(57)【要約】【課題】この発明は、セラミックヒータの加熱面側である窒化アルミニウムのカバーの熱伝導率を、非加熱面である窒化アルミニウムのベースの熱伝導率よりも高くして、ヒータでの熱を加熱面側に効率的に伝達して均一加熱が一層促進されるようにしたセラミックスヒータを得ようとするものである。【解決手段】加熱面側の窒化アルミニウムのカバーと非加熱面側の窒化アルミニウムのベースの中間に発熱体を埋設し、かつこの発熱体に電流導入端子を接合してホットプレスで一体化したセラミックスヒータであって、発熱体を境にして加熱面側のカバーの熱伝導率が、非加熱面側のベースの熱伝導率よりも高いことを特徴とするセラミックスヒータである。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱面側の窒化アルミニウムのカバーと非加熱面側の窒化アルミニウムのベースとの中間に発熱体を埋設し、かつこの発熱体に電流導入端子を接合してホットプレスで一体化したセラミックスヒータであって、発熱体を境にして加熱面側のカバーの熱伝導率が、非加熱面側のベースの熱伝導率よりも高いことを特徴とするセラミックスヒータ。
【請求項２】
前記加熱面側のカバーが窒化アルミニウム焼結体、非加熱面側のベースが窒化アルミニウム成形体である請求項１記載のセラミックスヒータ。
【請求項３】
発熱体の電流導入端子が高融点金属粉末の成形体であって、ホットプレス時における電流導入端子の径方向の収縮率と、窒化アルミニウムのベース端子穴径方向の収縮率の差が０．２％以下である請求項１記載のセラミックスヒータ。
【請求項４】
前記高融点金属粉末が、タングステン粉末、モリブテン粉末またはそれらの合金粉末である請求項３記載のセラミックスヒータ。
【請求項５】
前記タングステン粉末、モリブテン粉末またはそれらの合金粉末の粒径が５〜１５μｍである請求項４記載のセラミックスヒータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はセラミックスヒータに関し、特にヒータの加熱面温度の均一性をさらに向上したセラミックスヒータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハの製造に際しては、半導体ウェーハにプラズマＣＶＤ、プラズマエッチングなどの加工処理が施されるが、これらの加工処理では、通常、半導体ウェーハを発熱体であるセラミックスヒータで加熱して行われている。このセラミックスヒータは、一面を加熱面とするセラミックス基材と、このセラミックス基材の内部に埋設される抵抗発熱体と、この抵抗発熱体に一端が接続された電力供給端子の３つの部材から構成されている。そして、これらの部材を一体化する方法は一般的にホットプレスが採用されている。
【０００３】
セラミックス基材は、通常、熱伝導性や耐食性などの点で窒化アルミニウムが使用されている。また、抵抗発熱体および電力供給端子には、ＡｌＮとの熱膨張係数差、高温における素材の安定性などの理由から、タングステンやモリブデン或いはその合金などの高融点金属が使用されている。発熱体は、ワイヤまたはパターンニングされた箔などが用いられている。これらの発熱体は、基材をホットプレスする際に基材中に埋設されるものである。電力供給端子は数ミリから数十ミリ程度の太さの円柱プラグが用いられ、これもホットプレスによって基材に埋設されるが、この他の方法として基材をホットプレスした後でロウ付けする方法もある。
【０００４】
ホットプレスする際のＡｌＮ基材の形態としては、成形体を用いる場合と焼結体を用いる場合の２種類が従来から存在する。いずれの場合にも、ＡｌＮ基材のカバーに溝や穴加工を行って、ここへ発熱体や電力供給端子をセットする。これに別のＡｌＮ基材のベースを合せてホットプレスを行い、これらを一体化する。即ち、成形体のＡｌＮ基材を用いる場合は、始めに仮成形した成形体のカバーに溝や穴加工を行って、ここに発熱体や端子をセットする。次に、発熱体や端子をセットした隙間にＡｌＮの造粒粉を埋め、これに別のＡｌＮ基材のベースを合せてホットプレスを行いＡｌＮヒータとするものである。また、焼結体のＡｌＮ基材を用いる場合は２枚の焼結体を予め準備し、その一方又は両方に発熱体および端子用の溝および穴加工をして接合部に接合剤を印刷する。そして、焼結体の間に発熱体を挟み込むようにして２枚の焼結体を合せてセットし、これをホットプレスしてＡｌＮヒータとするものである。
【０００５】
半導体ウェーハを加熱するヒータの場合、その目的からヒータの加熱面には熱伝導率の高い基材を用いる一方で、それ以外の部分は熱伝導率の低い基材を用いることが、より効率的に半導体ウェーハに熱を伝えることができるので好ましい。成形体をホットプレスしたＡｌＮヒータは、溝・穴加工は容易であって、しかもホットプレス時の基材の収縮によって発熱体や端子周りに隙間ができにくい利点があるが、他方でこの場合は基材の熱伝導率はほぼ一様となるために、ヒータの加熱面以外への熱放出も大きくなってしまう欠点があった。
【０００６】
