(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にヒータ線を埋設してなるヒータユニットであって、
前記ヒータ線が、ベース部材の表面に成膜手段により成膜された金属膜からなり、
前記ヒータ線を覆うように前記ベース部材にカバー部材を被せることにより前記ヒータ線をその内部に埋設し、
前記ベース部材がセラミックス焼結体からなり、
前記カバー部材が、前記ベース部材の表面を覆うようにセラミックス原料粉を被せて固め、焼結することにより形成されていることを特徴とするヒータユニット。
【請求項２】
前記成膜手段が溶射手段からなることを特徴とする請求項１に記載のヒータユニット。
【請求項３】
前記ベース部材の裏面に成膜手段により成膜された金属膜からなる前記ヒータ線とは別用途の電極線を有し、
前記電極線を覆うように前記ベース部材の裏面にカバー部材を被せることにより前記電極線をその内部に埋設し、
前記ベース部材の裏面に被せた前記カバー部材が、前記ベース部材の裏面を覆うようにセラミックス原料粉を被せて固め、焼結することにより形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒータユニット。
【請求項４】
前記ヒータ線及び前記電極線が、モリブデン、タングステン、ニオブ及びタンタルから選択される１種または２種以上の金属からなることを特徴とする請求項３に記載のヒータユニット。
【請求項５】
前記ベース部材及び前記カバー部材が、窒化アルミニウム、マグネシア及びアルミナから選択されるセラミックス焼結体からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のヒータユニット。
【請求項６】
内部にヒータ線を埋設してなるヒータユニットの製造方法であって、
ベース部材をセラミックス焼結体により形成し、
前記ベース部材の表面に金属からなるヒータ線を成膜手段により成膜し、
前記ベース部材の表面を覆うようにセラミックス原料粉を被せて固め、焼結することにより、前記ヒータ線を覆うように前記ベース部材の表面に被せるカバー部材を形成し、
前記ヒータ線を前記カバー部材の内部に埋設することを特徴とするヒータユニットの製造方法。
【請求項７】
前記ヒータ線を溶射により成膜することを特徴とする請求項６に記載のヒータユニットの製造方法。
【請求項８】
前記ベース部材の裏面に前記ヒータ線とは別用途の電極線をも成膜手段により成膜し、
前記ベース部材の裏面を覆うようにセラミックス原料粉を被せて固め、焼結することにより、前記電極線を覆うように前記ベース部材の裏面に被せるカバー部材を形成し、
前記電極線を前記ベース部材の裏面に被せた前記カバー部材の内部に埋設することを特徴とする請求項６または請求項７に記載のヒータユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造過程に於ける成膜装置やエッチング装置等に用いられ、ワークを加熱するためのヒータユニット及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば半導体製造過程でＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置等の成膜装置やエッチング装置にてウエハを加熱するためのヒータユニットが用いられている。このヒータユニットのひとつとしてセラミックスヒータがある。これは、セラミックス原料粉にタングステンやモリブデン等の高融点金属の薄い金属箔を所望のパターンに加工したものを埋め込み、例えば円盤状に焼結したものである。
【０００３】
上記したようなセラミックスヒータにあっては、その内部に金属からなるヒータ線が埋設されているが、これはタングステンあるいはモリブデン等の高融点金属の薄い金属箔を所要のパターンに加工したものである。適切な発熱量（抵抗値）を得るために、一般的なヒータ線は厚さ２０μｍ〜５０μｍ、幅は２ｍｍ〜５ｍｍ、長さは１ｍ〜３ｍとなっている。例えば、８インチウエハ加熱用の２ゾーンヒータでは、ヒータ線の厚さは２５μｍ、幅は２．５ｍｍ、長さはインナーが２ｍ、アウターが２．７ｍ程度である。このヒータ線を中子としてこれが内部に埋め込まれるように、セラミックス原料粉を固め、焼結することでヒータプレート（ヒータユニット）が製造される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような金属箔からなるヒータ線の表面積は所要の発熱量に対して小さく、負荷密度（＝発熱量／ヒータ線の総表面積）が高くなりがちである。負荷密度が過大になるとヒータ線が焼き切れることがあるため、ヒータ線の総表面積を大きくすると良いが、ヒータ線の寸法、即ち断面積が発熱量により制限されるため、上記寸法は大きく変更できない。
