramic is particularly preferable.
  • alumina-based ceramic is preferable.
  • ⁇ ⁇ Si single structure is not preferred as an electrothermal alloy because its electrical resistance is too high.
  • alumina ceramic can be used as the base material.
  • Both 2 and 3 have excellent oxidation resistance in air and at high temperatures (100 ° C or more)
  • Aluminum nitride, silicon nitride, and alumina are selected for the fusion of the electrothermal alloy.
  • the linear expansion coefficients of (2) and (3) are close to those of alumina, aluminum nitride, and silicon nitride. This is because thermal stress at the fusion interface can be minimized.
  • the X elements of the above Si—X alloy include Cr, Mo, W, Fe, Ni, Co, B, P and active metals, and Pt, Pd, Rh, Ir, Cu, Ag and Other silicide forming elements and the like can be appropriately selected according to the purpose. These elements may be used singly or as a mixture of two or more depending on the purpose.
  • active metal elements are active metal elements.
  • Active metals are elements that promote wetting and diffusion in ceramics.In the present invention, active metals activate V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, Y, Mn, Ca, Mg, rare earth elements, aluminum, etc. Expressed as metal.
  • the fusion film to be fused can be smoothed, flattened, and thinned, and a uniform and large electric resistance film can be obtained, and the fusion strength is also improved.
  • the effect of improving the wettability is apparent from the addition of a small amount of about 0.1%, but in order to obtain a practical effect, the addition of 0.5% or more is preferable.
  • the area of 2 is 46% (TiS i 2 ) ⁇ T i ⁇ 75% (T isS i 3 ).
  • Area of 2 is, 40% (Z r S i 2) ⁇ T i ⁇ 93% (Z r 4 S i) 3 silicide sections of the Z rS i 2, S i + Zr S i 2 microstructure .
  • the most preferred ranges are S i-T i alloy, T i: 10 to 25%, and S i -Z r alloy, Z r: 10 to 30%. In addition, all are weight%.
  • the above-described ceramic substrate is integrally joined to the bottom surface of the suction mechanism of the electrostatic chuck according to the present invention, so that an object to be processed such as a semiconductor substrate which has been sucked can be quickly moved. Can be heated quickly.
  • a cooling mechanism is added to the bottom surface of the heating mechanism by adding a cooling function, and precise temperature control becomes possible by using both heating and cooling.
  • the order of the cooling mechanism, the heating mechanism and the electrostatic suction mechanism is an essential condition.
  • the cooling mechanism enters between the heating mechanism and the electrostatic adsorption mechanism, and the gap in the cooling circuit of the cooling mechanism becomes a heat insulating layer, and heating is performed. Since the heat transfer from the mechanism to the electrostatic attraction mechanism is hindered, there is a problem that the rate of temperature rise is slow when the substrate is heated. In other words, in actual processing, the time during which the temperature changes from low to high and high to low is a complete loss time, and an increase in this loss time leads to a decrease in productivity. By reversing the order, the loss time during heating increases, causing a significant drop in productivity.
  • the expression “integral coupling” of the electrostatic attraction mechanism, the heating mechanism, and the cooling mechanism means the following.
  • this corresponds to a case where a dielectric ceramic is formed on a ceramic heater by film formation. That is, when an electrode metal film is formed on the ceramic heater and a dielectric ceramic film is further formed thereon, or a ceramic electrode plate is bonded on the ceramic heater, and This is where the dielectric ceramic film is formed.
  • Metal-to-metal is in the category of metallurgical joining, but sintering, or sintering of combinations of metal-ceramic and ceramic-ceramics that do not fall into the category of metallurgical joining.
  • the electrostatic chucking mechanism of the present invention means a so-called electrostatic chucking mechanism of an electrostatic chuck.
  • the electrostatic attraction mechanism is a general term for a structure mainly composed of a dielectric ceramic and a structure including an electrostatic induction electrode formed on the back surface of the ceramic.
  • the main part is a structure combining a dielectric ceramic and an electrostatic induction electrode formed on the back of the ceramic.
  • the structure mainly composed of a dielectric ceramic, an electrostatic induction electrode formed on the back surface of the ceramic, and a ceramic insulating plate lining the back surface of the electrode is a suction mechanism.
  • the dielectric ceramic is a dielectric ceramic sintered body, or a dielectric ceramic film, that is, a dielectric ceramic film formed by thermal spraying, or a thin film treatment such as sputtering or CVD, or Any of those formed by other film forming processes can be selected.
  • the dielectric ceramic is not limited to only a ceramic having a particularly high dielectric constant. In view of the phenomenon that even if the thickness of ordinary electric insulating ceramics is reduced, the attraction force increases, the general dielectric ceramics having a low dielectric constant in the present invention are also included in the category of "dielectric ceramics".
  • the material of the dielectric ceramic is ceramic. It is preferable to use the same ceramic as the heater or to select one having the same or approximate linear expansion coefficient. That is, when the ceramic capacitor is made of aluminum nitride, it is preferable to select the same aluminum nitride-based ceramic or one having the same or approximate linear expansion coefficient.
  • a normal electric insulator ceramic having a low dielectric constant is used as the dielectric ceramic (for example, when aluminum nitride is used as the dielectric ceramic)
  • a high dielectric constant ceramic for example, when using aluminum nitride as the dielectric ceramic
  • Addition of (titania) component is also effective.
  • a heating mechanism (ceramic heater) is connected to the back of the electrostatic attraction mechanism.
  • the heating mechanism that is, the ceramic surface of the ceramic heater may be used as an insulator at the back of the electrostatic attraction mechanism. .
  • a layer of a different material may be inserted into the connection surface for the purpose of buffering stress.
  • the “electrostatic chucking mechanism” of the present invention is a generic term including these inserted layers.
  • a coolant circulation path is provided in the base material, and liquid and gas cold soot is circulated in the coolant circulation path for cooling.
  • a groove is formed in the base material, or a conduit is embedded in the base material, or a partition plate is spirally wound, and blind plates are joined to both end surfaces to form a spiral circulation path, or
  • the structure incorporating the pipe is formed by various methods, such as forming a metal structure or by welding, or the structure incorporating the pipe is formed of a ceramic sintered body.
  • any of a metal having good thermal conductivity, ceramics, or a composite material of metal ceramics may be used.
  • the metal / ceramic composite material automatically changes its coefficient of linear expansion by changing the ratio. This is advantageous in reducing the residual stress at the joint.
  • it is effective to insert layers of different materials for the purpose of relaxing residual stress.
  • Example 1 double-sided fusion type
  • Ceramic substrate Uses four types of substrates: aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, and alumina. Silicon carbide has electrical resistance of 10 11 ⁇
  • Substrate dimensions 10x30x0.6 mm plate.
  • Fused metal Formulated on the above ceramic substrate (aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, alumina) with the following composition (Table 1) with a width of 2 mm and a length of 22 mm as shown in Fig. 13
  • the metal powder thus obtained was mixed with an ethanol solution of polyvinyl alcohol to form a paste.
  • the same ceramic substrate with holes (01 mm) at both ends shown in Fig. 14 was overlaid and dried. Then, it was melted by heating and fused as shown in FIG. The distance between the holes is 20 mm.
  • the raw material for Si is a powder obtained by crushing a semiconductor substrate and a powder of 99.999% purity (Al, Mg, Ca, Na ⁇ 1 ppm).
  • the powder obtained by crushing a semiconductor substrate is B-doped P-type Si.
  • the resistance value of the B-doped P-type Si is 0.0 to 0.0 IQ'cm. Samples using the B-doped P-type Si were labeled “P-type Si”, and those without the label were powdered with 99.999% purity.
  • Heating atmosphere is vacuum (5 X 10- 5 T orr) and argon. Fusion
  • the microstructure of the deposited metal is the range of the microstructure of 1, 3, and 4 above, that is, the range of formation of silicide, the range of formation of Si and Si mixed structure, and the three composition components of Si single structure. I chose.
  • Double silicide Base material A LN is aluminum nitride
  • SiC silicon carbide
  • SiN is silicon nitride
  • Atmospheres are argon atmosphere for No. 1 and 18 and vacuum atmosphere for others
  • Example 1 An AC voltage was applied to the sample of Example 1 to perform a heating test. Heated to 500 in 5 minutes and allowed to cool to room temperature. This was repeated 100 times. None of the samples had peeling or cracking of the heater.
  • Heater circuit fused to one side of ceramic substrate only (single-sided fusion structure) and structure fused to both ceramics sandwiched between two substrates (double-sided fusion structure)
  • the thickness unevenness (irregularity, flatness), width unevenness, and surface properties were compared.
  • Ceramic substrate plate with dimensions 100 x 100 x 0.6 mm of aluminum nitride substrate.
  • Fused metal Two components with different wettability are selected as the fused metal. High purity Si (99, 99%) and Si—25% Ti were selected and compared.
  • the Si powder (particle size: 325 mesh under) was mixed with an ethanol solution of polyvinyl alcohol to form a paste, which was printed on the surface of the aluminum nitride substrate in a circuit pattern shown in FIG.
  • the width of the circuit is 10 ⁇ , and the distance between the circuit and the circuit is 5 mm.
  • the high-purity Si sample was heated to 1450 ° C and fused.
  • the sample of S i-25% T i was heated to 1400 ° C and fused.
  • the coating of the high-purity Si sample was swelled and became a coating with irregularities. Ma It was also observed that the width of the circuit pattern was also narrower than the originally printed width.
  • the sample of S i—25% T i formed a flat film with almost no irregularities.
  • the width of the circuit pattern was almost the same as the originally printed width.
  • the double-sided fused sample sandwiched between two ceramics was coated on both sides of the high-purity Si sample and the Si-25% Ti sample because the sample was sandwiched between the ceramic plates from both sides. It was completely fused without climbing, and a flat film without unevenness was formed. In addition, the width of the circuit pattern was fused almost as wide as the originally printed width.
  • the powdered metal prepared in the above composition is mixed with a solution of polyvinyl alcohol in ethanol to form a paste, which is then cut into pieces of the above ceramic plate (lower plate).
  • a solution of polyvinyl alcohol in ethanol was then cut into pieces of the above ceramic plate (lower plate).
  • a single-sided fused sample was prepared by coating the entire surface of the above ceramic plate on one side, drying, heating and melting at 1400 ° C in vacuum (5 x 10 s Torr). .
  • the double-sided fusion structure was found to be more effective in preventing deformation during heating than the single-sided fusion structure.
  • Ceramic substrate Uses three types of substrates: aluminum nitride, silicon carbide, and silicon nitride. Use silicon carbide with air resistance of 10 11 ⁇ -cm.
  • Substrate dimensions 10x30x0.6 mm plate.
  • Fused metal As shown in Fig. 4, one side of the above ceramic substrate
  • a 2 mm wide, 22 mm long metal powder prepared according to the following composition (Table 2) was mixed with a polyvinyl alcohol ethanol solution to form a paste, which was applied very thinly and dried. Heated, melted and fused.
  • the raw material of Si is a powder obtained by crushing a semiconductor substrate, and 99.999 % Pure powder was used.
  • the powder obtained by crushing a semiconductor substrate is a B-doped P-type Si.
  • the resistance value of the P-type Si subjected to B doping is 0.0 to 0. IQ'cm.
  • Heating atmosphere is argon and vacuum (5 x 10 '5 To rr ).
  • microstructure of the fused metal is in the range of microstructures 1, 3, and 4 above, namely, the range of silicide formation, the range in which silicide and Si mixed structure are formed, and the three compositions of Si single structure. I chose. Electrical resistance was measured at a distance of 20 mm.
  • the mixture was heated to 50 (TC in 105 minutes and allowed to cool to room temperature. This was repeated 100 times.
  • Example 5 An oxidation resistance test of the fused metal was performed.
  • the sample of Example 5 was heated to 1000 for 5 hours.
  • Ceramic substrate Aluminum nitride
  • Substrate dimensions 10x25x0.6 mm plate.
  • the ceramic plate (lower plate) was sputtered on top of TiO.5 ⁇ m and Ti over 4 / m over a range of 2 mm wide and 22 mm long on one side.
  • C Both ends shown in Fig. 14 A lmm diameter hole (distance between holes: 20mm)
  • One side of the same 25-digit ceramic plate is 2mm wide and 22mm long, with 1 "; 1 at 0.5Aim, and Si over 4m with 4m I did it.
  • An electrode terminal was inserted through a 1 mm diameter hole of the fused sample, and the electrical resistance was measured. As a result, it was 10 ⁇ .
  • the present invention can be basically divided into four structures.
  • a dielectric ceramic is formed by a sintered body (Fig. 17).
