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JP2026008107A - Ceramic heater - Google Patents

Ceramic heater

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Publication number
JP2026008107A
JP2026008107A JP2024108520A JP2024108520A JP2026008107A JP 2026008107 A JP2026008107 A JP 2026008107A JP 2024108520 A JP2024108520 A JP 2024108520A JP 2024108520 A JP2024108520 A JP 2024108520A JP 2026008107 A JP2026008107 A JP 2026008107A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heater
ceramic
ceramic plate
embedded
resistance heating
Prior art date
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Pending
Application number
JP2024108520A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
晃士 永田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP2024108520A priority Critical patent/JP2026008107A/en
Publication of JP2026008107A publication Critical patent/JP2026008107A/en
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  • Resistance Heating (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

【課題】セラミックプレート内に取り付けパーツ等の埋設部材を備えたセラミックヒータにおいて、埋設部材近傍における過度な発熱(ホットスポット)を抑制して、セラミックプレートの均熱性を向上する。
【解決手段】第一面及び第二面を有するセラミックプレートと、セラミックプレート内に埋設されたヒータ回路と、セラミックプレート内の第二面側に、ヒータ回路と接しない深さまで埋設された、セラミックプレートを外部装置又は外部部材に取り付けるための1個以上の埋設部材とを備えたセラミックヒータ。セラミックプレートを平面視した場合に、ヒータ回路が、埋設部材の少なくとも1個と重なって重なり領域を形成している。ヒータ回路は、重なり領域以外の領域を加熱可能に配設され、コイル等の抵抗発熱体を含むヒータ主要部と、重なり領域に配設され、コイル状ではない素線状の抵抗発熱体で構成されるヒータ素線部とを含む。
【選択図】図1

In a ceramic heater having an embedded member such as a mounting part in a ceramic plate, excessive heat generation (hot spots) near the embedded member is suppressed to improve the thermal uniformity of the ceramic plate.
[Solution] A ceramic heater includes a ceramic plate having a first surface and a second surface, a heater circuit embedded in the ceramic plate, and one or more embedded members embedded on the second surface side of the ceramic plate to a depth not in contact with the heater circuit and for attaching the ceramic plate to an external device or member. When the ceramic plate is viewed from above, the heater circuit overlaps with at least one of the embedded members to form an overlapping region. The heater circuit includes a heater main portion including a resistance heating element such as a coil, and a heater wire portion disposed in the overlapping region and consisting of a wire-like resistance heating element that is not coiled.
[Selected Figure] Figure 1

Description

本開示は、セラミックヒータに関するものである。 This disclosure relates to ceramic heaters.

半導体製造プロセス用の成膜装置において、ウェハの温度を均一に制御するための支持ステージとして、セラミックヒータが用いられている。そのようなセラミックヒータとして、ウェハが載置されるためのセラミックプレートを備えたものが広く用いられている。また、セラミックヒータとして複数の加熱ゾーンを有するマルチゾーンセラミックヒータも知られている。 In film deposition equipment for semiconductor manufacturing processes, ceramic heaters are used as support stages to uniformly control the temperature of wafers. A widely used ceramic heater is one equipped with a ceramic plate on which the wafer is placed. Multi-zone ceramic heaters with multiple heating zones are also known as ceramic heaters.

特許文献1(特許第7030143号公報)には、電気絶縁性上部パックプレート及び下部パックプレートを含むパックと、冷却プレートと、下部パックプレートの導電性経路と、下部パックプレートと冷却プレートとの間の導電性ガスケットとを含む、静電チャックアセンブリが開示されている。電気絶縁性上部パックプレートは、1つ以上の加熱素子及び基板を静電的に固定するための1つ以上の電極を含む。下部パックプレートは、金属接合によって上部パックプレートに接合されている。また、下部パックプレートは、下部パックプレートの中心から複数の異なる距離で下部パックプレートに分布する複数の構造体を含み、複数の構造体の各々は、複数の締結具のうちの1つを収容している。この文献には、締結具としてねじ締結具が例示され、下部バックプレートと冷却板をボルトにより締結することが開示されている。 Patent Document 1 (Japanese Patent No. 7030143) discloses an electrostatic chuck assembly including a puck including an electrically insulating upper back plate and a lower back plate, a cooling plate, conductive paths in the lower back plate, and a conductive gasket between the lower back plate and the cooling plate. The electrically insulating upper back plate includes one or more heating elements and one or more electrodes for electrostatically fixing a substrate. The lower back plate is joined to the upper back plate by metal bonding. The lower back plate also includes a plurality of structures distributed on the lower back plate at a plurality of different distances from the center of the lower back plate, each of the plurality of structures housing one of a plurality of fasteners. This document cites screw fasteners as examples of fasteners, and discloses fastening the lower back plate and the cooling plate with bolts.

