(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも電気絶縁性セラミックスからなる支持基板と、その表面に接合した導電性セラミックスまたは金属からなる発熱体から構成された複層セラミックスヒータにおいて、該支持基板と発熱体とが接合されていない支持基板の裏面に凹凸部を形成させたことを特徴とする複層セラミックスヒータ。
【請求項２】
前記支持基板及び発熱体が、化学気相蒸着法又は粉末焼結法で製造されたことを特徴とする請求項１に記載の複層セラミックスヒータ。
【請求項３】
前記凹凸が、ディンプル状若しくは溝若しくは扇形であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の複層セラミックスヒータ。
【請求項４】
前記ディンプルは０．０３ｃｍ2 乃至２００ｃｍ2 の面積であり、溝は２ｍｍ乃至１００ｍｍの幅であり、扇形は５°乃至１２０°の角度であり、かつ、基材厚に対し１０％乃至９０％の深さで形成されていることを特徴とする請求項３に記載の複層セラミックスヒータ。
【請求項５】
前記凹凸を、同心円状若しくはらせん状若しくは放射状に配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の複層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】
本発明は、複層セラミックスヒータ、例えば、半導体製造プロセスにおけるヒータとして使用される複層セラミックスヒータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体製造プロセスに使用されるヒータとしては、例えば、アルミナ等からなる支持基板にモリブデン等の高融点金属の線材や箔を発熱体として巻き付けた巻線型ヒータや電気絶縁性セラミックスからなる支持基板上に金属や導電性セラミックス等からなる発熱体の薄膜を形成させることにより、支持基板と発熱体とが同一平面で接合した一体型ヒータが使用されてきた。
【０００３】
しかし、巻線型ヒータは、発熱体が金属線や箔であるため変形が起こり易く、しかも絶縁性や耐食性に劣り、更に短寿命であるという問題点を有していた。
このような問題点を改善すべく前記一体型ヒータが開発されたが、熱的問題が発生した。すなわち、支持基板に熱伝導率の小さい電気絶縁性セラミックスを使用した場合には、熱効率に優れるため消費電力を節約できるが、支持基板上に温度差を生じ易くなるため熱膨張から反りが発生し、時として支持基板が破損することがあった。一方、支持基板に熱伝導率の大きい電気絶縁性セラミックスを使用した場合には、前記支持基板上の温度差が改善されて破損等は起こりにくくなるが、断熱性が低下するため熱効率が悪化するという問題を生じた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、剛性に優れ反りや破損が生じることがないとともに、熱効率にも優れた複層セラミックスヒータを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に記載した発明は、少なくとも電気絶縁性セラミックスからなる支持基板と、その表面に接合した導電性セラミックスまたは金属からなる発熱体から構成された複層セラミックスヒータにおいて、該支持基板と発熱体とが接合されていない支持基板の裏面に凹凸部を形成させたことを特徴とする複層セラミックスヒータである。
【０００６】
このように、少なくとも電気絶縁性セラミックスからなる支持基板と、その表面に接合した導電性セラミックスまたは金属からなる発熱体から構成された複層セラミックスヒータにおいて、該支持基板と発熱体とが接合されていない支持基板の裏面に凹凸部を形成させることによって、剛性を損なうことなく支持基板の熱容量を減らすことができるため熱効率を向上させることができる。また、ヒータの放熱による温度分布を容易に調節することができるようになる。
【０００７】
次に、本発明の請求項２に記載した発明は、前記支持基板及び発熱体が、化学気相蒸着法又は粉末焼結法で製造されたことを特徴とする複層セラミックスヒータである。
【０００８】
このように、支持基板及び発熱体を化学気相蒸着法（以下、「ＣＶＤ法」ということがある。）又は粉末焼結法で製造すれば緻密かつ均一で、しかも所望の厚さの支持基板と発熱体とが得られ、更にこれらが一体となった複層セラミックスを容易に製造することができる。従って、このようにして製造された支持基板の裏面に凹凸部を設ければ剛性、熱効率ともに優れた複層セラミックスヒータとすることができる。
【０００９】
また、本発明の請求項３に記載した発明は、前記凹凸が、ディンプル状若しくは溝若しくは扇形であることを特徴とする複層セラミックスヒータである。
【００１０】
このように、支持基板と発熱体とが接合されていない支持基板の裏面に形成された凹凸を、ディンプル状若しくは溝若しくは扇形とすれば、該複層セラミックスヒータの剛性を損なうことなく支持基板の熱容量を減らすことができるため、確実に熱効率に優れた複層セラミックスヒータとすることができる。