  • the other is a structure in which a dielectric is formed by a film forming method, such as thermal spraying, CVD, PVD, sputtering, or another film forming method (Fig. 17). It has a structure in which a cooling mechanism is joined to a heating mechanism (Figs. 19, 20). FIGS. 17 to 20 illustrate these situations.
  • Fig. 17 shows the sintered body of the dielectric ceramic of the electrostatic attraction mechanism
  • Fig. 18 shows the dielectric ceramic of the electrostatic attraction mechanism formed by film formation
  • Fig. 19 shows the structure of Fig. 17 with the cooling mechanism joined.
  • FIG. 20 shows a structure in which a cooling mechanism is joined to the structure of FIG.
  • the dielectric ceramic is a sintered body, it can be divided into two structures depending on how the electrodes are formed.
  • One is a structure in which ceramic and electrodes are integrally sintered as shown in Fig. 21.
  • the electrodes are wrapped in a ceramic.
  • the other is a structure in which the sintered body is brazed one by one as shown in Fig. 22, and the brazed layer also serves as an electrode.
  • the electrothermal alloy of the ceramic heater may be directly fused to one surface of the dielectric ceramic. That is, as shown in FIG. 23, the ceramic on one side of the heater may be replaced by one side of the dielectric ceramic.
  • Example 8 Structure: Structure of FIG. 24
  • Dielectric adsorption mechanism Uses aluminum nitride discs (650 x 0.2 mm thick)
  • Heating mechanism Uses two ⁇ 50 x 1 t aluminum nitride plates.
  • the electrothermal alloy uses a microstructured alloy of S i + T i S i 2.
  • One side of two aluminum nitride plates (05 Ox 1 t) is printed with an Si-25% Ti alloy powder in an electric heating circuit pattern, and after pre-sintering, the two sheets are overlaid, and in vacuum, 1430 Melted and fused at ° C.
  • the thickness of the electrothermal alloy film was 100 ⁇ D.
  • the same Si—25% Ti alloy as the electrothermal alloy was used for joining the aluminum nitride plate of the dielectric adsorption mechanism and the heater. Bonding was performed at the same time when the heater was bonded.
  • the bonding metal was used as the electrode (single pole).
  • Heating starts at room temperature (20 ° C), and the heater is energized.
  • the wafer surface is 700 in 60 seconds. C could be heated.
  • the surface temperature of one surface of the silicon wafer could be maintained within the range of 700 ° C ⁇ 5 eC .
  • the dielectric adsorption mechanism and ceramic capacitor were manufactured in the same manner as in Example 8.
  • As the electrothermal alloy a Si—20% Zr alloy was used. They were joined in a vacuum 1430 e C. The thickness of the electrothermal alloy was 100 ⁇ m.
  • the electrodes used the bonding metal layer as a single electrode.
  • the aluminum nitride heater and cooling mechanism were directly brazed with silver solder containing Ti.
  • a 50% W-50% aluminum nitride (volume%) composite sintered disk 50 X lmm) is interposed between the aluminum nitride heater and the tungsten cooling mechanism for buffering stress. Joined.
  • Electrostatic attraction A DC voltage of 700 V was applied between the electrode and the silicon wafer to attract the two-inch silicon wafer to the surface of the dielectric ceramic.
  • Heating Start heating from 0 ° C. The heater was energized, and the wafer surface could be heated to 100 ° C in 25 seconds.
  • the surface temperature of the silicon wafer could be kept in the range of 50 "C ⁇ 1 ° C by using water cooling simultaneously with the heating of the heater.
  • Example 10 Structure: Structure of FIG. 26
  • Dielectric adsorption mechanism Uses an aluminum nitride disk (050 x 2 mm thick) in which a tungsten electrode film is simultaneously fired inside the ceramic.
  • Aluminum nitride surface on the back (non-adsorption side) of the aluminum nitride disk with a built-in electrode film An electric heating circuit made of an electric heating alloy (31-15% 11 11 alloy) is printed on the surface, and aluminum nitride ( ⁇ 50X1t) is further superimposed on the printed surface, and the vacuum is applied to 1430.
  • C was melted to fuse the aluminum nitride disk with the built-in electrode film and the aluminum nitride plate.
  • the thickness of the electrothermal alloy J5 was approximately 100 microns.
  • One side of an aluminum plate (050 x 25 mm thick) is machined with a spiral coolant circulation groove, and backed by an aluminum plate (05 O x 5 mm thick).
  • a cooling jacket with a brazed (aluminum brazed) structure was used.
  • a Mo plate (501 mm) was sandwiched between the aluminum nitride heater and the cooling mechanism for the purpose of buffering stress, and the aluminum nitride heater and Mo, Mo and the cooling mechanism were both soldered with indium solder.
  • Electrostatic attraction A DC voltage of 700 V was applied between the electrode and the silicon wafer to attract the 2-inch silicon wafer to the surface of the dielectric ceramic. Heating
  • the surface temperature of the silicon wafer could be kept within a range of 50 ° C ⁇ 1 ° C by using water heating and heating together with the heater.
  • the electrostatic chuck of the present invention can rapidly raise and lower the temperature of a silicon wafer and can maintain a uniform temperature.
  • the electric heating element of the present invention is an electric heating element having a composite structure in which a film of an electric heating material of silicide, Si or a mixed structure of silicide and Si is fused to ceramic Si. It is a material that improves the brittleness of electrothermal materials and the drawback of softening at high temperatures, and is also thinner, which improves the adhesion strength, peeling resistance, and oxidation resistance in air of heat-resistant coatings. Excellent, withstands rapid heating, high temperature heating, It has the advantages of excellent durability, simple structure and low cost, and is an industrially significant invention.
  • the electrostatic chuck of the present invention is characterized in that the temperature of the semiconductor substrate surface can be raised and lowered in an extremely short temperature cycle, and can be expected to greatly contribute to improvement in productivity, quality improvement in plasma processing, film formation processing and the like. Things.

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Description