特許文献2(特許第6637184号公報)には、セラミックプレートと、金属板と、ネジ付き端子と、ネジ部材とを備えたウェハ載置台が開示されている。セラミックプレートは、静電電極及びヒータ電極の少なくとも一方が内蔵されており、ウェハ載置面を有する。金属板は、セラミックプレートのウェハ載置面とは反対側の面に配置される。ネジ付き端子は、低熱膨張係数金属製であり、セラミックプレートのウェハ載置面とは反対側の面に設けられた凹部に、セラミックス微粒子と硬ろう材とを含む接合層により接合される。ネジ部材は、金属板を貫通する貫通孔に挿入され、ネジ付き端子に螺合されてセラミックプレートと金属板とを締結する。この文献には、ネジ付き端子を用いた締結例として、静電チャック(セラミックプレート)の凹部に雌ネジ付き端子をろう接合することが開示されている。 Patent Document 2 (Japanese Patent No. 6637184) discloses a wafer mounting table comprising a ceramic plate, a metal plate, a threaded terminal, and a screw member. The ceramic plate incorporates at least one of an electrostatic electrode and a heater electrode and has a wafer mounting surface. The metal plate is disposed on the surface of the ceramic plate opposite the wafer mounting surface. The threaded terminal is made of a metal with a low thermal expansion coefficient and is bonded to a recess provided on the surface of the ceramic plate opposite the wafer mounting surface with a bonding layer containing ceramic fine particles and a hard brazing material. The screw member is inserted into a through-hole penetrating the metal plate and threadedly engages with the threaded terminal to fasten the ceramic plate to the metal plate. This document discloses an example of fastening using a threaded terminal, in which a female threaded terminal is brazed to a recess in an electrostatic chuck (ceramic plate).

特許第7030143号公報Patent No. 7030143 特許第6637184号公報Patent No. 6637184

セラミックヒータにはウェハが載置される面内における温度差が小さいこと(すなわち均熱性)が求められている。とりわけ、近年のプロセスの微細化及び高集積化に伴い、セラミックヒータにはより一層の均熱性が求められている。このような観点から、抵抗発熱体が存在する場所とそうでない場所の温度差を最小化することが望まれる。そのためには、セラミックヒータの全領域に隈なく抵抗発熱体を配置するのが好ましい。一方で、近年、搭載性を向上させることを目的として、取り付けパーツをセラミックプレート内に配置したデザインのヒータも提案されている(例えば特許文献1及び2)。しかし、取り付けパーツの材質によっては、セラミックプレートの基体と取り付けパーツとの間に温度差が生じうる。その結果、セラミックプレートの取り付けパーツ近傍の領域が、抵抗発熱体の発熱と相まってホットスポットとなってしまい、セラミックヒータの均熱性が悪化するという問題がある。 Ceramic heaters are required to have small temperature differences within the surface on which the wafer is placed (i.e., thermal uniformity). In particular, with the recent trend toward finer process miniaturization and higher integration, ceramic heaters are required to have even greater thermal uniformity. From this perspective, it is desirable to minimize the temperature difference between areas where a resistance heating element is present and areas where it is not. To achieve this, it is preferable to distribute the resistance heating element throughout the entire area of the ceramic heater. Meanwhile, in recent years, heater designs in which mounting parts are located within the ceramic plate have also been proposed with the aim of improving mountability (e.g., Patent Documents 1 and 2). However, depending on the material of the mounting parts, a temperature difference can occur between the base of the ceramic plate and the mounting parts. As a result, the area of the ceramic plate near the mounting parts, combined with the heat generated by the resistance heating element, can become a hot spot, resulting in a problem of poor thermal uniformity for the ceramic heater.