【０００５】
また、箔の埋め込み時の位置決めは面倒であり、かつ上記したように箔からなるヒータ線はその幅が細いため、ヒータ線の位置ずれはヒータ線の配置パターンのずれはそのままヒータユニット表面の温度分布に影響し、これによってヒータユニット表面温度の均一性を大きく劣化させる。更に、ヒータ線（箔）の厚さ、または幅にばらつきがあった場合、寸法自体が小さいためにその断面積に比較的大きく影響して電気抵抗値の大きなばらつきとなり、ヒータユニット表面温度の均一性を大きく劣化させる。
【０００６】
これらの問題はセラミックスヒータのみならず、金属箔からなるヒータ線を用いる以上共通の問題である。
【０００７】
一方、上記したようにヒータ線の寸法、即ち断面積が発熱量により制限されるため、即ち薄く、かつ細い箔からなるため、その強度が低く、特にセラミックスヒータの場合、焼結する際にヒータ線が切れてしまういう不具合が多発し、製造歩留まりを低下させていた。また、例えば一対の円盤を張り合わせ、その間にヒータ線を挟むような構造にあっても、その強度の低さからヒータ線が切れてしまう不具合がある。
【０００８】
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、加熱時に早期に昇温し、かつ全面に亘り熱を均一化でき、加えて耐久性が向上し、更に製造歩留まりが改善されたヒータユニット及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的は、本発明によれば、内部にヒータ線を埋設してなるヒータユニットであって、前記ヒータ線が、ベース部材の表面に成膜手段により成膜された金属膜からなり、前記ヒータ線を覆うように前記ベース部材にカバー部材を被せることにより前記ヒータ線をその内部に埋設し、前記ベース部材がセラミックス焼結体からなり、前記カバー部材が、前記ベース部材の表面を覆うようにセラミックス原料粉を被せて固め、焼結することにより形成されていることを特徴とするヒータユニット、または内部にヒータ線を埋設してなるヒータユニットの製造方法であって、ベース部材をセラミックス焼結体により形成し、前記ベース部材の表面に金属からなるヒータ線を成膜手段により成膜し、前記ベース部材の表面を覆うようにセラミックス原料粉を被せて固め、焼結することにより、前記ヒータ線を覆うように前記ベース部材の表面に被せるカバー部材を形成し、前記ヒータ線を前記カバー部材の内部に埋設することを特徴とするヒータユニットの製造方法を提供することにより達成される。特に前記成膜手段が溶射手段からなると良い。成膜されたヒータ線、特に溶射により成膜されたヒータ線は多孔質であるので緻密な膜に比較してその表面積が大きくなり、その分負荷密度が低くなる。また、緻密な箔と同じ断面積を得るのに幅及び／または厚さの寸法を大きくとれ、成膜することで高い位置精度も得られる。更に成膜後はヒータ線がベース部材に密着していることから断線の心配もなくその取り扱いも容易になる。
【００１０】
また、必要に応じて前記ベース部材の裏面に前記ヒータ線とは別用途の電極線をも成膜手段により成膜し、それらを成膜した前記ベース部材に、セラミックス原料粉を被せて固め、焼結することにより前記カバー部材を形成すると良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１及び図２に本発明が適用された第１の実施形態に於けるセラミックスヒータユニット１の概略構造を示す。本ヒータユニット１は８インチウエハ加熱用の２ゾーンヒータであり、その外形は円盤状をなし、内部にヒータ線２が埋設されている。このヒータ線２はモリブデン、タングステン、ニオブ及びタンタルから選択される１種または２種以上の高融点金属の溶射膜からなる。ヒータ線２は窒化アルミニウム、マグネシアまたはアルミナのセラミックス焼結体からなるベース部材１ａの表面に溶射により成膜され、上記同様なセラミックス焼結体からなるカバー部材１ｂにより覆われている。