明 細 書 通電発熱体及びそれを用いた静電チヤック 〔技術分野〕
本発明は、 通電発熱体にかかわり、 さらに詳しくは、 セラミック絶縁 基材の表面に抵抗発熱材料の被膜が溶融融着した構造の通電発熱体に係 わるものである。
また、 本発明は、 静電チャックの構造に係わり、 さらに詳しくは、 静 電吸着した半導体基板等の被処理材の温度を急速制御、 精密制御できる 静電チャックの構造に係わるものである。
〔技術背景〕
通電発熱体の分野に於いては、 伝熱性の良いセラミック板にヒーター 回路を焼き付けると温度むらの小さい面状発熱体が得られることが知ら れている。 セラミックヒーターと称せられるこの種のヒーターには次の ような特性が求められている。
①回路とセラミックの密着強度が高い。
②ヒーター回路材が耐酸化性に優れ、 高温でも使用できること。
③ヒ一夕一の発熱密度の大きなこと。 つまりヒー夕一回路の電気抵抗 が高いこと。 そして最も重要なことは安価に大型品を製造できることで める。
しかしながら現状では次の二つの夕イブがあるに過ぎない。 すなわち、 ( 1 ) あらかじめ焼結されたセラミック板に電熱金属の回路を焼き付け た夕イブ。
このタイプは白金や白金合金あるいは銀等の貴金属の粉末にガラスを 混合したペーストを回路模様に焼結した構造である。 欠点は、
①セラミックの片面に焼き付ける夕イブ （片面焼付け） に限られる。 つ まり回路を焼き付けられた面はむき出しになっているので、 用途によ つてはこの部分を絶縁する必要がある。
②電熱回路の密着強度が弱く剥がれやすい欠点がある。
③最高使用温度はバインダーに使ったガラスの融点に制限され、 せいせ い 4 0 0〜5 0 0 °Cで， 1 0 0 0 °C以上の様な高温使用は不可能であ ο
( 2 ) セラミック焼結時に電熱回路を一体的に焼き付ける夕イブ。
この夕イブはセラミックのグリーンシートにタングステン等の高融点 金属の粉末ペーストを回路模様に印刷し、 印刷回路の上にさらにグリー ンシートを重ね、 加圧して一体的に焼結した構造である。 最終的な構造 はセラミックの板の中に電熱回路が内蔵された構造 （両面焼付け） で、 電熱回路の両面はセラミック板である。
( 1 ) の欠点、 つまり電熱回路がむき出しになる欠点は解消されるが、
①逆に回路をセラミックでくるむ必要があるために、 周端部まで回路を 形成できず、 周端部の温度が下がる欠点がある。 均一な温度分布を得難 い。
②薄肉の平板状のものは、 焼成時ソリが発生する。 ソリのないもの得る ためには加圧焼結が必要。
この方法にはセラミックの焼成時に発生する変形の問題が根源的に存 在する。 変形のない大型寸法のものは得難い。 また三次元形状体も不可 能。 金型が必要なために、 少量品ではコストが極めて高くなる。
③電熱金属はセラミヅクの焼成温度で溶融しないタングステン、 モリブ デン等の高融点金属に限定される。 タングステン、 モリブデンは酸化に 弱い欠点があり、 電熱回路を包むセラミックには無欠陥、 完全機密性が 要求される。 大気中での高温長時間使用に問題がある。 また、 夕ングス テン、 モリブデン等は電気抵抗が小さく、 発熱密度も小さいという問題 もある。 セラミックヒ一夕一には以上のような問題がある。
一方、 ニ珪化モリブデン （M o S i 2 ) に代表される珪化物は、 耐酸化 性に極めて優れ、 大気中、 高温まで通電発熱できる材料としてよく知ら れるところである。
これら珪化物発熱体の最大の欠点は非常に脆いことである。 この脆さ ゆえに通常ガラス粉末を混ぜてある程度の強度を持つ板や棒に焼結して 使用しているが、 バインダーとしてガラスを使用しているために、 耐熱 性にも問題がある。 また、 珪化物そのものが高温で軟化する性質があり、 発熱体が垂れて変形する問題がある。
一方、 静電チャックの分野に於いては、 半導体のプラズマ加工は集積 度が高くなるほど、 より極細化し、 より厳しい精度が要求される。
ブラズマ加工の極細化、 高精度化を達成する上でブラズマ処理温度は 極めて重要なファクターになるが、 現状設備では、 処理するシリコンゥ ェハーの過昇温防止のために冷却するだけ （エッチング処理） 、 成膜処 理 （C V D ) では、 設定温度よりも低めに設定して処理中の自然昇温は 放任されているのが実情である。
現実は以上のような状況であるが、 これは温度管理の重要さが認識さ れていないためではなくて、 現実、 経済的なスピードで温度管理できる 機構が存在しないためである。 実験室的に生産性を無視すれば、 精密な 温度管理は可能であるが、 現状の生産ラインの中で、 例えば処理する薄 膜の材質に応じて、 膜ごとに、 生産性を落とすことなく素早くその膜質 に最適な温度に変えて処理する様な、 クイック制御、 精密制御できる機 構が存在しないためである。
この問題を解決するには現実の処理スビードに対応して迅速に温度を 調節できる機構が必要となる。 つまり処理スビードを落とすことなく迅 速かつ連続的に温度調節できる機構が必要となる。
一方プラズマ処理以外でも、 装置の稼働率を上げるために、 設定した 温度に素早く加熱したり、 あるいは加熱後、 素早く冷やしたりする要求 も多い。
ここでも迅速かつ連続的に温度調節できる機構が求められている。 一方真空処理の場合、 非処理物の表面には湿分が付着しており、 所定 の真空度に早く到達させるためには、 非処理物は加熱したほうがよいが、 現実、 非処理物だけを速やかに加熱する方法はない。
本発明は、 かかる状況に鑑みてなされたもので、 その目的とするとこ ろは、 ①基材として予め焼結されたセラミックを使用し、 目的に応じて 電熱回路の片面焼付け、 両面焼付けのいずれにも適用でき、 ②加圧も必 要とせず、 上記したセラミック焼成時の歪みの問題も解消でき、 ③回路 とセラミックの密着強度が高く、 ④耐酸化性に優れ、 大気中高温でも使 用でき、 ⑤大型品、 三次元形状体でも安価に製造でき、 ⑥抵抗が高く、 ヮット密度の高いヒーターも可能な新しい構造の通鼋発熱体を提供せん とするものである。
また、 半導体基板やその他の被処理物を吸着固定すると共に、 所定温 度に急速加熱あるいは急速昇降温させて速やかに設定温度に精密調節で きる新しい構造の静電チャックを提供せんとするものである。
〔発明の開示〕
通電発熱体に関する上記問題は、 次の手段によって解決できる。 すな わち、 本発明の通亀発熱体は、 電気絶縁性の窒化物系あるいは炭化物系 セラミヅク基材の表面に、 ミクロ組織が珪化物単体組織あるいは珪化物 と S iの混在組織あるいは S i単体組織からなる抵抗発熱材料の被膜が 融着した構造からなることを特徴とする。
また、 本発明の通電発熱体は、 電気絶縁性のセラミック基材の表面に、
0 . 5 %以上の活性金属を含有し、 かつミクロ組織が珪化物単体組織あ るレヽは珪化物と S iの混在組織からなる抵抗発熱材料の被膜が融着した 構造からなることを特徴とする。
上記通電発熱体の構成に於いて、 セラミック基材が窒化アルミニウム 系セラミックであり、 抵抗発熱材料のミクロ組織が珪化物と S iの混在 する組織である構成が好ましい。
また、 セラミック基材が窒化ケィ素系セラミックであり、 抵抗発熱材 料のミクロ組織が珪化物と S iの混在する組織である構成も好ましい。 加えて、 セラミック基材が炭化ケィ素系セラミックであり、 抵抗発熱 材料のミクロ組織が珪化物と S iの混在する組織である構成も好ましい。 また、 上記電気絶縁性のセラミック基材の表面に 0 . 5 %以上の活性 金属を含有する構成に於いては、 セラミック基材が酸化物系セラミック である構成が好ましい。
また、 上記酸化物系セラミックがアルミナ系セラミックであり、 抵抗 発熱材料のミクロ組織が珪化物組織である構成が好ましい。
静電チャックに関する上記問題は、 次の構造の静電チャックによって 解決される。
すなわち、 本発明の静電チャックは、
1 . 謎電体セラミックと該セラミックの底面に形成された電極を備えて なる静電吸着機構の底面に加熱機構を結合した構造からなり、 該加熱機 構は、 電気絶縁性で、 線膨張係数が同じあるいは近似した二枚のセラミ ック基材の間に該セラミックに融着性の電熱材料の膜を挟み、 該膜が該 二枚の基材に溶融融着した構造からなることを特徴とする。
2 . 誘電体セラミックと該セラミックの底面に形成された電極を備えて なる静電吸着機構底面に加熱機構を結合し、 該加熱機構の底面に冷却機 構を結合した構造からなり、 該加熱機構は、 電気絶縁性で、 線膨張係数 が同じあるいは近似した二枚のセラミ ヅク基材の間に該セラミ ックに融 着性の電熱材料の膜を挟み、 該膜が該ニ枚の基材に溶融融着した構造か らなることを特徴とする。
上記構成に於いて、
3 . 上記誘電体セラミックと加熱機構の二枚のセラミツク基材が窒化ァ ルミ二ゥム系セラミックであることを特徴ともしている。
更に、
4 . 上記電熱材料が、 ミクロ組織が珪化物と S iの混在組織の金属であ る構成とすることもできる。 図面の簡単な説明
図 1は本発明の通電発熱体の実施の一形態を説明した図である。
図 2は本発明の通電発熱体の他の実施形態を説明した図である。
図 3は本発明の通電発熱体の更に他の実施の形態を説明した図である。 図 4は本発明の通電発熱体の実施例の説明図である。
図 5は本発明の通電発熱体の融着金属のヒーター回路の一例を示した 図である。
図 6は図 5の A— A断面図である。
図 7は図 6の構造の製造工程の一例を示した図である。
図 8はヒーター回路の短絡防止の構造の説明図である。
図 9はセラミツク端面の封止構造の説明図である。
図 1 0はヒータ一回路の端末に端子を接続した構造の説明図である。 図 1 1はヒ一夕一回路の端末に端子を接続した構造の説明図である。 図 1 2はヒーター回路の端末にリ一ド線を接続した構造の説明図であ る。
図 1 3は本発明の通電発熱体の実施例の説明図である。
図 1 4は本発明の通電発熱体の実施例の説明図である。
図 1 5は実施例の説明図である。
図 1 6は実施例の説明図である。
図 1 7は本発明の静電チャックの基本的な構造の説明図 （誘電体セラ ミックが焼結体） である。
図 1 8は本発明の静電チャックの基本的な構造の説明図 （誘電体セラ ミックが成膜形成） である。
図 1 9は本発明の静電チヤックの基本的な構造の説明図 （図 1 7の構 造に冷却機構が接合されたもの） である。
図 2 0は、 本発明の静鼋チャックの基本的な構造の説明図 （図 1 8の 構造に冷却機構が接合されたもの） である。
図 2 1は、 誘電体セラミックが焼結体の場合の電極の構造の説明図で 図 2 2は、 誘電体セラミックが焼結体の場合の電極の構造の説明図で ある。
図 2 3は、 誘電体セラミックが焼結体の場合の電極の構造の説明図で る。
図 2 4は、 本発明の静鼋チャックの実施例の構造の説明図である。 図 2 5は、 本発明の静電チャックの実施例の構造の説明図である。 図 2 6は、 本発明の静電チャックの実施例の構造の説明図である。
〔発明を実施するための最良の形態〕
まず、 本発明の通電発熱体について説明する。
電気絶縁性の窒化物系、 炭化物系セラミックの代表的なものとして窒 化アルミニウムセラミック、 窒化ケィ素セラミヅク、 炭化ケィ素セラミ ックがある。 本発明の電気絶縁性の窒化物系、 炭化物系セラミックとは、 これら窒化アルミニウムセラミック、 窒化ケィ素セラミック、 炭化ケィ 素セラミック単体、 およびこれらのセラミックと他の窒化物、 炭化物、 ホー化物、 酸化物セラミックとの複合セラミックを包含する。
これら窒化物、 炭化物セラミックの中で、 窒化アルミニウム、 炭化ケ ィ素、 およびこれらの複合セラミックは熱伝導性に優れているので、 通 電発熱体の基材として最も好適に使用できる。
基材として二枚のセラミヅクを用い、 この二枚のセラミックの間に抵 抗発熱材料の膜を挟み、 二枚のセラミックの両面に融着させた構造の、 いわゆる両面焼付けタイプの通電発熱体の場合、 二枚のセラミックは必 ずしも同じセラミックである必要はないが、 線膨張係数は近似したセラ ミックを選定する方がよい。
S iと全率固溶体を作る元素、 例えば Geを除いて、 Siはほとんど の金属と珪化物を作る。
Xは S iと珪化物を作る元素とすると、 X— S i合金の S iの変化に よるミク口組織の基本的な変化は次のようになる。
① S iが徐々に増えていくと、 ある組成のところで最初の珪化物を形成 する。 その組成を S i (1) とする。 S iく S i (1) の区域では、 X なる金属のマトリックスに Xなる金属の珪化物相が混在する組織、 ある いは S iが多少固溶した Xなる金属のマトリックスに Xなる金属の珪化 物相が混在する組織となる。
② S i (1) からさらに S iが増加すると、 組成のことなる珪化物が次 々と現れ、 ある組成 S i (2) を過ぎたところから珪化物と S iの混在 する共晶が現れる。 S i (1) は X元素の最もリッチな珪化物、 Si (2) は S iの最もリッチな珪化物である。 Si (1) ≤S i≤S i (2) の区域では、 この区域は、 一種あるいは二種以上の珪化物の混在 組織。
③ S i (2) を過ぎて S i (100%)未満までの間
S i (2) <S i<S i (100%)
この区域は、 S iと珪化物の混在する組織である。
④ S i = 100%では S iの多結晶組織となる。
ここで、 上記した X— S iの二元系に第 3, 第 4, 第 5, …元素が添 加されても、 組織そのものの基本的な骨格、 つまりマトリックスに珪化 物が存在するという基本的な骨格は変わらない。 つまり第 3, 第 4, 第 5, …元素はマトリックスに固溶されるか、 珪化物に固溶されて複珪化 物を形成するか、 あるいは、 ほかの化合物を形成してマトリックスに晶 出、 あるいは析出するかであり、 少なくとも珪化物 （あるいは複珪化物） がマトリックスから消滅することはない。
なお、 本発明では 「珪化物」 なる表現は、 本来の珪化物と複珪化物を 含めた総称として使用した。
①の一部 （Si≥5%)、 ②、 ③、 ④の組成範囲は溶融すると窒化物 系、 炭化物系セラミックに濡れて融着する。
通電発熱体としては、 ①の融着する組成 （Si≥5%)、 および②、 ③、 ④の組成範囲が使用できる。 とりわけ②、 ③、 ④の組成範囲が好適 である。
②、 ③、 ④の組成は、 上記した電気絶縁性の窒化物、 炭化物セラミツ クに対して融着性がある上に、