本発明者らは、今般、セラミックプレート内に取り付けパーツ等の埋設部材を備えたセラミックヒータにおいて、平面視した場合にヒータ回路が埋設部材と重なる重なり領域に着目し、当該重なり領域に配設されるヒータ回路を(コイル状ではない)素線状の抵抗発熱体で構成することにより、埋設部材近傍における過度な発熱(ホットスポット)を抑制して、セラミックプレートの均熱性を向上できることを見出した。 The inventors have now focused on the overlapping region where the heater circuit overlaps with the embedded member in a planar view of a ceramic heater that has an embedded member such as an attachment part inside the ceramic plate, and discovered that by configuring the heater circuit located in this overlapping region with a wire-shaped (rather than coil-shaped) resistance heating element, it is possible to suppress excessive heat generation (hot spots) near the embedded member and improve the thermal uniformity of the ceramic plate.

したがって、本発明の目的は、セラミックプレート内に取り付けパーツ等の埋設部材を備えたセラミックヒータにおいて、埋設部材近傍における過度な発熱(ホットスポット)を抑制して、セラミックプレートの均熱性を向上することにある。 Therefore, the object of the present invention is to suppress excessive heat generation (hot spots) near the embedded components in a ceramic heater that has mounting parts or other embedded components in the ceramic plate, thereby improving the thermal uniformity of the ceramic plate.

本開示によれば、以下の態様が提供される。
[態様1]
ウェハが載置されるための第一面と、前記第一面と対向する第二面とを有する、セラミックプレートと、
前記セラミックプレート内に埋設されたヒータ回路と、
前記セラミックプレート内の第二面側に、前記ヒータ回路と接しない深さまで埋設された、前記セラミックプレートを外部装置又は外部部材に取り付けるための1個以上の埋設部材と、
を備え、
前記セラミックプレートを平面視した場合に、前記ヒータ回路が、前記埋設部材の少なくとも1個と重なって重なり領域を形成しており、
前記ヒータ回路が、
前記重なり領域以外の領域を加熱可能に配設され、コイル、線状ジグザグ構造、印刷パターン、リボン、及びメッシュからなる群から選択される少なくとも1種の形態の抵抗発熱体を含むヒータ主要部と、
前記重なり領域に配設され、コイル状ではない素線状の抵抗発熱体で構成されるヒータ素線部と、
を含む、セラミックヒータ。
[態様2]
前記素線状の抵抗発熱体の直径が0.3~0.8mmである、態様1に記載のセラミックヒータ。
[態様3]
前記埋設部材の数が、3個以上である、態様1又は2に記載のセラミックヒータ。
[態様4]
前記ヒータ素線部が、前記セラミックプレート内における、前記埋設部材の頂部から厚さ方向に5~20mm離間した深さ位置に配設されている、態様1~3のいずれか一つに記載のセラミックヒータ。
[態様5]
前記ヒータ素線部が、前記セラミックプレートを平面視した場合に、前記埋設部材の中心から半径15mm以内の領域を通るように配設されている、態様1~4のいずれか一つに記載のセラミックヒータ。
[態様6]
前記セラミックプレートが、窒化アルミニウム又は酸化アルミニウムを含む、態様1~5のいずれか一つに記載のセラミックヒータ。
[態様7]
前記抵抗発熱体が、タングステン、モリブデン、タングステン-モリブデン合金、炭化タングステン、炭化タングステン-窒化チタン複合材料、炭化タングステン-酸化アルミニウム複合材料、及びニオブからなる群から選択される少なくとも1種を含む、態様1~6のいずれか一つに記載のセラミックヒータ。
[態様8]
前記ヒータ主要部及び前記ヒータ素線部が連続した一体の抵抗発熱体である、態様1~7のいずれか一つに記載のセラミックヒータ。
[態様9]
前記ヒータ主要部及び前記ヒータ素線部が、別個の抵抗発熱体であり、接続端子を介して互いに接続されている、態様1~7のいずれか一つに記載のセラミックヒータ。
[態様10]
前記接続端子が、異なる線径の抵抗発熱体を接続可能な異なる直径の2つの貫通穴を有する導電部材である、態様9に記載のセラミックヒータ。
[態様11]
前記セラミックヒータが、2以上の加熱ゾーンを含む、マルチゾーンセラミックヒータである、態様1~10のいずれか一つに記載のセラミックヒータ。
According to the present disclosure, the following aspects are provided.
[Aspect 1]
a ceramic plate having a first surface on which a wafer is placed and a second surface opposite to the first surface;
a heater circuit embedded in the ceramic plate;
one or more embedding members for attaching the ceramic plate to an external device or an external member, the embedding members being embedded in the ceramic plate on a second surface side thereof to a depth not in contact with the heater circuit;
Equipped with
When the ceramic plate is viewed from above, the heater circuit overlaps with at least one of the embedded members to form an overlapping region,
The heater circuit
a heater main portion that is disposed so as to be able to heat an area other than the overlapping area, and that includes a resistance heating element in at least one form selected from the group consisting of a coil, a linear zigzag structure, a printed pattern, a ribbon, and a mesh;
a heater wire portion disposed in the overlapping region and configured as a wire-like resistance heating element rather than a coil;
Including, ceramic heater.
[Aspect 2]
A ceramic heater according to aspect 1, wherein the wire-shaped resistance heating element has a diameter of 0.3 to 0.8 mm.
[Aspect 3]
3. The ceramic heater according to claim 1, wherein the number of the embedded members is three or more.
[Aspect 4]
A ceramic heater according to any one of Aspects 1 to 3, wherein the heater wire portion is disposed within the ceramic plate at a depth position spaced 5 to 20 mm from a top of the embedded member in a thickness direction.
[Aspect 5]
A ceramic heater according to any one of Aspects 1 to 4, wherein the heater wire portion is arranged to pass through an area within a radius of 15 mm from the center of the embedding member when the ceramic plate is viewed in a plan view.
[Aspect 6]
Aspect 6. The ceramic heater according to any one of aspects 1 to 5, wherein the ceramic plate comprises aluminum nitride or aluminum oxide.
[Aspect 7]
The ceramic heater according to any one of Aspects 1 to 6, wherein the resistance heating element comprises at least one selected from the group consisting of tungsten, molybdenum, a tungsten-molybdenum alloy, tungsten carbide, a tungsten carbide-titanium nitride composite material, a tungsten carbide-aluminum oxide composite material, and niobium.
[Aspect 8]
A ceramic heater according to any one of Aspects 1 to 7, wherein the heater main portion and the heater wire portion are a continuous, integrated resistance heating element.
[Aspect 9]
A ceramic heater according to any one of Aspects 1 to 7, wherein the heater main portion and the heater wire portion are separate resistance heating elements and are connected to each other via connection terminals.
[Aspect 10]
A ceramic heater according to aspect 9, wherein the connection terminal is a conductive member having two through holes with different diameters to which resistance heating elements with different wire diameters can be connected.
[Aspect 11]
A ceramic heater according to any one of Aspects 1 to 10, wherein the ceramic heater is a multi-zone ceramic heater including two or more heating zones.