【００１３】
ヒータ線２は、線幅が６．５ｍｍのヒータ線インナ３と、線幅が７．５ｍｍのヒータ線アウタ４とを有し、図２に示すようなパターンで成膜されている。これらヒータ線インナ３及びヒータ線アウタ４の電極３ａ、４ａは、ベース部材１ａに埋め込まれた金属端子５に、電極３ｂ、４ｂはベース部材１ａに埋め込まれた金属端子６に各々接続され、これら金属端子５、６はヒータユニット１の裏面側に突出し、図示されない外部電源に接続されることとなる。
【００１４】
ここで、ヒータ線２（ヒータ線インナ３、ヒータ線アウタ４）は、溶射により成膜されているため、箔などと比較して多孔質な金属膜となっている。従って、その表面積が緻密な膜に比較して大きく、負荷密度（＝発熱量／ヒータ線の総表面積）が、例えば箔からなる膜に比較して１／３〜１／４に小さくなっており、熱の拡散が速やかに行われ、過熱時に焼き切れ難くなっている。また、多孔質であるため、所望の発熱量を得るための断面積に対する寸法（厚さ、または幅）を大きくとれることから、ヒータ線２の厚さ、または幅にばらつきがあった場合でも、寸法自体が大きいためにその影響は小さくなり、ヒータ線２の各部の温度が均一性が向上し、即ちヒータユニット１の表面温度の均一性が向上している。更に、同様な理由で幅広にできることから、かつ溶射による膜のためにその位置精度が高いことから、ヒータ線２のない部分の面積を箔の場合に比較して小さくでき、これによってもヒータユニット１の表面温度の均一性が向上している。
【００１５】
以下に、本ヒータユニット１の製造手順について図３（ａ）〜図３（ｃ）を参照して説明する。まず、窒化アルミニウム、マグネシアまたはアルミナのセラミックス原料紛を円盤状に固めて焼結し、ベース部材１ａを得る（図３（ａ））。次に、このベース部材１ａの表面に溶射により図２に示すようなパターンでヒータ線２（ヒータ線インナ３、ヒータ線アウタ４）を成膜する（図３（ｂ））。そして、ヒータ線２を覆うように上記同様なセラミックス原料粉を被せて固め、焼結することによりカバー部材１ｂを形成し（図３（ｃ））、孔を穿設して金属端子５、６を取り付け、表面を必要に応じて研磨する等してヒータユニット１を得る。これを半導体製造過程に於ける成膜装置やエッチング装置等に用いることとなる。
【００１６】
図４は、本発明が適用された第２の実施形態に於けるセラミックスヒータユニット１１の概略構造を示す図１と同様な図である。本ヒータユニット１１は、プラズマＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置に用いるものであり、ヒータ線１２の材質、寸法、成膜パターン等は第１の実施形態と同様であるが、ヒータ線１２に加えてこれと離間して他の電極線としてのＲＦグランド用電極１７が設けられている。ヒータ線１２はベース部材１１ａの裏面に溶射により成膜され、ＲＦグランド用電極１７はベース部材１１ａの表面に上記同様に溶射により成膜されている。これらヒータ線１２及びＲＦグランド用電極１７は上記同様なセラミックス焼結体からなるカバー部材１１ｂにより覆われている。
【００１７】
尚、ヒータ線１２及びＲＦグランド用電極１７は、ベース部材１１ａに埋め込まれた金属端子１５、１６に接続され、ＲＦグランド用電極１７は、カバー部材１１ｂに埋め込まれた金属端子１８に接続され、これら金属端子１５、１６、１８はヒータユニット１１の裏面側に突出し、図示されない外部電源に接続され、またはアースされることとなる。
【００１８】
以下に、本ヒータユニット１１の製造手順について図５（ａ）〜図５（ｃ）を参照して説明する。まず、窒化アルミニウム、マグネシアまたはアルミナのセラミックス原料紛を円盤状に固めて焼結し、ベース部材１１ａを得る（図５（ａ））。次に、このベース部材１１ａの裏面に溶射により図２と同様なパターンでヒータ線１２を成膜する（図５（ｂ））。更にベース部材１１ａの表面に溶射により適宜なパターンでＲＦグランド用電極１７を成膜する（図５（ｃ））。そして、ヒータ線１２及びＲＦグランド用電極１７を覆うように、即ちベース部材１１ａの表裏を覆うように上記同様なセラミックス原料粉を被せて固め、焼結することによりカバー部材１１ｂを形成し（図５（ｄ））、孔を穿設して金属端子１５、１６、１８を取り付け、そのワーク搭載側表面を必要に応じて研磨する等してヒータユニット１１を得る。これを半導体製造過程に於ける成膜装置やエッチング装置等に用いることとなる。