1. 線膨張係数が 4〜8 X 10 (とくに③、 ④の組成範囲は 4〜6 X 10'6) で、 必要に応じて、 ミクロ組織の中の珪化物の量を調整するこ とによって線膨張係数を調整でき、 基材のセラミックと整合させること ができ、 融着界面での熱応力を極小に抑制し、 高温まで安定し、 発熱体 の剥離防止に対して極めて有利である。 また③、 ④の組成範囲は、 融点 も低いので融着温度を低くできる利点がある。 そして珪化物は高温 （お おむね 1000eC以上） では軟化、 変形するという発熱体として欠点が あるが、 セラミックに融着させることによって変形は防止され、 しかも 融着界面で応力緩和がなされるので、 欠点はむしろ有利な性質になる。 つまり珪化物、 あるいは珪化物を含む組織の金属は高温使用のヒーター を目的としてセラミヅクに融着させる被膜としては極めて好適である。
2. 大気中、 高温 （ 1000°C以上） での耐酸化性に優れている。
大気中、 高温使用を考えた場合、 ①の区域より②、 ③、 ④の組成範囲 が耐酸化性に擾れ、 しかも
3. 電気抵抗が大きいので抵抗回路の長さを短くでき、 単位面積当たり のヮット密度の大きいヒーターが得られる。
以上の様な理由で、 通電発熱体としては①の区域より②、 ③、 ④の組 成範囲、 とりわけ③、 ④の組成範囲が好ましい。
①の区域は熱膨張係数が大きく、 かつ電気抵抗が小さいので、 熱応力 を小さくし、 電気抵抗を大きくするために被膜厚さを薄くする必要があ る。 好ましくは、 膜厚は 20>t m以下、 最も好ましくは 10 m以下が よい。 融着膜が 2 O^mを越えると剥離しやすくなる。
上記した X— S i合金の X元素としては、 Cr， Mo, W、 Fe， N i, Co, B， Pおよび活性金属、 および Pt, Pd、 Rh, I r , C u、 Agおよびその他の珪化物形成元素等を目的に応じて適宜選択でき る。 また、 これらの元素は目的に応じて一種あるいは二種以上を適宜混 せて使用してよい。 例えば二種以上の元素の添加はミク口組織の珪化物 の微細化に効果がある。
添加量は、 上記②、 ③のミクロ組織を形成する範囲、 つまり珪化物生 成範囲、 珪化物と S iを形成する範囲であれば適宜選択できるが、 最も 好ましい範囲は、 ③のミクロ組織になる範囲、 つまり珪化物と S iの混 在する組成範囲である。 ③の範囲はミクロ組織の中の珪化物の量を調整 することによって線膨張係数と電気抵抗を適宜調整でき、 しかも融点が 低く、 低い温度でセラミックに融着させることができるので、 この点で も有利である。
以上より、 これらの元素の中でとくに好ましいのは、 活性金属元素で ある。
また、 上記元素以外の元素でもミクロ組織を変えない範囲なら添加し てもよい。 たとえば S iに固溶して S iの電気抵抗を下げる元素、 ある いは珪化物の中に侵入してその珪化物の特性 （電気抵抗、 線膨張係数、 融点等） を変化させる元素は目的に応じて適宜添加してよい。
不純物半導体の製造で、 P型半導体、 N型半導体を作るために高純度 S iに 3価、 5価の金属を極微量 （p p m~ p p b単位の量） 添加して 電気抵抗を低下させることが行われているが、 これは本発明でも有効で あり、 これは前者の場合に相当する。 すなわち、 ミクロ組織の一部を構 成する S iの中に 3価、 5価の元素を微量含有させることによってその 電気抵抗を変える方法は、 本発明に於ける融着膜の電気抵抗の調節法と しても有効な方法である。 なお、 その他、 電気抵抗を下げる方法として は、 使用する S iの原料素材に微量元素 （F e , P， A l， C等） が含 有されている銪造用 S i原料を使用するのも効果的であり、 また、 高純 度シリコン原料に B , A 1 , P等の 3価、 5価の元素、 あるいはその他 の元素を微量添加して電気抵抗を調整するのも勿論有効である。 なお、 B , Pは共に S iに微量固溶もされ同時に珪化物も形成する。
S iは本来半導体で極めて高抵抗であるが、 不純物として見做される 微量元素は S iの導電性を著しく改良するので、 本発明 S i原料には上 記したような微量元素が含まれる S iがむしろ好適である。 また、 珪化 物の中に侵入してその珪化物の特性 （電気抵抗、 線膨張係数、 融点等） を変える元素の好例は、 MO S i 2の中に侵入して （Mo5Al3) S Ϊ 2 なる複珪化物を形成する A 1の場合がある。 この場合、 Mo S i 2の融点 2060°Cが 1800eCに下がる。
Geは S iと同じような性質の元素で、 Siと珪化物を作らず、 すべ ての割合で全率固溶体を作ることができるので、 目的、 用途に応じて適 宜添加できる。 融点、 電気抵抗の調節元素として有効である。
活性金属とはセラミックに対して濡れ、 拡散を促進する元素で、 本発 明では、 V, Nb, T a, Ti， Z r , Hf , Y, Mn， Ca， Mg, 希土類元素およびアルミニウム等々を活性金属と表現した。
S iに活性金属が添加されると、 濡れが著しく促進され、 濡れ角が小 さくなる。 この結果、 融着させる融着膜の厚さを薄くして薄膜化が可能 になり、 電気抵抗を大きくさせるのに顕著な効果がある。 また融着強度 も向上する。
濡れ性の改善は、 0. 1%程度の微量添加から効果が現れてくるが、 実用的な効果を得るためには、 0. 5%以上の添加がよい。
S i一活性金属の二元合金の場合、 活性金属の量が増えると相対的に S iの量が減る。 大気中の耐酸化性を考慮した場合、 Siは少なくとも 3%以上、 最も好ましくは、 ②、 ③の領域、 つまり珪化物領域以上、 添 加した方がよい。
因みに、 S i— Ti合金の場合、 84%近傍で、 Ti3Siの組成の珪 化物が生成される。 Ti ： 46%付近で T i S i2なる珪化物が生成され る。 T iが 46%未満つまり S iが 54%を越えると T i S i2と S iの 共晶が現れる。 したがって、 ①の区域は、 T i ： 84%を越えて 100 %までの範囲。 ②の区域は T i ： 46〜84%、 ③の区域は、 0. 5% 以上 46%未満までの範囲である。 したがって S i— T i二元合金で大 気中の耐酸化を考慮した場合、 T iの上限はおおむね 8 4 %である。 な お、 もちろん第 3、 第 4、 …の元素が添加されれば当然上限値は変化す る。 また、 もちろん S iを C r等の耐酸化性付与元素で置き換えるよう にしてもよい。
S iと活性金属が共存する組成では、 前記した窒化物、 炭化物以外、 酸化物セラミック一般に融着するようになる。 したがって基材に酸化物 セラミックを選択できる。
酸化物セラミックの種類は、 融着させる金属の線膨張係数に応じてそ の線膨張係数が整合するように適宜選択すればよい。 概ね 3〜9 X 1 0 の範囲の線膨張係数を持つ酸化物の中から、 適宜その種類を選択すれ ばよい。
基材にアルミナ系、 ジルコニァ系、 クロミア系等を使用したとき、 融 着金属の組成は、 ②の珪化物組成が最も好ましい。 珪化物の線膨張係数 は概ね 5〜9 X 1 0—6の範囲に分布するので、 これらの中から基材セラ ミックのそれに近似したものを選択することができ、 線膨張係数の整合 を図ることができる。
融着層には、 主に電気抵抗等の調整のために必要に応じて融着材料に 不溶解のセラミック発熱体 （S i C , Z r 02等） あるいはその他絶縁セ ラミックの粉末、 繊維、 あるいは融着金属に難溶解性の、 例えば高融点 珪化物、 ホー化物等の金属間化合物の発熱体の粉末、 繊維、 あるいは高 融点金属粉末、 繊維等を適宜混合させてもよい。 あるいは融着材料をバ インダ一としてこれら発熱体の粉末、 繊維を結合させ、 同時に基材セラ ミックに融着させてもよい。
融着材料はろう材としても使用でき、 セラミック基材にセラミヅク、 金属、 金属間化合物の発熱抵抗体の箔、 板、 線を接合して使用できる。 例えば金属箔使用の場合、 二枚のセラミックに W, M o等の金属箔を 挟み、 全面ろう材でくるむ様に口一付すると、 W， M oの耐酸化性の問 題も同時に解消できる。
基材セラミックに融着させる融着膜の厚さは、 薄いほど有利である。 薄いほど電気抵抗が大きくなるので発熱回路の長さを短くできる利点が ある。 また、 融着界面での熱応力が小さくなり、 高温、 長期間使用が可 能になる。 融着膜の厚さはおおむね数 !！!〜 5 0 0 mの範囲が好まし い。
本発明の抵抗発熱膜は、 一枚のセラミック基材の片面に融着させる片 面融着タイプ、 二枚のセラミックの間に挟んで両方のセラミックに融着 させる両面融着タイプのいずれにも適用できる。
両面融着タイプでは、 回路と回路の間の隙間に溶融金属が浸透して回 路が短絡する場合がある。
この問題に対しては、 回路と回路の間、 二枚のセラミックの隙間を融 着金属膜の厚さよりも広く開けておくと短絡防止に効果がある。
具体的には、 融着する前に回路と回路の間部分にあらかじめ溝を形成 して重ね合わして融着するとよい。
抵抗発熱膜の融着は、 所定の成分組成に調整した金属粉末をセラミッ ク融着面に塗着して、 あるいは所定成分に調整した金属箔を回路模様に 貼着し、 これを加熱、 溶融、 融着させる。 また融着面に溶射、 スパッ夕 リング、 P V D , C V D等の成膜手段で融着させる金属の膜を成膜して おき、 これを加熱、 溶融、 融着させるようにしてもよい。 また、 成分の 一部を成膜しておき、 ほかの元素は粉末塗着、 金属箔貼着して溶融、 融 着させてもよい。 融着するときの雰囲気は、 真空、 還元、 不活性雰囲気 がよい。
抵抗発熱膜をセラミック基材の片面に融着させる片面融着夕イブと二 枚のセラミックに挟んで融着させる両面融着夕ィブでは、 抵抗発熱膜の 厚さの均一性、 平坦性、 均一融着性は両面融着タイプが優れている。 ま た片面融着タイプではセラミック基材と抵抗発熱膜の線膨張係数に違い があると融着後セラミックが多少変形することもある。 また加熱時セラ ミック面が多少変形することもある。 一方線膨張係数が同じあるいは近 似した二枚のセラミックに挟んで融着させると、 抵抗発熱膜とセラミツ ク基材の線膨張係数に多少の違いがあっても融着後変形が発生しない、 また加熱時に変形が発生しない特徴がある。 均一加熱、 温度分布の均一 性の観点からは、 両面融着構造が好ましい。
また、 両面融着構造では、 発熱回路の外にむき出しの部分は融着膜の 厚さに相当する部分 （端面） だけであるので、 耐触、 耐酸化に関しては 極めて好適な構造である。 さらに厚さに相当する部分のむきだしになつ た部分はゾルーゲル法でセラミック膜を被覆したり、 あるいは無機接着 剤を隙間に埋めたり、 あるいはガラス封着したり、 あるいはセラミック 基材の周囲を融着金属で封止したりして外部から保護できる。
融着させる温度は少なくとも融液の出現する温度、 つまり固相線温度 以上が必要で、 最も好ましくは液相温度以上がよい。
融着金属の S i原料としては、 半導体用途の S iから、 金属銪物で成 分調整に使用する S iまで適宜選択使用できる。
鎵物用途では F e , C， P , A 1等の微量元素が含有されており、 こ れら微量元素は S iの導電性をよくするので、 本発明には有効である。 また半導体用途の不純物が添加された S i ( P型半導体、 N型半導体） も本発明では有効である。
次に本発明の構造を図面によって説明する。 図 1〜3は本発明の片面 融着構造の実施の形態を説明した図である。 図 1はパイブ状のセラミッ ク基材の表面全面に珪化物あるいは、 珪化物 + S i、 あるいは S iの膜 を融着させた構造、 図 2はセラミヅクの丸棒に螺旋状に珪化物あるいは、 珪化物 + S i、 あるいは S iの膜を融着させた構造、 図 3は板状のセラ ミック基材に回路模様に融着させた構造を説明した図である。
図 1で、 1は窒化アルミ、 窒化ケィ素、 アルミナ、 クロミア等のセラ ミックパイプからなる基材、 2は基材に融着した珪化物、 あるいは珪化 物 + S i、 あるいは S iの融着層である。
融着層の両端は、 機械的あるいは冶金的な手段で、 外部電源に連結さ れた導体と接続される。
図 2は丸棒の基材に螺旋状の融着膜が形成された例、 図 3は板状基材 に配線回路模様の融着膜が形成された例である。 これらの模様の形成は、 融着金属の粉末を模様状に塗布して融着させるような方法でもよいし、 いったん全面に融着膜を形成し、 エッチング、 ブラスト等の除去加工に よって不要な部分を除去して目的の模様を形成するようにしてもよい。 図 5〜1 6は本発明の両面融着構造の実施の形態を説明した図である。 図 5は融着金属のヒータ一回路の一例を示した図であり、 実際の構造は、 このヒー夕一回路が二枚のセラミック基材に挟まれ、 セラミックの両面 に融着した構造である。
図 6はこの様なヒーター回路が二枚のセラミック基材に挟まれた構造 のものであり、 その、 A— A断面図である。 図 7は図 6の構造の製造ェ 程の一例を示した図である。 図 8は、 ヒーター回路の短絡防止の構造を 説明した図である。
図 6で、 融着金属のヒーター回路 3は二枚のセラミック基材 4 , 5の 間に挟まれ、 融着している。 融着金属はヒーター回路であると同時に、 二枚のセラミックを接合するろう材の役割も果たしている。
回路の形成は、 例えば次のような方法でなされる。
① 二枚のセラミックの一方、 あるいは両方に融着金属の組成に調整し た金属粉末を回路模様に塗着して、 二枚のセラミックを重ね合わせて加 熱、 溶解して融着させる。 あるいは、
② 二枚のセラミックの一方、 あるいは両方に融着金属の膜を回路模様 に被覆し、 二枚のセラミックを重ね合わせて加熱、 溶解して融着させる。 融着金属の膜はスパッタリング、 P V D , C V D等の方法で形成する。 ③ ①と②を折衷した方法、 つまり成膜と粉末の塗布の両方を使って回 路模様を描き、 加熱、 溶解して融着させる。 あるいは、
④ それそれのセラミヅクの接合面にあらかじめ金属を融着させて融着 膜を形成しておき、 この膜をショットブラスト等の方法で除去加工して 回路模様を形成する。 模様を形成されたニ枚のセラミックを位置をよく 合わせて重ね合わせ、 加熱、 再溶融して二枚のセラミックを接合する。 等のような方法である。
図 7のように、 それそれのセラミックの接合面にあらかじめ金属を融 着させて融着膜 6を形成しておき、 この膜をショットブラスト、 ェヅチ ング等の方法で除去加工して回路模様を形成した後、 重ね合わせて、 力！] 熱して （必要に応じて加圧加熱して） 融点以下の温度で焼結する方法で もよい。