これに対して、２枚の焼結体のＡｌＮ基材を用いてホットプレスしたヒータの場合は、熱伝導率の異なった２枚の焼結体を用い、加熱面側に熱伝導率の高い方の焼結体を使い、非加熱面側に熱伝導率の低い焼結体を使用すれば、加熱面に置いた被加熱体である半導体ウェーハを高率よく加熱することができる。しかしながら、この場合はＡｌＮ焼結体への高精度の溝・穴加工が困難であるといった問題があった。また、焼結体は、ホットプレス時に基材の収縮が少ないために、発熱体や電極端子を溝や穴に隙間なく埋設することが難しかった。発熱体や電極端子の埋設に際して、焼結体に予め形成しておいた溝や穴に隙間が生じると、熱伝導率が不均一となったり、部分放電が生じるといった問題があった。
【０００７】
また、電力供給端子は、塊状の高融点金属、例えばタングステンやモリブデンが使用されるが、ホットプレス後の冷却過程においてＡｌＮ焼結体と電極端子との熱膨張係数の違いから応力が発生し、端子周りに放射状にクラックが入る場合があった。そのために、これを避けるためにＡｌＮ焼結体と熱膨張係数が近くなるように、電極端子にＷ−Ｍｏ合金を使用するなど、何らかの応力緩和機構を電極端子に持たせることが必要であった。
【０００８】
本願発明の従来技術としては、セラミックスヒータの基体を構成する窒化アルミニウム質セラミックス基材の接合体が公知となっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−２７３３７０号公報（請求項１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この先行技術は、窒化アルミニウム焼結体同士の接合界面に、液相中から再析出した窒化アルミニウム質セラミックスからなる再析出相が生成しているもので、加熱面側の窒化アルミニウムの熱伝導率を、非加熱面側の窒化アルミニウムの熱伝導率よりも高くすることについては何も開示がなされていない。
【００１１】
この発明は、セラミックヒータの加熱面側である窒化アルミニウムのカバーの熱伝導率を、非加熱面である窒化アルミニウムのベースの熱伝導率よりも高くして、ヒータの熱を加熱面側に効率的に伝達して均一加熱が一層促進されるようにしたセラミックスヒータを得ようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、加熱面側の窒化アルミニウムのカバーと非加熱面側の窒化アルミニウムのベースとの中間に発熱体を埋設し、かつこの発熱体に電流導入端子を接合してホットプレスで一体化したセラミックスヒータであって、発熱体を境にして加熱面側のカバーの熱伝導率が、非加熱面側のベースの熱伝導率よりも高いことを特徴とするセラミックスヒータ（請求項１）、前記加熱面側のカバーが窒化アルミニウム焼結体、非加熱面側のベースが窒化アルミニウム成形体である請求項１記載のセラミックスヒータ（請求項２）、発熱体の電流導入端子が高融点金属粉末の成形体であって、ホットプレス時における電流導入端子部の径方向の収縮率と、窒化アルミニウムのベース端子穴径方向の収縮率の差が０．２％以下である請求項１記載のセラミックスヒータ（請求項３）、前記高融点金属粉末が、タングステン粉末、モリブテン粉末またはそれらの合金粉末である請求項３記載のセラミックスヒータ（請求項４）および前記タングステン粉末、モリブデン粉末またはそれらの合金粉末の粒径が５〜１５μである請求項４記載のセラミックスヒータ（請求項５）である。即ち、この発明は、窒化アルミニウムヒータの加熱面側であるカバーを焼結体に、また非加熱面側のベースを成形体とすることによって、加熱面のカバーを熱伝導率の高い基材、非加熱面のベースを熱伝導率の低い基材とし、これによってセラミックヒータによるウェーハの加熱を均一で効率的に行なえるようにしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明のセラミックスヒータの構成を、ＡｌＮベース２とＡｌＮ焼結体カバー５に分離して示したものである。図１のＡｌＮ成形体ベース２は、窒化アルミニウムの粉末を板状に仮成形したものである。このＡｌＮ成形体ベース２は、低熱伝導率ＡｌＮを用いて成形体とする。ＡｌＮベース２を低熱伝導率ＡｌＮの成形体とすることによって、ヒータの熱はベース２側に放出されることが少なく、これと反対側のウェーハ加熱面側のＡｌＮ焼結体カバー５の方に効率的に伝えられるようになる。
【００１４】
ＡｌＮ成形体ベース２には、発熱体埋設溝３および端子穴４を加工して、これに抵抗発熱体１およびタングステン端子６を埋設する。成形体ベース２に対する発熱体埋設溝３および端子穴４の加工は、ＡｌＮ成形体に対するものであるから、焼結体に対する加工と比較するとはるかに容易である。また、ベース２をＡｌＮ成形体としたことによって、その後のホットプレスによる成形体基材の収縮によって、溝や穴に埋設される抵抗発熱体や端子の周りには隙間を生じないないようにすることができるようになったものである。
【００１５】