本発明によるセラミックヒータの一例を示す模式断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a ceramic heater according to the present invention. 図1に示されるセラミックヒータを示す模式上面図である。FIG. 2 is a schematic top view showing the ceramic heater shown in FIG. 1 . 図1に示されるセラミックヒータの埋設部材近傍を拡大して示す模式断面図である。2 is an enlarged schematic cross-sectional view showing the vicinity of an embedded member of the ceramic heater shown in FIG. 1. FIG. 接続端子を含むヒータ回路の構成の一例を模式的に示す平面図である。FIG. 2 is a plan view schematically illustrating an example of a configuration of a heater circuit including a connection terminal. 図4に示される接続端子を模式的に示す平面図である。FIG. 5 is a plan view schematically showing the connection terminal shown in FIG. 4 . 従来のセラミックヒータの一例を示す模式断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a conventional ceramic heater.

本発明によるマルチゾーンセラミックヒータは、半導体製造装置内においてウェハを支持するためのセラミック製の台である。典型的には、本発明によるセラミックヒータは、半導体成膜装置用のセラミックヒータでありうる。成膜装置の典型的な例としては、CVD(化学気相成長)装置(例えば、熱CVD装置、プラズマCVD装置、光CVD装置、及びMOCVD装置)並びにPVD(物理気相成長)装置が挙げられる。 The multi-zone ceramic heater according to the present invention is a ceramic platform for supporting a wafer in a semiconductor manufacturing device. Typically, the ceramic heater according to the present invention can be a ceramic heater for a semiconductor film deposition device. Typical examples of film deposition devices include CVD (chemical vapor deposition) devices (e.g., thermal CVD devices, plasma CVD devices, photo-assisted CVD devices, and MOCVD devices) and PVD (physical vapor deposition) devices.