図 6 , 7の構造のように二枚のセラミックにヒーター回路を挟んで融 着させる構造では、 融着金属が横に浸透し、 回路が短絡する場合がある。 金属膜が厚くなるほど短絡が起こりやすくなる。
短絡に対しては、 図 8のように、 回路と回路の間の隙間に溝 7を形成 して、 セラミック板の間隙を広くするよい。
二枚のセラミックにヒーター回路を挟んで融着させた場合、 二枚のセ ラミックの間には融着金属のヒーター回路の厚さに相当する隙間が残る。 隙間があると、 用途によっては異物が混入して回路の短絡が起こるこ ともある。 端面の隙間の封止は重要な問題になることがある。
端面封止には、 セラミック端面の周りを図 9のような融着金属の帯で 囲って、 閉回路 8を形成し、 この閉回路 8をセラミックの両面に融着さ せることによって封止することも有効な方法である。
封止閉回路 8の融着はヒーター回路を融着させるときに同時に行い、 ヒーター回路の融着金属と同じ金属を融着させてもよいし、 あるいはヒ —夕一回路の融着金属と同じ融着条件で融着できる材料を使用すればよ い。
また、 他の封止方法としては、 セラミック接着剤を含浸させて固化さ せてもよい。 また、 ガラスを融着させてもよい。
[図 9の説明]
図 9は、 二枚のセラミックの一方あるいは両方のヒー夕一回路形成面 にヒーター回路の融着金属を図のように塗着し、 同時に金属閉回路 8模 様にヒーター回路の融着金属と同じ金属あるいはヒーター回路の融着金 属と同じ融着条件で融着できる材料を塗着し、 重ね合わせて同時に加熱、 融着させた構造を示した図である。 ヒータ一回路、 閉回路 8共にセラミ ックの中に隠され表には出てこないので点線で表示した。 ヒーター回路 と閉回路は互いに鼋気的に絶縁されている。
ヒーター回路の端末と外部電源との接続には次のような接続構造が有 効である。 ①使用したセラミック基材の線膨張係数と近似した線膨張係 数を有する金属の端子をロー付して、 該金属端子とリード線を接続する。 図 1 0〜： I 1の構造。
図 1 0は回路の端末に直接端子金属を口一付した構造であり、 図 1 1 は回路の端末をセラミック基材の外表面まで引き出し、 外表面で口一付 した構造である。 すなわちセラミック基材の一方に回路引き出し用の二 つの孔 （単相の場合） 、 三つの孔 （三相の場合） を穿孔し、 孔の内面に 沿って融着金属でメタライズして外まで回路を引き出し、 引き出したと ころでロー付する。 あるいは引き出し用の孔に近似した線膨張係数を有 する金属 （M o , W等） のリード線を直接差し込みリード線と孔の隙間 も口一材で埋めて回路の端末と直接ロー付した構造でもよい。 あるいは 孔を細径孔にし、 融着金属で孔を埋めてしまい、 外に導通させ、 リード 線とロー付する。
片面融着構造では、 回路端末にセラミック基材と線膨張係数が近似し た金属のリボン端子を口一付し、 リポン端子と外部リ一ド線を電気的に 接続する方法もよい。 また、 図 1 2のようにセラミック小片 9をヒー夕 —回路の上に接合しておき、 小片 9の孔にリード線を差込み、 ロー付け して固定するようにしてもよい。
ろう付けは、 融着金属そのものを使用して回路形成時、 端子も同時に ロー付してもよいし、 あるいは回路形成後耐酸化性の優れた高温ろう、 たとえば N iろう等を使用してロー付してもよい。
セラミック基材が窒化アルミニウム系セラミック、 窒化ケィ素系セラ ミック、 炭化ケィ素系セラミックの場合、 端子材料は M o , W、 あるい は窒化アルミニウム系セラミヅク、 窒化ケィ素系セラミック、 炭化ケィ 素系セラミックの多孔体に融着金属を含浸させて作った複合材料の端子 等も好適である。 金属端子、 リード線は、 中実材のほか、 線を束ねたも の、 箔を重ねたもの、 あるいは織布状等、 適宜選定してよい。
次に、 本発明の静電チャックについて説明する。
本発明の加熱機構は、 電気絶縁性で、 線膨張係数が同じあるいは近似 した二枚のセラミツク基材の間に、 このセラミックに融着性の電熱材料 の膜を挟み、 該ニ枚の基材に溶融融着させた構造のセラミックヒータ一 からなる。
溶融、 融着させる電熱合金として S i基合金が好ましい。
S iと全率固溶体を作る元素、 例えば G eを除いて、 S iはほとんど の金属と珪化物を作る。 Xは S iと珪化物を作る元素とすると、 X—S i合金の S iの変化に よるミク口組織の基本的な変化は次のようになる。
① S iが徐々に増えていくと、 ある組成のところで最初の珪化物を形成 する。 その組成を S i ( 1) とする。 S iく S i (1) の区域では、 X なる金属のマトリックスに Xなる金属の珪化物相が混在する組織、 ある いは S iが多少固溶した Xなる金属のマトリックスに Xなる金属の珪化 物相が混在する組織となる。
② S i (1)からさらに S iが増加すると、 組成のことなる珪化物が次 々と現れ、 ある組成 S i (2) を過ぎたところから珪化物と S iの混在 する共晶が現れる。 S i (1) は X元素の最もリッチな珪化物、 S i (2) は S iの最もリッチな珪化物である。 S i ( 1) ≤S i≤S i (2) の区域では、 この区域は、 一種あるいは二種以上の珪化物の混在 組織。
③ S i (2) を過きて Si (100%)未満までの間
Si (2) <S i<Si (100%)
この区域は、 S iと珪化物の混在する組織である。
④ S i = 100%では S iの多結晶組織となる。
ここで、 上記した X— S iの二元系に第 3, 第 4， 第 5, …元素が添 加されても、 組織そのものの基本的な骨格、 つまりマトリックスに珪化 物が存在するという基本的な骨格は変わらない。 つまり第 3, 第 4, 第 5, …元素はマトリックスに固溶されるか、 珪化物に固溶されて複珪化 物を形成するか、 あるいは、 ほかの化合物を形成してマトリックスに晶 出、 あるいは析出するかであり、 少なくとも珪化物 （あるいは複珪化物） がマトリックスから消滅することはない。
なお、 本発明では 「珪化物」 なる表現は、 本来の珪化物と複珪化物を 含めた総称として使用した。 鼋熱合金としては、 ②、 ③の組成範囲， とりわけ③の組成範囲が好適 である。
セラミヅク基材としては、 ③の組成範囲では窒化アルミ系、 窒化ケィ 素系セラミックが好適で、 とりわけ窒化アルミ系セラミックが好適であ る。 ②の組成範囲ではアルミナ系セラミックが好適である。
④の S i単体組織は電気抵抗が高すぎるので電熱合金としては好まし くない。
③の組成は、 窒化アルミ系セラミックに対して融着性がある上に、 線 膨脹係数が 4〜7 X 1 0—6で、 珪化物の量を調整することにより線膨張 係数を窒化アルミ系セラミックのそれに整合させることができるので、 融着界面での熱応力を極小にでき融着膜は高温まで安定して使用できる。 また融点も低いので融着温度を低くできる利点がある。 またマトリック ス中の珪化物の量を調整することによって電気抵抗を調整できる。
②の組成は、 線膨張係数が？〜 8 X 1 0 6でアルミナセラミック基材 の線膨張係数に近似しているので、 基材としてアルミナ系セラミックが 使用できる。
②、 ③共、 大気中、 高温 （ 1 0 0 0 °C以上） での耐酸化性に優れてい
②、 ③共、 とりわけ③は、 電気抵抗が大きいので抵抗回路の長さを短 くでき、 単位面積当たりのワット密度の大きいヒーターが得られる。 電熱合金として②、 ③、 とりわけ③を選択するのは以上のような理由 による。
電熱合金を融着させる ^として窒化アルミ系、 窒化ケィ素系、 アル ミナ系を選ぶのは、 それそれ②、 ③の線膨張係数がアルミナ、 窒化アル ミ、 窒化ケィ素のそれに近似しており、 融着界面での熱応力を極小にで きるからである。 上記した S i— X合金の X元素としては、 Cr， Mo, W、 Fe, N i， Co, B, Pおよび活性金属、 および Pt， P.d、 Rh, I r, C u、 A gおよびその 他の珪化物形成元素等を目的に応じて適宜選択で きる。 また、 これらの元素は目的に応じて一種あるいは二種以上を適宜 混ぜて使用してよい。
これらの元素の中で特に好ましいのは、 活性金属元素である。
活性金属とはセラミックに対して濡れ、 拡散を促進する元素で、 本発 明では、 V, Nb, Ta, Ti, Z r , Hf , Y, Mn, Ca, Mg, 希土類元素およびアルミニウム等々を活性金属と表現した。
S iに活性金属が添加されると、 濡れが著しく促進され、 濡れ角が小 さくなる。 この結果、 融着させる融着膜の平滑化と平坦化と薄膜化が可 能になり、 均一でかつ電気抵抗の大きな被膜が得られるようになり、 ま た融着強度も向上する。
濡れ性の改善は、 0. 1%程度の微量添加から効果が現れてくるが、 実用的な効果を得るためには、 0. 5%以上の添加がよい。
S i— X合金で Xが T iのとき、 ③の区域は、 0%<Ti<46%
②の区域は、 46% (TiS i2) ≤T i≤75% (T isS i3)。
③の区域の珪化物は T iS i2で、 S i+T i S i2のミクロ組織。 Xが Z rのとき、 ③の区域は、 0%く Tiく 40%、
②の区域は、 40% (Z r S i2) ≤T i≤ 93% (Z r 4S i) ③の区域の珪化物は Z rS i2で、 S i + Zr S i 2のミクロ組織。 最も好ましい範囲は、 S i— T i合金で、 T i ： 10〜25 %、 S i 一 Z r合金で、 Z r： 10〜30%である。 なお、 いずれも重量％であ る。
本発明の静電チャックの吸着機構部底面には上記したセラミックヒ一 夕一が一体的に接合されており、 吸着した半導体基板等の被処理物を速 やかに加熱することができる。 また加熱機構の底面にさらに冷却機構を —体的に接合することによって、 冷却機能も付加され、 加熱、 冷却併用 することによって精密な温度制御が可能になる。
静電吸着機構に加熱機構、 冷却機構を一体的に結合させる際、 冷却機 構一加熱機構ー静電吸着機構の順が必須条件となる。
順序が逆、 つまり加熱機構 -冷却機構ー静電吸着機構の場合、 加熱機 構と静電吸着機構の間に冷却機構が入り、 冷却機構の冷媒循環路の空隙 部分が断熱層になり、 加熱機構から静電吸着機構への熱移動を阻害する ために、 基板加熱時、 昇温速度が遅くなる問題がある。 つまり、 現実の 処理に際しては、 低温—高温、 高温 低温に温度変化している時間は完 全にロスタイムであるので、 このロスタイムが大きくなることは生産性 の低下を招く。 順序が逆になることによって加熱時のロスタイムが大き くなり、 生産性の著しい低下を招く。
ここで、 静電吸着機構、 加熱機構、 冷却機構の 「一体的結合」 なる表 現は以下のようなことを意味するものである。
①冶金的な接合による結合
静電吸着機構とセラミックヒーター、 冷却機構が口一付される場合に 相当する。 ②膜の積層による結合
溶射、 P V D， C V D , スパッタリング等の成膜処理によって膜を積 属させて^ ίと密に結合させる場合。 具体的には誘電体セラミックがセ ラミックヒーターの上に成膜によって形成される場合に相当する。 つま りセラミックヒー夕一の上に電極金属が膜生成され、 この上にさらに誘 電体セラミヅクが膜生成される場合、 あるいはセラミヅクヒーターの上 に亀極金属の板が接合され、 この板の上に誘電体セラミックが膜生成さ れる場口。
③焼結、 あるいは焼成による結合 金属一金属は冶金的な接合の範疇にいるが、 金属一セラミック、 セラ ミックーセラミヅクの組合わせで冶金的接合の範疇に入らないものの焼 結、 あるいは焼成による結合。
[静電吸着機構部]
本発明の静電吸着機構部とは、 いわゆる静電チャックの静電吸着機構 部を意味する。
静電吸着機構部は誘電体セラミックと、 このセラミック背面に形成さ れた静電誘導電極を含んだ構造を主要部とする構造体の総称である。 す なわち、 単極方式の静鼋チヤヅクにあっては、 誘電体セラミックと、 こ のセラミック背面に形成された静電誘導電極を併せた構造体を主要部と し、 双極方式にあっては誘電体セラミックと、 このセラミック背面に形 成された静電誘導電極、 およびこの電極の背面を裏打ちするセラミック 絶縁板からなる構造体を主要部とする構造体が吸着機構部となる。 誘電体セラミックは， 誘電体セラミックの焼結体を、 あるいは誘電体 セラミックの膜、 つまり溶射によって誘電体セラミックの被膜を形成し たもの、 あるいはスパッタリング、 C V D等の薄膜処理によって形成し たもの、 あるいはその他の成膜処理によって形成されたもの、 いずれで も選択できる。 ここで誘電体セラミックとは誘電率が特に高いセラミツ クのみに限定されるものではない。 通常の電気絶縁セラミックでも厚さ を薄くすると吸着力は大きくなる現象に鑑み、 本発明では誘電率の高く ない通常の電気絶縁体セラミック全般もこの 「誘電体セラミック」 の範 疇に含まれる。 チタン酸アルミナ、 チタン酸バリウム等の高誘電率セラ ミックから、 窒化ケィ素、 窒化アルミ、 アルミナ、 サファイア、 炭化ケ ィ素、 成膜形成されたダイヤモンド、 C B N等、 絶縁体セラミックがこ の範疇にはいる。
なお接合時の歪をなくすために、 誘電体セラミックの材質はセラミヅ クヒータ一と同じセラミックを使用するか、 あるいは線膨張係数が同じ あるいは近似したものを選択するほうが好ましい。 つまりセラミックヒ —夕一が窒化アルミ系の場合、 同じ窒化アルミ系のセラミヅクあるいは 線膨張係数が同じあるいは近似したものを選択するほうが好ましい。 な お誘電率の高くない通常の電気絶縁体セラミックを誘電体セラミックと して使用する際 （例えば窒化アルミを誘電体セラミックとして使用する 際） 、 誘電率を高くする目的で、 高誘電率セラミック （チタニア） 成分 を添加するのも効果がある。
静電吸着機構部背面には加熱機構 （セラミックヒーター） が結合され るが、 双極の場合、 加熱機構つまりセラミックヒー夕一のセラミック面 を静電吸着機構部背面の絶縁体として代用してもよい。
また、 吸着機構部背面に加熱機構 （セラミックヒーター） を結合する に当たり、 結合面に応力緩衝の目的で異種材料の層をインサートする場 合もある。 本発明の 「静電吸着機構部」 はこれらインサートされる層の 部分まで含めて総称するものである。
[冷却機構]
基材に冷媒循環路を設け、 この中に液体、 気体冷煤を循環させて冷却 する。