成形体ベース２の端子穴４に挿入されるタングステン端子６は、予め作成した塊状のものを前記の端子穴４に挿入してもよいが、ＡｌＮ成形体ベースの端子穴４にタングステンやモリブデンまたはこれらの合金などの高融点粉末を充填しホットプレスでこれを成形したものであってもよい。ここに用いるタングステン、モリブデンまたはこれらの合金は、これをホットプレスで成形したときの収縮率がＡｌＮ基材の収縮と整合性を保つようにする。そのために用いるタングステン、モリブデンまたはその合金粉末の粒径を５〜１５μｍにして、ホットプレス時における電流導入端子の径方向の収縮率と窒化アルミニウムのベース端子穴径方向の収縮率の差を０．２％以下とすることが好ましい。これによると、収縮率が基材と端子とで整合させてあるからクラックが生じないとともに、基材との間にさらに隙間のない電流導入端子を容易に形成することが可能である。５はＡｌＮ焼結体のカバーで、その熱伝導率はＡｌＮ成形体ベース２よりも高いものを用いる。その熱伝導率の差は１００ｗ／ｍｋ以上とすることが好ましい。ＡｌＮ成形体ベース２とＡｌＮ焼結体カバー５は合せてホットプレスして接合し窒化アルミニウムヒータとするものである。
【００１６】
【実施例】
（実施例）  図１に示す構成のセラミックスヒータで、各部の構成は次の通りとした。φ２００ｍｍ×１０ｔの窒化アルミニウムの成形体ベース２に、抵抗発熱体１を収める発熱体埋設溝３と電流導入用端子穴４を加工した。抵抗発熱体１は、タングステン箔を１０００Ｗに相当するように渦巻き状に加工した。窒化アルミニウム成形体ベース２に前記発熱体１をセットして、これに窒化アルミニウム焼結体カバー３と貼り合わせた。その後、成形体ベース２の端子穴４に粒径８〜１２μｍのタングステン粉末を充填した。この状態で温度１８００℃、圧力０．１／ｃｍ２の条件でホットプレスして、成形体ベース２，焼結体カバー５，抵抗発熱体１および端子６を接合一体化した。これを加工してφ１９０ｍｍ×８ｔの円板状の窒化アルミニウムヒータとした。
【００１７】
この窒化アルミニウムヒータを真空チャンバー内にセットし、これに電源をつないで加熱テストを行った。真空チャンバー上部にはヒータ全景が観察できる石英製の窓を設け、この窓を通して赤外線画像装置でヒータの面内温度を測定しながら２［Ｐａ］の真空下で加熱を行った。７００℃に到達時のヒータ加熱面の面内温度分布を測定したところΔ１５℃であった。
【００１８】
（比較例１）  図２に示す構成のセラミックスヒータで、各部の構成は次の通りとした。φ２００ｍｍ×１０ｔの窒化アルミニウムの焼結体ベース８に、抵抗発熱体７を収める発熱体埋設溝９と電流導入用端子穴１０を加工した。また、φ２００ｍｍ×７ｔの窒化アルミニウムの焼結体カバー１１にＹ２Ｏ３とＡｌＮからなる接合剤１２を塗布し、大気中６００℃で脱脂した。窒化アルミニウムの焼結体ベース８に発熱体７とタングステン端子１３を組み込んで、これに接合剤１２を塗布した窒化アルミニウムの焼結体カバーを合せ、温度１８００℃、圧力０．１／ｃｍ２の条件でホットプレスしてこれらを接合・一体化した。これを加工してφ１９０ｍｍ×８ｔの円板状の窒化アルミニウムヒータとした。これを実施例と同様にして加熱テストを行った。７００℃に到達時のヒータ加熱面の面内温度分布を測定したところΔ２５℃であった。
【００１９】
（比較例２）  実施例と同様にしてφ１９０ｍｍ×８ｔの円板状の窒化アルミニウムヒータとした。ただし、成形体ベース２の端子穴４に粒径１〜１．５μｍのタングステン微粉末を充填した。その結果、端子部周りでＡｌＮ成形体との収縮率の整合が取れず端子周りでクラックが生じた。以上の結果を表１に纏めて示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
表１の結果から明らかなように、この発明のセラミックスヒータは面内温度分布が均一で、しかも端子部の異常は何ら認められなかった。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、この発明のセラミックスヒータによれば、加熱面では熱伝導率が高く、その他の部分では熱伝導率を低くすることができるので、ヒータの加熱面に効率的に熱を伝えることができるとともに、加熱面の面内温度をさらに均一化することができるものである。また、この発明では、電極端子をタングステンなどの高融点金属粉末の成形体で形成するようにして、その収縮率をＡｌＮ成形体の収縮率と整合性を保つようにしたので、端子部の周りで隙間が生ずるようなこともなく、また逆にクラックが生ずるようなことも回避できるようになったものである。さらに、この発明によれば、焼結体は発熱体側のカバーの一方だけであるからコストの面でも有利となるなどのメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例になるセラミックヒータをベース部分とカバー部分を分離して示した断面図。
【図２】従来のセラミックヒータをベース部分とカバー部分を分離して示した断面図。
【符号の説明】
１，７…抵抗発熱体、２…ＡｌＮ成形体ベース、８…ＡｌＮ焼結体ベース、３，９…発熱体埋設溝、４，１０…端子穴、５，１１…焼結体カバー、６，１３…タングステン端子。
【図１】
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【図２】
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