【００１１】
そして、本発明の請求項４に記載した発明は、前記ディンプルは０．０３ｃｍ2 乃至２００ｃｍ2 の面積であり、溝は２ｍｍ乃至１００ｍｍの幅であり、扇形は５°乃至１２０°の角度であり、かつ、基材厚に対し１０％乃至９０％の深さで形成されていることを特徴とする複層セラミックスヒータである。
【００１２】
このように、ディンプルの面積を０．０３ｃｍ2 乃至２００ｃｍ2 とし、溝の幅を２ｍｍ乃至１００ｍｍとし、扇形の角度を５°乃至１２０°とし、かつ、深さを基材厚に対し１０％乃至９０％とすれば、剛性を損なうことなく確実に熱容量を減少させることができるので、熱履歴によるクラックの発生を回避できるとともに熱効率に優れた複層セラミックスヒータとすることがでる。
【００１３】
次に、本発明の請求項５に記載した発明は、前記凹凸を、同心円状若しくはらせん状若しくは放射状に配置したことを特徴とする複層セラミックスヒータである。
【００１４】
このように、前記凹凸を、同心円状若しくはらせん状若しくは放射状に配置すれば、均一に放熱させることができるので温度分布を均一化できるとともに、確実に熱容量を減少させて熱効率を向上させることができる。
また、凹凸は一定の間隔や広がりをもって規則的に支持基板上に配置されているので、局所的な温度差の発生を防止できるため、熱膨張からの反りの発生や熱履歴からのクラックの発生による破損等を回避でき、しかも熱伝導が一定になるため熱効率を向上させることができる。
なお、いずれの形態とするかは、ヒータパターンや所望とする温度分布等により選択すればよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳述するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明者は、半導体製造プロセスに使用される複層セラミックスヒータの剛性と熱効率について種々検討した結果、これには複層セラミックスヒータを構成する支持基板と発熱体において、これらが接合されていない支持基板の裏面に凹凸部を形成させればよいことに想到し、本発明を完成させたものである。
【００１６】
ここで、図１は本発明の複層セラミックスヒータの一例を示したもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は底面図である。
図１（ａ）、（ｂ）および（ｃ）において、複層セラミックスヒータ１は、円板状の電気絶縁性熱分解窒化ホウ素からなる支持基板２の表面に、発熱体として導電性熱分解グラファイトで作られたヒータパターン３が接合され、更にこのヒータパターン３を覆って支持基板２と同じ材質の保護層４が形成され、この発熱部両端には、給電端子５が設けられている。一方、支持基板２の裏面には、凹凸の一例としてのディンプル６が形成されている。
【００１７】
ここで、本発明の特徴は、支持基板２の裏面にディンプル等の凹凸６を形成させて支持基板の局所的な温度分布差の発生を防止し、熱膨張からの反りの発生や熱履歴からのクラックの発生による破損等を回避させるとともに、支持基板の剛性を損なうことなく熱容量を減少させて熱効率を向上させる点にある。
そして、その結果、基材の熱容量を減らして効率よく均一に被加熱体、例えば半導体ウェーハを加熱することが可能になるため、デバイス製造時の生産性の向上と歩留りの改善を図ることができる。
【００１８】
なお、凹凸の形状は、支持基板の剛性を損なうことなく局所的な温度分布差の発生を防止し、しかも機械的に容易に形成できるものが望ましく、ディンプル、溝および扇形であれば確実に熱容量を減少させて熱効率を向上させることができる。
ここで、ディンプルとは、円状や楕円状等のくぼみをいい、くぼみの形状は円筒形やクレーター状等であってもよい。また、溝は、Ｕ字溝でもＶ字溝等であってもよい。
この場合、凹凸の形状や大きさを発熱体上のヒータパターンに従ってヒータの放熱による温度分布を容易に調節できるように設定し配置すれば、熱効率に優れた複層セラミックスヒータとすることができる。
【００１９】
また、ディンプルの場合面積が０．０３ｃｍ2 乃至２００ｃｍ2 であり、溝の場合幅が２ｍｍ乃至１００ｍｍであり、扇形の場合角度が５°乃至１２０°であり、かつ深さが基材厚に対し１０％乃至９０％であれば、確実に剛性を損なうことなく熱効率を向上させることができる。
【００２０】
この場合、面積が０．０３ｃｍ2 未満であると熱容量を下げるために、無数のディンプルを形成しなければならないことがありコスト面で不利な場合があり、さらに表面積の増加による放熱によって熱効率を悪化させることもある。一方、面積が２００ｃｍ2 を越えると剛性が悪くなり全体的な強度が低下することがある。また、溝が２ｍｍ未満若しくは扇形の角度が５°未満であると前記同様にコストや熱効率において不利な場合があり、一方溝が１００ｍｍを越えたり若しくは扇形の角度が１２０°を越えたりすると剛性面で不利な場合がある。さらに、深さが基材厚の１０％未満であるとコストや熱効率で不利な場合があり、一方９０％を越えると基材厚が薄くなって強度が低下するので熱履歴でクラックが発生することがある。
【００２１】