循環路は、 基材に溝加工して、 あるいは基材に管路の埋め込み、 ある いは仕切り板を渦巻状に巻回し、 両端面にめくら板を接合して渦巻状の 循環路形成、 あるいは管路を内蔵する構造を銪造金属、 あるいは溶接で 形成、 あるいは管路を内蔵する搆造をセラミック焼結体で形成等々、 種 々の方法で形成する。
循環路を形成する基材の材料は、 良熱伝導性の金属、 セラミックある いは金属セラミックの複合材料等、 いずれを採用してもよい。 特に金属 /セラミック複合材料はその割合を変えることによって線膨脹係数を自 在に調節できるので、 接合部の残留応力軽減の点で有利である。 また、 セラミ、ソクヒーターと冷却機構の接合に際して、 残留応力緩和の目的で、 異種材料の層をィンサートして接合するのは効果的である。 (実施例）
実施例によって本発明を説明する。 実施例 1 (両面融着タイプ）
セラミック基材：窒化アルミニウム、 窒化ケィ素、 炭化ケィ素、 アルミ ナの 4種類の基材使用。 炭化ケィ素は電気抵抗 1011 Ω
• cmのものを使用。
基材の寸法 ： 10x30x0. 6 mmの板。
融着金属 ：上記セラミック基材 （窒化アルミニウム、 窒化ケィ素、 炭化ケィ素、 アルミナ） の上に、 図 13に示すように、 2mm幅で 22 mmの長さで下記組成 （表 1) に調合した金属粉末をボリビニルアルコ —ルのエタノール溶液と混ぜてペースト状となし、 これを塗布した後、 図 14に示した両端に孔 （01mm) の開いた同じセラミック基材を重 ね合わせ、 乾燥後、 加熱溶融して図 15のように融着させた。 孔間の距 離は 20mmである。
S iの原料は、 半導体基板を破碎して粉にしたものと、 99. 999 %純度 （Al, Mg, Ca， Na≤ 1 ppm) の粉末使用。 半導体基板 を破砕して粉にしたものは Bドープした P型 S iである。
Bドーブした P型 S iの抵抗値は 0. 0〜0. I Q ' cmである。 B ド一ブした P型 S iを使用した試料は 「P型 S i」 と表示し、 表示のな い試料は 99. 999 %純度の粉末を使用した。
加熱雰囲気は、 真空 （ 5 X 10—5T o r r) 及びアルゴンである。 融 着金属のミクロ組織は、 上記した②、 ③、 ④のミクロ組織になる範囲、 つまり珪化物生成範囲、 珪化物と S i混在組織を形成する範囲、 S i単 体組織の三つの組成成分を選んだ。
1] 番号 粉末の組成 基材 融着温度 (eC) ミクロ組織 膜厚 （ zm)
1 S i ALN 1460 S i多結晶 l OOyt m 電気抵抗： 80 (Ω) Ρ型 Si (Βドープ） アルゴン雰囲気
S i-25%T i ALN 1400 S i+珪化物 50 m 電気抵抗： 8. 5 (Ω)
3 S i - 50%T i ALN 520 珪化物 1 0 jum 電気抵抗： 2. 0 (Ω)
4 Si - 25%Cr SiC 1550 S i+珪化物 45^m 電気抵抗： 8. 0 (Ω)
5 S i - 10%Mo S iC 1460 S i+珪化物 60 111 電気抵抗： 6. 0 (Ω)
6 S i-37%Hf ALN 1400 Si+珪化物 55 m 電気抵抗： 6. 0 (Ω)
7 S i - 20%Z r ALN 1480 S i +珪化物 60〃m 電気抵抗： 7. 0 (Ω)
8 S i— 18Ti S iN 1430 S i +珪化物 δ θ^πι 電気抵抗： 20. 0 ( Ω ) 番号 粉末の組成 基材 融着温度 (C) 膜厚 (urn)
S i-6%Nb-4%Fe SiC 1480 20
電気抵抗： 16. 0 (Ω) ミクロ組織： S i+珪化物
10 S i- 18%Nb- 12%N i SiC 1500 30 /m 電気抵抗： 13. 0 (Ω) ミクロ組織： S i+珪化物
11 S i- 15%Ta ALN 1450 7 O^m 電気抵抗： 5. 0 (Ω) ミクロ組織： S I+珪化物
12 S i - 10%V SiC 1480 6 urn 電気抵抗： 7. 0 (Ω) ミクロ組織： S i+珪化物
13 Si- 15%Ti- 10%Zr ALN 1450 50/ m 電気抵抗： 7. 0 (Ω) ミクロ組織： Si+珪化物
14 S i - 15%Y S iC 1480 6 O zm 電気抵抗： 5. 0 (Ω) ミクロ組織： Si+珪化物
5 S i-5%Cr-5%N S iC 1450 30 電気抵抗 1. 0 (Ω) クロ組織： S i+珪化物
16 S i- 10%Co ALN 1450 20 m
電気抵抗： 15. 0 (Ω) ミクロ組織： S i+珪化物
雰囲気：アルゴン雰囲気
17 Si-50%Ti AI2O3 1550 0 μ,τη 電気抵抗： 1. 8 ( Ω ) ミクロ組織： 珪化物
18 (MosALa) S 12 A laOa 1900 1 0 jum 電気抵抗： 0. 8 (Ω) アルゴン雰囲気
ミクロ組織：複珪化物 基材： A LNは窒化アルミ
S iCは炭化ケィ素
S iNは窒化ケィ素
A 1203は高純度アルミナ
雰囲気は、 番号 1, 18がアルゴン雰囲気、 他は真空雰囲気
電気抵抗は、 図 15の二つの孔に抵抗測定用の電極を差し込んで測定した < 実施例 2 (加熱テスト）
実施例 1の試料に交流電圧を印加して加熱テストした。 5分で 500 まで加熱し、 常温まで放冷した。 これを 100回繰り返した。 いずれ の試料にもヒーターの剥離、 割れはなかった。
25 次に融着金属の耐酸化性テストした。 実施例 1の試料を 1000°Cに
5時間加熱した。 融着被膜の酸化による電気抵抗の変化も認められなか つた' m 3 (被膜の均一融着性の比較）
ヒーター回路をセラミ ヅク基材の片面だけに融着させたもの （片面融 着構造） と、 二枚の基板に挟んで両方のセラミックに融着させた構造 (両面融着構造） のものについて被膜の厚さムラ （凹凸、 平坦性） ， 幅 のムラ、 表面性状について比較をした。
セラミック基材：窒化アルミニウム基材の寸法 100 x 100 x 0. 6 mmの板。
融着金属 ：融着金属としては濡れ性の異なる二つの成分を選択 高純度 S i ( 99, 9 99%) 、 S i— 25%T iを 選択して比較することとした。
S i粉末 （粒度 325メヅシュアンダー） をポリビニルアルコールの エタノール溶液と混ぜてペースト状となし、 これを上記窒化アルミニゥ ム基材の表面に図 1 6の回路模様に印刷した。 回路の幅は 10ππη、 回 路と回路の間隔は 5 mmである。
片面融着試料は、 片面に印刷した試料を乾燥後、 真空中 （5 X 1 0—5 T 0 r r) で加熱、 融着させた。
両面融着試料は、 印刷した上に、 さらに同じセラミックの板を位置を 整合させて重ね合せ、 乾燥後、 真空中 （5 x 10— 5To rr) で加熱、 融着させた。
高純度 S iの試料は 1450°Cに加熱して融着させた。 S i— 25% T iの試料は 1400°Cに加熱して融着させた。
果
[片面融着試料]
高純度 S iの試料は、 被膜が盛上がり、 凹凸のある被膜となった。 ま た、 回路パターンの幅も当初の印刷された幅よりも狭くなることが観察 された。
S i— 25%T iの試料は、 凹凸がほとんどない平坦な被膜が形成さ れた。 回路パターンの幅も当初の印刷された幅とほぽ同じ回路が形成さ れた。
片面融着試料は融着させる金属の濡れ性の違いにより被膜の平坦度、 凹凸の程度に違いが生ずることが親察された。
[両面融着試料]
一方、 二枚のセラミックに挟んで融着させた両面融着試料は、 高純度 Siの試料、 S i— 25%T iの試料共、 両面からセラミック板で挟ん でいるために、 被膜の盛り上りもなく完全融着し、 平坦で、 凹凸起伏の ない被膜が形成された。 また回路パターンの幅も当初の印刷された幅と ほぼ同程度の幅で融着していた。
両面融着試料は融着させる金属の濡れ性に違いがあっても、 平坦で凹 凸起伏のない被膜が融着することが親察された。
両面融着タイプは、 被膜の平坦性、 つまり厚さの均一性、 回路幅の均 一性の点では片面融着夕イブよりも優れていることが確認できた。 実施例 4 (融着構造と加熱時の変形量の比較テスト）
セラミック基材 窒化アルミニウム
基材の寸法 10x 110x0. 6 mmの板。
融¾： ^属 S i - 25%T i
S i原料 99. 999%純度 （Al, Mg, Ca, Na≤ 1 P pm)
上記組成に調合した粉末金属をポリビニルアルコールのエタノール溶 液と混ぜてペースト状と成し、 これを上記セラミックの板 （下板） の片 面全面に塗布し、 乾燥後、 両端に直径 lmmの孔 （孔間の距離： 100 mm) を開けた同じセラミック板 （上板） を重ね合わせ、 真空中 （5x 10— 5Torr) で 1400°Cに加熱溶融して、 二枚のセラミックを融 着させた。
また、 比較のために上記セラミックの板の片面全面に塗布し、 乾燥後、 真空中 （5x l 0_sTorr)で 1400°Cに加熱溶融して融着させた 片面融着の試料も作成した。
[結果]
二種類の試料 （両面融着、 片面融着試料） を融着後、 両端に交流電圧 を印加して 500eCに 5分で昇温した。
この時、 片面融着試料は 200ミクロンの反りが発生した。 一方両面 融着夕イブの反りはほぼ皆無であった。
両面融着構造は片面融着構造に比較して加熱時の変形防止に著効があ ることが判明した。 実施例 5
セラミック基材：窒化アルミニウム、 炭化ケィ素、 窒化ケィ素の 3種 類の基材使用。 炭化ケィ素は、 鼋気抵抗 1011 Ω— cmのものを使用。
基材の寸法 ： 10x30x0. 6 mmの板。
融着金属 ：上記セラミック基材の片面に、 図 4に示すように、
2mm幅、 22mmの長さで、 下記組成 （表 2) に 調合した金属粉末をポリビニルアルコールのェ夕ノ ール溶液と混ぜてペースト状となし、 これを極く薄 く塗布し、 乾燥後、 加熱、 溶融して融着させた。
Siの原料は、 半導体基板を破碎して粉にしたものと、 99. 999 %純度の粉末を使用した。 半導体基板を破砕して粉にしたものは Bドー ブした P型 S iである。
Bドーブした P型 S iの抵抗値は、 0. 0〜0. I Q ' cmである。
Bドーブした P型 S i使用した試料は 「P型 S i」 と表示した。 表示の 5 ない試料は 99. 999 %純度の粉末を使用した。
加熱雰囲気は、 真空 （5 x 10'5To r r) とアルゴンである。
融着金属のミクロ組織は、 上記した②、 ③、 ④のミクロ組織になる範 囲、 つまり珪化物生成範囲、 珪化物と S i混在組織を形成する範囲、 S i単体組織、 の三つの組成を選んだ。 電気抵抗は 20 mmの距離で測定 した。
[¾2] 番号 粉末の組成 基材 融着温度 (°C) ミクロ組織 膜厚 （ m)
1 S i ALN 1460 S i多結晶 50 m 電気抵抗： 200 (Ω) Ρ型 S i (Bドーブ） アルゴン雰囲気
S i - 25%T i ALN 400 S i+珪化物 50 m 電気抵抗： 7. 0 (Ω)
3 S i- 50%T i ALN 1520 珪化物 20 ju
電気抵抗： 1. 5 (Ω) アルゴン雰囲気 番号 粉末の組成 基材 融着温度 C) 膜厚 ( m)
4 S i-25%Cr- l%T i ALN 1550 40 um 電気抵抗： 10 (Ω) ミクロ組織： S i+珪化物 S i- 10%Mo-0.5%T i SiN 1460 50 m 電気抵抗： 7. 5 (Ω) ミクロ組織： S i+珪化物
S i-37%Hf ALN 1400 7 O^m 電気抵抗： 6. 0 (Ω) クロ組織： Si+珪化物 Si - 20%Zr ALN 1480 60 m 電気抵抗： 8. 0 (Ω) クロ組織： S i+珪化物 S i - 15%T a ALN 1450 50 m 電気抵抗： 6. 0 (Ω) ミクロ組織： Si+珪化物 S i - 10%V SiC 1480 80 zm 電気抵抗： 6. 0 (Ω) ミクロ組織： S i+珪化物 S i- 15%T i- 10 Zr ALN 1450 70 m 電気抵抗： 8. 0 (Ω) ミクロ組織： S i+珪化物 S i - 15%Y S iN 1480 40 zm 電気抵抗： 6. 0 (Ω) ミクロ組織： S i+珪化物 S i-5%Cr-5%Ni S iC 1450 50 m 電気抵抗： 7. 0 (Ω) ミクロ組織： S i+珪化物 13 Si - 10%Co AL 1450 60 im 電気抵抗： 6. 0 (Ω) ミクロ組織： S i+珪化物 アルゴン雰囲気 基材： A LNは窒化アルミ、 S iCは炭化ケィ素、 SiNは窒化ケィ素、 雰囲気は、 番号 1, 3, 13がアルゴン、 他は真空。
電気抵抗は、 20mm長さ間の抵抗を測定した。 実施例 6 (加熱テスト）
実施例 5の試料に交流電圧を印加して加熱テス卜した。
10 5分で 50 (TCまで加熱し、 常温まで放冷した。 これを 100回繰り 返した。
いずれの試料にもヒーターの剥離、 割れはなかった。
次に融着金属の耐酸化性テストを行った。 実施例 5の試料を 1000 に 5時間加熱した。
15 融着被膜の酸化による剥落、 および電気抵抗の変化も認められなかつ た。 実施例 7
セラミック基材： 窒化アルミニウム
20 基材の寸法 ： 10x25x0. 6 mmの板。
融着金属 ：
上記セラミックの板 （下板） の片面に幅 2mm、 長さ 22 mmの範囲 で、 Ti O. 5〃m、 T iの上に更に S iを 4 /mスパッタリングした c 図 14に示した両端に直径 lmmの孔 （孔間の距離： 20mm) を開
25 けた同じセラミック板 （上板） の片面にも幅 2mm、 長さ 22 mmの範 囲で、 1";1を0. 5Aim、 T iの上にさらに S iを 4〃mスパヅ夕リン グした。
スパッタリングした面を重ね合わせ、 真空中 （5x 10— 5Torr) で 1400°Cに加熱溶融して、 図 15に示すように、 二枚のセラミック を融着させた。
[結果]
融着させた試料の直径 1 m mの孔から電極端子を差し込み、 電気抵抗 を測定した。 その結果、 10Ωであった。
次に、 加熱テストを行った。
5分で 500°Cまで加熱し、 常温まで放冷した。 これを 100回繰り 返した。
その結果、 融着した二枚のセラミックに剥離および割れは認められな かった。
次に、 1000°Cに 10時間加熱し、 耐酸化性テストを行った。
二枚のセラミックに剥離および割れは認められなかった。 また、 融着 被膜の電気抵抗の変化は認められなかった。
次に、 静電チャックの実施例を図面によって説明する。