図1及び2にセラミックヒータの一態様を示す。図1及び2に示されるセラミックヒータ10は、セラミックプレート12と、ヒータ回路14と、1個以上の埋設部材16とを備える。セラミックプレート12は、ウェハが載置されるための第一面12aと、第一面12aと対向する第二面12bとを有する。ヒータ回路14は、セラミックプレート12内に埋設されている。埋設部材16は、セラミックプレート12を外部装置又は外部部材に取り付けるための部材(例えば取り付けパーツ)であり、セラミックプレート12内の第二面12b側にヒータ回路14と接しない深さまで埋設される。セラミックプレート12を平面視した場合に、ヒータ回路14が、埋設部材16の少なくとも1個と重なって重なり領域Oを形成している。ヒータ回路14は、ヒータ主要部14aと、ヒータ素線部14bと含む。ヒータ主要部14aは、重なり領域O以外の領域を加熱可能に配設され、コイル、線状ジグザグ構造、印刷パターン、リボン、及びメッシュからなる群から選択される少なくとも1種の形態の抵抗発熱体を含む。一方、ヒータ素線部14bは、重なり領域Oに配設され、コイル状ではない素線状の抵抗発熱体で構成される。このようにセラミックプレート12内に取り付けパーツ等の埋設部材16を備えたセラミックヒータ10において、平面視した場合にヒータ回路14が埋設部材16と重なる重なり領域Oに着目し、当該重なり領域Oに配設されるヒータ回路14を(コイル状ではない)素線状の抵抗発熱体(すなわちヒータ素線部14b)で構成することにより、埋設部材16の近傍における過度な発熱(ホットスポット)を抑制して、セラミックプレート12の均熱性を向上することができる。 Figures 1 and 2 show one embodiment of a ceramic heater. The ceramic heater 10 shown in Figures 1 and 2 comprises a ceramic plate 12, a heater circuit 14, and one or more embedded members 16. The ceramic plate 12 has a first surface 12a on which a wafer is placed and a second surface 12b opposite the first surface 12a. The heater circuit 14 is embedded within the ceramic plate 12. The embedded members 16 are members (e.g., mounting parts) for attaching the ceramic plate 12 to an external device or external member, and are embedded on the second surface 12b side of the ceramic plate 12 to a depth that does not contact the heater circuit 14. When the ceramic plate 12 is viewed from above, the heater circuit 14 overlaps with at least one of the embedded members 16, forming an overlap region O. The heater circuit 14 includes a heater main portion 14a and a heater wire portion 14b. The heater main portion 14a is arranged to heat areas other than the overlapping region O and includes a resistance heating element in at least one form selected from the group consisting of a coil, a linear zigzag structure, a printed pattern, a ribbon, and a mesh. Meanwhile, the heater wire portion 14b is arranged in the overlapping region O and is composed of a wire-like resistance heating element rather than a coil. In this way, in a ceramic heater 10 having an embedded member 16, such as an attachment part, within the ceramic plate 12, attention is focused on the overlapping region O where the heater circuit 14 overlaps with the embedded member 16 in a planar view. By configuring the heater circuit 14 arranged in this overlapping region O with a wire-like resistance heating element (i.e., the heater wire portion 14b) rather than a coil-like resistance heating element, excessive heat generation (hot spots) near the embedded member 16 can be suppressed, improving the thermal uniformity of the ceramic plate 12.