さらに、支持基板の裏面に形成された凹凸の配置は、図１（ｃ）に示すように発熱体上のヒータパターンに従い一定の間隔や広がりをもって規則的に支持基板上に配置することにより、ヒータの放熱による温度分布を容易に調節できるようになる。特に、凹凸の配置を同心円状若しくはらせん状若しくは放射状とすれば、均一に放熱させることができるので温度分布を均一化できるとともに、確実に熱容量を減少させて熱効率を向上させることができる。
【００２２】
但し、凹凸部の形状、大きさ、深さ及び配置等はこれらに限定されるものではない。例えば、支持基板の裏面に形成されるヒータパターンに従い、これに対応する裏面に凹凸部を形成させたり、逆にヒータパターンのない部分に凹凸を形成させて放熱を促進させるようにしてもよい。
【００２３】
なお、複層セラミックスヒータを構成する支持基板と発熱体は、ＣＶＤ法又は粉末焼結法で製造することができる。これらの方法に従えば、緻密かつ均一で、しかも所望の厚さの支持基板と発熱体とが容易に製造できる。
【００２４】
このようなＣＶＤ法等で製造される支持基板の材質としては、石英、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、熱分解窒化ホウ素またはグラファイトに熱分解窒化ホウ素をコートしたもの等の電気絶縁性セラミックスが例示され、他方発熱体の材質としては炭化ケイ素、グラファイトまたは熱分解グラファイト等の導電性セラミックスが例示される。
また、発熱体のもう一つの材質である金属としては鉄、銅、銀、白金、ニッケル、モリブデン、タンタルまたはタングステン等が、さらに合金としてはＮｉ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｒ−ＡｌまたはＰｔ−Ｒｈ等が例示される。
これらいずれかの材質を選択して各部品を作製し組み立てれば、耐熱性や化学的安定性等に優れた複層セラミックスヒータとすることができる。
尚、本発明の複層セラミックスヒータは、少なくとも上記支持基板と発熱体とから構成されるが、保護層や給電部材等も構成物として適宜含まれる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものでない。
【００２６】
（実施例）
ＣＶＤ法により、アンモニアと三塩化ホウ素とを１００Ｔｏｒｒの圧力下に１８００℃で反応させて厚さ２．８ｍｍの熱分解窒化ホウ素製基板を作製し、その上にメタンガスを１６５０℃、５０Ｔｏｒｒの条件下で熱分解して厚さ１００μｍの熱分解グラファイト層を形成し、ヒータパターンを加工した。次いで、この基板に再びアンモニアと三塩化ホウ素とを１００Ｔｏｒｒの圧力下に１８００℃で反応させて、厚さ１００μｍの熱分解窒化ホウ素製保護層で発熱層を覆うとともに給電部を形成して、図１に示したような複層セラミックスヒータを製造した。
その後、支持基板と発熱体とが接合していない支持基板の裏面に、面積が０．８ｃｍ2 、深さが１．５ｍｍのディンプル１００個を均等に分散させるように機械的加工を施した。
【００２７】
そして、この得られたヒータ上に１０ｍｍ離して半導体ウェーハを設置し、ウェーハ温度で８００℃まで昇温したところ、ウェーハの局所部分の温度分布の差は５℃以内で、この時の消費電力は３. ８ｋＷであった。また、セラミックスヒータの変形や破損等の不具合は見られなかった。
【００２８】
（比較例）
裏面にディンプルを形成しなかった以外は実施例と同様にしてＣＶＤ法により複層セラミックスヒータを製造し、この得られたヒータ上に１０ｍｍ離して半導体ウェーハを設置し、ウェーハ温度で８００℃まで昇温した。ウェーハの局所部分の温度分布の差は１５℃以内で、この時の消費電力は４．２ｋＷであった。また、複層セラミックスヒータの変形は見られなかったが、一部クラックが発見された。
【００２９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００３０】
例えば、本発明で支持基板の裏面の凹凸部としてディンプル等の形状を形成させたが、他の形状、例えば四角形等の多角形や雲形等の形状を形成させてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体ウェーハを複層セラミックスヒータで加熱する場合に生じる支持基板の局所的な温度分布差の発生を防止し、熱膨張からの反りの発生や熱履歴からのクラックの発生を回避させるとともに、支持基材の剛性を損なうことなく熱効率を向上させることができる。
また、このヒータを使用すれば、ウェーハを均一に熱処理したり成膜することができるため、デバイス製造時の生産性の向上と歩留りの改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複層セラミックスヒータの一例を示す図面である。（ａ）平面図、  （ｂ）Ａ−Ａ’線縦断面図、  （ｃ）底面図。
【符号の説明】
１…複層セラミックスヒータ、  ２…支持基材、
３…発熱体（ヒータパターン）、  ４…保護層、  ５…給電端子、
６…凹凸（ディンプル）。
【図１】
0003844408.tif 000002