本発明は基本的には 4つの構造に大別できる。
一つは誘電体セラミックが焼結体で形成された構造 （図 17)、 一つ は誘電体が成膜手法、 例えば溶射、 CVD， PVD, スパッタリング、 その他の成膜手法で形成された構造 （図 18) 、 そしてそれそれについ て加熱機構に冷却機構が接合された構造 （図 19 , 20)である。 図 1 7〜20はこれらの状況を説明した図である。
図 17は静電吸着機構部の誘電体セラミックが焼結体、 図 18は静電 吸着機構部の誘電体セラミックが成膜形成されたもの、 図 19は図 17 の構造に冷却機構が接合されたもの、 図 20は図 18の構造に冷却機構 が接合されたものである。 誘電体セラミックが焼結体の場合、 電極の形成の仕方で二つの構造に 別れる。
一つは図 21のようにセラミックと電極を一体焼結した構造。 電極は セラミヅクの中にくるまれる。 もう一つは図 22のように焼結体をヒー 夕一にロー付し、 ロー付層が電極を兼ねる構造である。
図 21の構造の場合、 セラミックヒーターの電熱合金を誘電体セラミ ックの片面に直接融着させてもよい。 つまり図 23の様にヒーターの片 面のセラミックを誘電体セラミックの片面で代用させてもよい。
次に実施例を示す。 実施例 8 (構造：図 24の構造）
誘電吸着機構部：窒化アルミ円板 （ (650 X 0. 2 mm厚さ） を使用 加熱機構 ： ø 50 X 1 tの窒化アルミ板、 2枚使用。
電熱合金は S i+T i S i 2 のミクロ組 織の合金使用。
(S i-25%T i合金）
二枚の窒化アルミ板 （05 Ox 1 t) の片面にそれそれ S i-25% T i合金の粉末を電熱回路模様に印刷し、 仮焼結後、 二枚を重ね合せ、 真空中、 1430°Cで溶融、 融着させた。 電熱合金膜の厚さは 100ミ ク Dンであった。
[接合]
誘電吸着機構部の窒化アルミニゥム板とヒータ一の接合も、 電熱合金 と同じ Si— 25% T i合金使用した。 接合はヒーターの接合時同時 に接合した。
接合金属を電極として使用した （単極） 。
[テスト] 静鼋吸着：電極とシリコンウェハ一の間に 700Vの直流電圧を印加 して誘電体セラミヅクの表面に 2ィンチシリコンウェハーを吸着させた。 加熱
常温 （20°C) から加熱開始し、 ヒーターに通電し、 ウェハー表面は、 60秒で 700。Cに加熱できた。
保持
ヒー夕一加熱を ON— OFF制御してシリコンウェハ一表面温度を 7 00 °C± 5 eCの範囲に保持できた。
本発明はシリコンウェハーを急速加熱でき、 かつ均一に保持できるこ とが確認できた。 実施例 9 (構造：図 25の構造）
実施例 8の構造に冷却機構を接合した構造
誘電吸着機構部、 セラミックヒ一夕一は実施例 8と同じ方法で製造し た。 電熱合金は、 S i— 20%Zr合金を使用した。 真空中 1430eC で接合した。 電熱合金の厚さは、 100 ^ mであった。 電極は接合金属 層を単極として利用した。
冷却機構の構造：
幅 10mm、 厚さ 0. 5 mmのタングステンの帯を渦巻き状に巻回し、 これを二枚の ø 50 1 tのタングステンの円板の間に挟み端面を二枚 のタングステン円板と銀ロー付した構造。 冷却は水冷、 空冷
[冷却機構との接合]
窒化アルミヒーターと冷却機構は T i入りの銀ろうで直接ロー付した。 ロー付の際、 窒化アルミヒーターとタングステンの冷却機構の間に応 力緩衝 目的として 50%W— 50%窒化アルミ （体積％) の複合焼結 体の円板 50 X lmm) を間に挟んで接合した。 [テス ト]
静電吸着：電極とシリコンウェハーの間に 700Vの直流電圧を印加 して誘電体セラミックの表面に 2ィンチシリコンウェハ一を吸着させた。 加熱 ： 0°Cから加熱開始。 ヒータ一に通電、 ウェハー表面は、 2 5秒で 100°Cに過熱できた。
冷却
ヒータ一を切った後、 水冷開始。 ウェハー表面は 40秒で 15°Cま で冷却できた。
保持
ヒーター加熱と同時に水冷を併用してシリコンウェハー表面温度を 5 0"C± 1°Cの範囲に保持できた。
本発明はシリコンウェハ一を急速昇降温でき、 かつ均一温度に保持で きることが確認できた。 実施例 10 (構造：図 26の構造）
誘電吸着機構部：タングステンの電極膜をセラミックの内部に同時焼 成した窒化アルミ円板 （050 X 2mm厚さ） を使用 上記電極膜内蔵窒化アルミ円板の裏面 （非吸着側） の窒化アルミ面に 電熱合金 （31— 15%111合金） の電熱回路を印刷し、 印刷面にさら に窒化アルミ扳 （ ø 50 X 1 t ) を重ね合せ、 真空中、 1430。Cで溶 融して、 電極膜内蔵窒化アルミ円板と窒化アルミ板を融着させた。 電熱 合金 J5莫の厚さは概ね 100ミクロンであった。
冷却機構の構造：
アルミニウム板 （050 X 25 mm厚さ） の片面に渦巻き状の冷媒循 璟用の溝を加工し、 アルミニウムの板 （05 O x 5mm厚さ） を裏当し てろう付 （アルミニウムろう付） した構造の冷却ジャケット使用した。
[冷却機構との接合]
窒化アルミヒーターと冷却機構の間に応力緩衝を目的として M o板 ( 5 0 1 mm) を挟み、 窒化アルミヒー夕一と M o , M oと冷却機 構、 共にインジウム半田で半田付した。
[テスト]
静電吸着：電極とシリコンウェハ一の間に 7 0 0 Vの直流電圧を印加 して誘電体セラミックの表面に 2インチシリコンウェハ一を吸着させた。 加熱
0。Cから加熱開始。 ヒータ一に通電、 ウェハー表面は、 2 5秒で 1 0 0 °Cに加熱できた。
冷却
ヒーターを切った後、 アルミジャケットに水を循環開始。 ウェハ一表 面は 5 0秒で 1 5 Cまで冷却できた。
保持
ヒーター加熱と同時に水冷併用してシリコンウェハー表面温度を 5 0 °C ± 1 °Cの範囲に保持できた。
本発明の静電チャックは、 シリコンウェハーを急速昇降温でき、 かつ 均一温度に保持できることが確認できた。
〔産業上の利用の可能性〕
以上で詳記したように、 本発明の通電発熱体は、 珪化物、 S iあるい は珪化物と S iの混合組織の電熱材料の膜をセラミック S iに融着させ た複合構造の電熱材料であって、 電熱材料の脆さと高温で軟化するとい う欠点が改良され、 しかも薄膜化されたもので、 ヒー夕一被膜の密着強 度、 耐剥離性、 大気中での耐酸化性に優れ、 急加熱、 高温加熱に耐え、 耐久性に優れ、 構造が簡単で安価に製造できる利点も有し、 産業上極め て有意義な発明である。
また、 本発明の静電チャックは、 半導体基板表面を極めて短い温度サ ィクルで昇降温できるという特徴があり、 生産性の向上、 プラズマ処理 や成膜処理等の品質向上に多大の貢献が期待できるものである。

Claims

請求の範 ffl
1 . 電気絶縁性の窒化物系あるいは炭化物系セラミック基材の表面に、 ミクロ組織が珪化物単体組織あるいは珪化物と S iの混在組織あるいは S i単体組織からなる抵抗発熱材料の被膜が融着した構造からなること を特徴とする通電発熱体。
2 . 電気絶縁性のセラミック基材の表面に、 0 . 5 %以上の活性金属 を含有し、 かつミクロ組織が珪化物単体組織あるいは珪化物と S iの混 在組織からなる抵抗発熱材料の被膜が融着した構造からなることを特徴 とする通電発熱体。
3 . 上記セラミック基材が窒化アルミニウム系セラミック、 抵抗発熱 材料のミクロ組織が珪化物と S iの混在する組織である請求項 1あるい は 2のいずれかに記載の通電発熱体。
4 . 上記セラミック基材が窒化ケィ素系セラミック、 抵抗発熱材料の ミクロ組織が珪化物と S iの混在する組織である請求項 1あるいは 2の いずれかに記載の通電発熱体。
5 . 上記セラミック基材が炭化ケィ素系セラミック、 抵抗発熱材料の ミクロ組織が珪化物と S iの混在する組織である請求項 1あるいは 2の いずれかに記載の通電発熱体。
6 . 上記セラミック基材が酸化物系セラミックである請求項 2に記載 の通電発熱体。
7 . 上言己酸化物系セラミックがアルミナ系セラミック、 抵抗発熱材料 のミク口組織が珪化物組織である請求項 6に記載の通鼋発熱体。
8 . 誘電体セラミックと該セラミックの底面に形成された電極を備え てなる静電吸着機構の底面に加熱機構を結合した構造からなり、 該加熱 機構は、 電気絶縁性で、 線膨張係数が同じ又は近似した二枚のセラミツ ク基材の間に該セラミックに融着性の電熱材料の膜を挟み、 該膜が該ニ 枚の基材に溶融融着した構造からなることを特徴とする静電チャック。
9 . 誘電体セラミックと該セラミックの底面に形成された電極を備え てなる静電吸着機構底面に加熱機構を結合し、 該加熱機構の底面に冷却 機構を結合した構造からなり、 該加熱機構は、 電気絶縁性で、 線膨張係 数が同じあるいは近似した二枚のセラミック基材の間に該セラミックに 融着性の電熱材料の膜を挟み、 該膜が該ニ枚の基材に溶融融着した構造 からなることを特徴とする半導体基板の静電チャック。
1 0 . 上記誘電体セラミックと加熱機構の二枚のセラミック基材が窒 化アルミニウム系セラミックである請求項 8〜 9のいずれかに記載の静 電チャック。
1 1 . 上記電熱材料が、 ミクロ組織が珪化物と S iの混在組織の金属 である請求項 1 0に記載の静電チャック。
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Families Citing this family (57)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE301916T1 (de) * 1999-11-19 2005-08-15 Ibiden Co Ltd Keramisches heizgerät
JP2002057207A (ja) * 2000-01-20 2002-02-22 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体製造装置用ウェハ保持体およびその製造方法ならびに半導体製造装置
US7081602B1 (en) * 2000-02-01 2006-07-25 Trebor International, Inc. Fail-safe, resistive-film, immersion heater
US7011874B2 (en) * 2000-02-08 2006-03-14 Ibiden Co., Ltd. Ceramic substrate for semiconductor production and inspection devices
JP2001244320A (ja) * 2000-02-25 2001-09-07 Ibiden Co Ltd セラミック基板およびその製造方法
DE10025588A1 (de) * 2000-05-24 2001-11-29 Mold Masters Ltd Einrichtung zur Verarbeitung von geschmolzenem Material, Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung derselben
ATE275760T1 (de) * 2000-06-02 2004-09-15 Ibiden Co Ltd Heizplatteneinheit
US20030000938A1 (en) * 2000-12-01 2003-01-02 Yanling Zhou Ceramic heater, and ceramic heater resistor paste
DE10112234C1 (de) * 2001-03-06 2002-07-25 Schott Glas Keramik-Kochfeld
US20050211385A1 (en) 2001-04-30 2005-09-29 Lam Research Corporation, A Delaware Corporation Method and apparatus for controlling spatial temperature distribution
JP3856293B2 (ja) * 2001-10-17 2006-12-13 日本碍子株式会社 加熱装置
DE10162276C5 (de) * 2001-12-19 2019-03-14 Watlow Electric Manufacturing Co. Rohrförmiger Durchlauferhitzer und Heizplatte sowie Verfahren zu deren Herstellung
US7067775B2 (en) * 2002-03-20 2006-06-27 Micropyretics Heaters International, Inc. Treatment for improving the stability of silicon carbide heating elements
US6960741B2 (en) * 2002-08-26 2005-11-01 Lexmark International, Inc. Large area alumina ceramic heater
JP4026759B2 (ja) * 2002-11-18 2007-12-26 日本碍子株式会社 加熱装置
US7372001B2 (en) * 2002-12-17 2008-05-13 Nhk Spring Co., Ltd. Ceramics heater
JP3829935B2 (ja) * 2002-12-27 2006-10-04 信越化学工業株式会社 高耐電圧性部材
KR100890493B1 (ko) * 2003-04-18 2009-03-26 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 반도체 제조 장치
US20040222210A1 (en) * 2003-05-08 2004-11-11 Hongy Lin Multi-zone ceramic heating system and method of manufacture thereof
KR20050031785A (ko) * 2003-09-30 2005-04-06 삼성전자주식회사 전기조리기
DE602004011386T2 (de) * 2003-11-20 2009-01-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Dünnschichtheizelement