【００１９】
ここで、本実施形態では他の電極線としてＲＦグランド用電極１７を設けたが、これに限定されず、例えば静電チャック用の電極等、埋め込み電極であれば同様にこの構造を適用できる。
【００２０】
尚、上記各実施形態では、ベース部材を中子としてカバー部材を焼結により形成したが、これらを別々に焼成し、ヒータ線を挟むように張り合わせて接合しても良い。これを半導体処理装置に用いる場合、ヒータ線が側面から露出しないようにシールしたり、ベース部材またはカバー部材にヒータ線のパターンと同様な凹部を形成してこの凹部にヒータ線が収まるようにし、ベース部材とカバー部材とを密着させると良い。
【００２１】
また、上記各実施形態では、ヒータ線及び他の電極線を溶射により成膜したが、他の成膜法、例えばスクリーン印刷や各種化学蒸着法、物理蒸着法により成膜しても良い。その場合、成膜条件を適宜設定して多孔質の膜となるように成膜することが望ましい。
【００２２】
【発明の効果】
上記した説明により明らかなように、本発明によるヒータユニット及びその製造方法によれば、ベース部材の表面に、溶射等の成膜手段により金属膜からなるヒータ線を成膜し、このヒータ線を覆うようにベース部材にカバー部材を被せることによりヒータ線をその内部に埋設したことにより、成膜されたヒータ線、特に溶射により成膜されたヒータ線は多孔質であるので緻密な膜に比較してその表面積が大きくなり、その分負荷密度が低くなり、発熱量が過大になっても焼き切れ難くなり、即ち耐久性が向上する。また、ヒータ線がベース部材に密着していることから接触面積が大きくなり、熱伝達効率が向上し、温度差による熱応力が低減すると共に物理的な断線の心配もなくその取り扱いも容易になる。
【００２３】
また、多孔質の膜は所望の発熱量を得るための断面積に対する寸法（厚さ、または幅）を大きくとれることから、ヒータ線の厚さ、または幅にばらつきがあった場合でも、寸法自体が大きくこのばらつきの影響は小さくなり、ヒータ線各部の温度が均一性が向上し、即ちヒータユニットの表面温度の均一性が向上すると共に緻密な箔と同じ断面積を得るのに幅及び／または厚さの寸法を大きくとれ、成膜することで高い位置精度も得られるため、ヒータ線のない部分の面積を箔の場合に比較して小さくでき、これによってもヒータユニットの表面温度の均一性が向上する。
【００２４】
一方、必要に応じて前記ベース部材の裏面にヒータ線とは別用途の電極線をも成膜手段により成膜し、それらを成膜したベース部材に、セラミックス原料粉を被せて固め、焼結することにより前記カバー部材を形成することで、焼成時にヒータ線及び他の電極線の位置ずれ、断線の心配がなく、製造歩留まりが改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に於けるセラミックスヒータユニット概略構造を示す部分断面斜視図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線について見たヒータユニットのヒータ線のパターンを示す平面図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、図１のヒータユニットの製造手順を示す断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態に於けるセラミックスヒータユニット概略構造を示す部分断面斜視図。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、図４のヒータユニットの製造手順を示す断面図。
【符号の説明】
１  セラミックスヒータユニット
１ａ  ベース部材
１ｂ  カバー部材
２  ヒータ線
３  ヒータ線インナ
４  ヒータ線アウタ
３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ  電極
５、６  金属端子
１１  セラミックスヒータユニット
１１ａベース部材
１１ｂ  カバー部材
１２  ヒータ線
１５、１６、１８  金属端子
１７  ＲＦグランド用電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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