前述のとおり、近年のプロセスの微細化及び高集積化に伴い、セラミックヒータにはより一層の均熱性が求められている。そのためには、セラミックヒータの全領域に隈なく抵抗発熱体を配置するのが好ましい。一方で、近年、搭載性を向上させることを目的として、取り付けパーツをセラミックプレート内に配置したデザインのヒータも提案されている(例えば特許文献1及び2)。しかし、取り付けパーツの材質によっては、セラミックプレートの基体と取り付けパーツとの間に温度差が生じうる。その結果、セラミックプレートの取り付けパーツ近傍の領域が、抵抗発熱体の発熱と相まってホットスポットとなってしまい、セラミックヒータの均熱性が悪化するという問題がある。すなわち、図6に示す従来のセラミックヒータ110のように、セラミックプレート112内にコイル状のヒータ回路114及び取り付けパーツ等の埋設部材116が埋設されている場合、埋設部材116の近傍で過度な発熱が見られ、埋設部材116近傍のセラミックプレート112の表面がホットスポットHとなりうる。これは、コイル状のヒータ回路114による発生した熱が、埋設部材116の存在により局所的に抜けにくくなるためと考えられる。そこで、本発明においては、図1に示されるように、重なり領域Oに配設されるヒータ回路14を(コイル状ではない)素線状の抵抗発熱体(すなわちヒータ素線部14b)で構成する。こうすることで、埋設部材16の近傍における過度な発熱(ホットスポットH)を抑制して、セラミックプレート12の均熱性を向上することができる。すなわち、部分的な高温が発生しうる埋設部材16に対応する箇所のヒータ回路14として、発熱量が小さい素線状の抵抗発熱体(巻いていないシンプルな抵抗発熱線)を採用することで、その部位での過度な発熱及びそれによるホットスポットHの発生を抑制することができる。 As mentioned above, with the recent trend toward finer process miniaturization and higher integration, ceramic heaters are required to have even greater thermal uniformity. To achieve this, it is preferable to distribute the resistance heating element evenly across the entire surface of the ceramic heater. Meanwhile, heater designs in which mounting parts are located within the ceramic plate have also been proposed in recent years to improve mountability (e.g., Patent Documents 1 and 2). However, depending on the material of the mounting parts, a temperature difference may occur between the ceramic plate base and the mounting parts. As a result, the area of the ceramic plate near the mounting parts, combined with the heat generated by the resistance heating element, may become a hot spot, resulting in poor thermal uniformity of the ceramic heater. Specifically, in a conventional ceramic heater 110 shown in Figure 6, in which an embedded member 116, such as a coil-shaped heater circuit 114 and mounting parts, is embedded within the ceramic plate 112, excessive heat generation is observed near the embedded member 116, and the surface of the ceramic plate 112 near the embedded member 116 may become a hot spot H. This is thought to be because the heat generated by the coil-shaped heater circuit 114 is less likely to escape locally due to the presence of the embedded member 116. Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 1, the heater circuit 14 disposed in the overlap region O is configured with a wire-shaped (not coil-shaped) resistance heating element (i.e., heater wire portion 14b). This prevents excessive heat generation (hot spots H) near the embedded member 16 and improves the thermal uniformity of the ceramic plate 12. In other words, by using a wire-shaped resistance heating element (simple, unwound resistance heating wire) with a low heat output as the heater circuit 14 in the area corresponding to the embedded member 16, where localized high temperatures may occur, excessive heat generation in that area and the resulting occurrence of hot spots H can be prevented.

セラミックプレート12は、ヒータ回路14、埋設部材16等の埋設物以外の主要部分(すなわちセラミック基体)が、優れた熱伝導性、高い電気絶縁性、及びシリコンに近い熱膨張特性等の観点から、窒化アルミニウム又は酸化アルミニウムを含むのが好ましく、より好ましくは窒化アルミニウムを含む。 The main portion of the ceramic plate 12 (i.e., the ceramic substrate) excluding the heater circuit 14, embedded components 16, and other embedded components preferably contains aluminum nitride or aluminum oxide, more preferably aluminum nitride, from the standpoints of excellent thermal conductivity, high electrical insulation, and thermal expansion characteristics similar to those of silicon.

セラミックプレート12は円板状であるのが好ましい。もっとも、円板状のセラミックプレート12の平面視形状は、完全な円形である必要はなく、例えば、オリフラ(orientation flat)のように一部を欠いた不完全な円形であってもよい。セラミックプレート12の直径は220mm以上であり、典型的には220~450mmであり、特に300mmシリコンウェハ用においては典型的には320~380mmである。また、セラミックプレート12の厚さは、典型的には10~25mmである。 The ceramic plate 12 is preferably disk-shaped. However, the planar shape of the disk-shaped ceramic plate 12 does not need to be a perfect circle; for example, it may be an incomplete circle with a portion missing, such as an orientation flat. The diameter of the ceramic plate 12 is 220 mm or more, typically 220 to 450 mm, and particularly for 300 mm silicon wafers, typically 320 to 380 mm. The thickness of the ceramic plate 12 is typically 10 to 25 mm.

セラミックプレート12は、第一面12aを与える上側セラミックプレート12cと第二面12bを与える下側セラミックプレート12dとが接合されたセラミックプレート接合体であってもよい。この場合、下側セラミックプレート12dに埋設部材16が設けられるのが好ましいが、これに限定されず、埋設部材16は下側セラミックプレート12dを厚さ方向に貫通して上側セラミックプレート12cに到達していてもよい。 The ceramic plate 12 may be a ceramic plate assembly in which an upper ceramic plate 12c providing the first surface 12a and a lower ceramic plate 12d providing the second surface 12b are joined together. In this case, it is preferable that an embedded member 16 be provided in the lower ceramic plate 12d, but this is not limited thereto; the embedded member 16 may also penetrate the lower ceramic plate 12d in the thickness direction and reach the upper ceramic plate 12c.