US7196295B2 (en) * 2003-11-21 2007-03-27 Watlow Electric Manufacturing Company Two-wire layered heater system
US7164104B2 (en) * 2004-06-14 2007-01-16 Watlow Electric Manufacturing Company In-line heater for use in semiconductor wet chemical processing and method of manufacturing the same
US20060076343A1 (en) * 2004-10-13 2006-04-13 Cheng-Ping Lin Film heating element having automatic temperature control function
KR20070055617A (ko) * 2004-12-20 2007-05-30 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤 세라믹 히터, 열 교환 유닛 및 미온수 세척 변기 의자
CN2933108Y (zh) * 2005-11-25 2007-08-15 壁基国际有限公司 电热卷发器
CN100521835C (zh) * 2005-12-29 2009-07-29 梁敏玲 电阻膜加热装置的制造方法及所形成的电阻膜加热装置
US8226769B2 (en) * 2006-04-27 2012-07-24 Applied Materials, Inc. Substrate support with electrostatic chuck having dual temperature zones
US20080142755A1 (en) * 2006-12-13 2008-06-19 General Electric Company Heater apparatus and associated method
US20080295795A1 (en) * 2007-05-29 2008-12-04 Ted Hollinger Laminated Internal Combustion Engine and Fabrication Technique
DE102008032509A1 (de) * 2008-07-10 2010-01-14 Epcos Ag Heizungsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung der Heizungsvorrichtung
KR100995250B1 (ko) * 2008-09-09 2010-11-18 주식회사 코미코 열 응력 감소를 위한 버퍼층을 포함하는 정전 척
CA130443S (en) * 2008-10-21 2010-05-17 Feed Me Bottles Ltd Bottle
JP5416570B2 (ja) * 2009-12-15 2014-02-12 住友電気工業株式会社 加熱冷却デバイスおよびそれを搭載した装置
US8395093B1 (en) * 2010-04-06 2013-03-12 Cornerstone Research Group, Inc. Conductive elastomeric heater with expandable core
US9224626B2 (en) * 2012-07-03 2015-12-29 Watlow Electric Manufacturing Company Composite substrate for layered heaters
US9673077B2 (en) 2012-07-03 2017-06-06 Watlow Electric Manufacturing Company Pedestal construction with low coefficient of thermal expansion top
CN102946652A (zh) * 2012-10-31 2013-02-27 宁波市万泓电器科技有限公司 带发热膜的加热管及其制造工艺
US10966287B2 (en) * 2013-04-09 2021-03-30 Novair, Inc. High-temperature nanocomposite emitting film, method for fabricating the same and its application
US20140356985A1 (en) 2013-06-03 2014-12-04 Lam Research Corporation Temperature controlled substrate support assembly
DE102013014030B4 (de) 2013-08-26 2023-06-29 QSIL Ingenieurkeramik GmbH Keramisches Heizelement und Umformwerkzeug sowie Verfahren zur Herstellung eines keramischen Heizelements
JP6329741B2 (ja) * 2013-09-06 2018-05-23 デクセリアルズ株式会社 保護回路
JP6219229B2 (ja) * 2014-05-19 2017-10-25 東京エレクトロン株式会社 ヒータ給電機構
ES2829801T3 (es) * 2014-09-18 2021-06-02 Oerlikon Metco Us Inc Uso de materia prima en polvo preformulada en el procedimiento de recubrimiento por pulverización térmica en suspensión
US11457513B2 (en) * 2017-04-13 2022-09-27 Bradford White Corporation Ceramic heating element
EP3447304B1 (en) * 2017-08-25 2026-04-15 Sanhua AWECO Appliance Systems GmbH Thin layered heating element for a fluid pump
JP6926217B2 (ja) * 2017-09-28 2021-08-25 京セラ株式会社 構造体
CN108411296A (zh) * 2018-02-13 2018-08-17 上海楚越机械设备有限公司 一种电阻加热元件的制备方法
CN108934090A (zh) * 2018-07-06 2018-12-04 三责（上海）新材料科技有限公司 一种高功率节能电热管元件及其制造方法
JP7285855B2 (ja) * 2018-11-30 2023-06-02 京セラ株式会社 セラミック構造体及び端子付構造体
CN113383616A (zh) * 2019-02-08 2021-09-10 利盟国际有限公司 氮化铝加热器及其制造方法
US20210231345A1 (en) * 2020-01-27 2021-07-29 Lexmark International, Inc. Thin-walled tube heater for fluid
US20230328846A1 (en) * 2020-08-18 2023-10-12 Wuhu Aldoc Tech Co., Ltd. Metal heating body, metal heating device, and metal heating body manufacturing method
KR20220101566A (ko) * 2021-01-11 2022-07-19 에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이. 정전기 척
WO2022173017A1 (ja) * 2021-02-12 2022-08-18 京セラ株式会社 ヒータ
CN118923206A (zh) * 2022-03-31 2024-11-08 巴川集团股份有限公司 片状加热器
JPWO2023189185A1 (ja) * 2022-03-31 2023-10-05

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62264588A (ja) * 1986-05-12 1987-11-17 株式会社東芝 赤外線ヒ−タ
JPH02215077A (ja) * 1988-12-24 1990-08-28 Robert Bosch Gmbh 高温加熱素子、その製造方法およびセラミツク加熱装置の製造方法
JPH0870036A (ja) * 1994-08-29 1996-03-12 Souzou Kagaku:Kk 静電チャック

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1021691A (en) * 1961-10-19 1966-03-09 Kanthal Ab Improvements in heat-resistant and oxidation-proof materials containing molybdenum disilicide
US4071880A (en) * 1974-06-10 1978-01-31 N L Industries, Inc. Ceramic bodies with end termination electrodes
JPS55126989A (en) * 1979-03-24 1980-10-01 Kyoto Ceramic Ceramic heater
JPS5767297A (en) * 1980-10-15 1982-04-23 Kyoto Ceramic Ceramic heater
US4486651A (en) * 1982-01-27 1984-12-04 Nippon Soken, Inc. Ceramic heater
JPS599887A (ja) * 1982-07-07 1984-01-19 日本特殊陶業株式会社 セラミツク発熱体
US4714570A (en) * 1984-07-17 1987-12-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Conductor paste and method of manufacturing a multilayered ceramic body using the paste
US4882203A (en) * 1988-11-04 1989-11-21 Cvd Systems & Services Heating element
US5151871A (en) * 1989-06-16 1992-09-29 Tokyo Electron Limited Method for heat-processing semiconductor device and apparatus for the same
US5280156A (en) * 1990-12-25 1994-01-18 Ngk Insulators, Ltd. Wafer heating apparatus and with ceramic substrate and dielectric layer having electrostatic chucking means
JP2804393B2 (ja) * 1991-07-31 1998-09-24 京セラ株式会社 セラミックヒータ
KR100290748B1 (ko) * 1993-01-29 2001-06-01 히가시 데쓰로 플라즈마 처리장치
JP2828575B2 (ja) * 1993-11-12 1998-11-25 京セラ株式会社 窒化珪素質セラミックヒータ
JP2813148B2 (ja) * 1994-03-02 1998-10-22 日本碍子株式会社 セラミックス製品
TW444922U (en) * 1994-09-29 2001-07-01 Tokyo Electron Ltd Heating device and the processing device using the same
JP3138393B2 (ja) * 1994-09-30 2001-02-26 シャープ株式会社 薄膜導電層の形成方法
JPH09213781A (ja) * 1996-02-01 1997-08-15 Tokyo Electron Ltd 載置台構造及びそれを用いた処理装置
US5787578A (en) * 1996-07-09 1998-08-04 International Business Machines Corporation Method of selectively depositing a metallic layer on a ceramic substrate

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62264588A (ja) * 1986-05-12 1987-11-17 株式会社東芝 赤外線ヒ−タ
JPH02215077A (ja) * 1988-12-24 1990-08-28 Robert Bosch Gmbh 高温加熱素子、その製造方法およびセラミツク加熱装置の製造方法
JPH0870036A (ja) * 1994-08-29 1996-03-12 Souzou Kagaku:Kk 静電チャック

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP0899986A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
US6486447B2 (en) 2002-11-26
EP0899986A1 (en) 1999-03-03
DE69731740T2 (de) 2005-12-15
US6448538B1 (en) 2002-09-10
KR20000010776A (ko) 2000-02-25
US20020027130A1 (en) 2002-03-07
DE69731740D1 (de) 2004-12-30
EP0899986B1 (en) 2004-11-24
EP0899986A4 (en) 2000-04-12
KR100280634B1 (ko) 2001-02-01

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