ヒータ回路14は、図1に示されるように、重なり領域O以外の領域を加熱可能に配設されるヒータ主要部14aと、重なり領域Oに配設されるヒータ素線部14bとを含む。ヒータ回路14は、ヒータ主要部14a及びヒータ素線部14bを含む全体として、セラミックプレート12の全領域を加熱可能に配設されるのが好ましい。 As shown in FIG. 1, the heater circuit 14 includes a heater main portion 14a arranged so as to be able to heat areas other than the overlapping area O, and a heater wire portion 14b arranged in the overlapping area O. It is preferable that the heater circuit 14, including the heater main portion 14a and the heater wire portion 14b as a whole, be arranged so as to be able to heat the entire area of the ceramic plate 12.

ヒータ主要部14aは、コイル、線状ジグザグ構造、印刷パターン、リボン、及びメッシュからなる群から選択される少なくとも1種の形態の抵抗発熱体を含む。コイルは抵抗発熱線が3次元的に巻かれた構成を有する一方、線状ジグザグ構造は抵抗発熱線が平面内で2次元的に交互に折り返された構成を有する。印刷パターンは、特に限定されないが、抵抗発熱体層の帯状のラインが(例えばジグザグ状に)直進及び屈曲を交互に繰り返すパターンを有するのが典型的である。 The heater main portion 14a includes a resistive heating element in at least one form selected from the group consisting of a coil, a linear zigzag structure, a printed pattern, a ribbon, and a mesh. A coil has a configuration in which a resistive heating wire is wound three-dimensionally, while a linear zigzag structure has a configuration in which a resistive heating wire is alternately folded two-dimensionally within a plane. The printed pattern is not particularly limited, but typically has a pattern in which strip-shaped lines of the resistive heating element layer alternate between straight and bent (e.g., zigzag).

ヒータ素線部14bは、コイル状ではない(すなわち巻かれていない)素線状の抵抗発熱体で構成される。素線状の抵抗発熱体の直径は0.3~0.8mmであるのが好ましく、より好ましくは0.3~0.5mmである。ヒータ素線部14bは、図3に示されるように、セラミックプレート12内における、埋設部材16の頂部から厚さ方向に好ましくは5~20mm、より好ましくは10~20mm離間した深さ位置に配設されるのが、埋設部材16から一定の距離を確保して局所的な高温を均す観点から好ましい。また、ヒータ素線部14bは、セラミックプレートを平面視した場合に、埋設部材16の中心から好ましくは半径15mm以内、より好ましくは10mm以内の領域を通るように配設されることができる。したがって、ヒータ素線部14bを用いることで、埋設部材16の位置に関わらず、ヒータ回路14をセラミックプレート12内に隈なく配設することができ、セラミックプレート12の均熱性を向上しやすくなる。 The heater wire portion 14b is composed of a wire-shaped resistance heating element that is not coiled (i.e., not wound). The diameter of the wire-shaped resistance heating element is preferably 0.3 to 0.8 mm, more preferably 0.3 to 0.5 mm. As shown in FIG. 3, the heater wire portion 14b is disposed within the ceramic plate 12 at a depth of preferably 5 to 20 mm, more preferably 10 to 20 mm, from the top of the embedded member 16 in the thickness direction, from the perspective of maintaining a certain distance from the embedded member 16 and uniformly distributing locally high temperatures. Furthermore, when the ceramic plate is viewed from above, the heater wire portion 14b can be disposed so as to pass through an area preferably within a radius of 15 mm, more preferably within a radius of 10 mm, from the center of the embedded member 16. Therefore, by using the heater wire portion 14b, the heater circuit 14 can be distributed throughout the ceramic plate 12 regardless of the position of the embedded member 16, which facilitates improving the thermal uniformity of the ceramic plate 12.

ヒータ主要部14a及びヒータ素線部14bは連続した一体の抵抗発熱体でありうる。あるいは、ヒータ主要部14a及びヒータ素線部14bは、別個の抵抗発熱体であって、図4及び5に示されるように、接続端子15を介して互いに接続されていてもよい。この場合、接続端子15は、重なり領域Oの外周又はその近傍に配置されるのが好ましい。したがって、接続端子15を用いることで、異なる線径の抵抗発熱体を接続することができる。すなわち、この態様は、ヒータ主要部14aの線径とヒータ素線部14bの線径が異なる場合に有利となる。接続端子15は、図5に示されるように、異なる線径の抵抗発熱体を接続可能な異なる直径の2つの貫通穴15aを有する導電部材であるのが好ましい。かかる構成において、2つの貫通穴15aにヒータ主要部14a及びヒータ素線部14bをそれぞれ挿入してかしめる及び/又は固定することで、ヒータ主要部14a及びヒータ素線部14bの電気的接続を確保することができる。接続端子15の形状は特に限定されないが、例えば球状である。なお、ヒータ主要部14a(例えばコイル)の線径とヒータ素線部14bの線径が同じ場合には接続端子15は不要である。 The heater main portion 14a and the heater wire portion 14b may be a continuous, integrated resistance heating element. Alternatively, the heater main portion 14a and the heater wire portion 14b may be separate resistance heating elements connected to each other via a connection terminal 15, as shown in Figures 4 and 5. In this case, the connection terminal 15 is preferably positioned on or near the outer periphery of the overlap region O. Therefore, the connection terminal 15 can be used to connect resistance heating elements with different wire diameters. In other words, this embodiment is advantageous when the wire diameter of the heater main portion 14a and the wire diameter of the heater wire portion 14b are different. As shown in Figure 5, the connection terminal 15 is preferably a conductive member having two through holes 15a of different diameters that can connect resistance heating elements with different wire diameters. In this configuration, the heater main part 14a and the heater wire part 14b are inserted into the two through holes 15a and crimped and/or fixed, respectively, to ensure electrical connection between the heater main part 14a and the heater wire part 14b. The shape of the connection terminal 15 is not particularly limited, but may be spherical, for example. Note that if the wire diameter of the heater main part 14a (e.g., coil) and the heater wire part 14b are the same, the connection terminal 15 is not necessary.

ヒータ回路14(すなわちヒータ主要部14a、ヒータ素線部14b、及び任意により接続端子15)を構成する抵抗発熱体は、タングステン、モリブデン、タングステン-モリブデン合金、炭化タングステン、炭化タングステン-窒化チタン複合材料、炭化タングステン-酸化アルミニウム複合材料、及びニオブからなる群から選択される少なくとも1種を含むのが好ましい。 The resistive heating element that constitutes the heater circuit 14 (i.e., the heater main portion 14a, the heater wire portion 14b, and optionally the connection terminal 15) preferably contains at least one material selected from the group consisting of tungsten, molybdenum, a tungsten-molybdenum alloy, tungsten carbide, a tungsten carbide-titanium nitride composite material, a tungsten carbide-aluminum oxide composite material, and niobium.

ヒータ回路14には、ヒータ回路14に給電するための1対のヒータ端子が設けられうる。好ましくは、ヒータ回路14の両端にヒータ端子がそれぞれ接続される。ヒータ端子は2対以上存在していてもよい。ヒータ端子はロッド状であり、ヒータ回路14はロッド状のヒータ端子を経てヒータ電源に接続されうる。 The heater circuit 14 may be provided with a pair of heater terminals for supplying power to the heater circuit 14. Preferably, heater terminals are connected to both ends of the heater circuit 14. There may be two or more pairs of heater terminals. The heater terminals are rod-shaped, and the heater circuit 14 may be connected to a heater power supply via the rod-shaped heater terminals.

埋設部材16は、セラミックプレート12を外部装置又は外部部材に取り付けるための部材(例えば取り付けパーツ)である。埋設部材16はセラミックプレート12のセラミック基体と異なる材料で構成されうる。好ましくは、埋設部材16は抵抗発熱体と同じ材料で構成されうる。したがって、埋設部材16は、タングステン、モリブデン、タングステン-モリブデン合金、炭化タングステン、炭化タングステン-窒化チタン複合材料、炭化タングステン-酸化アルミニウム複合材料、及びニオブからなる群から選択される少なくとも1種を含むのが好ましい。埋設部材16は、取り付けパーツとして機能しうる任意の形状でありうる。例えば、図1及び3に示されるように、埋設部材16は、比較的大きい直径を有する大径上部16aと、比較的小さい直径を有する小径下部16bとを含むものでありうる。この場合、大径上部16aがセラミックプレート12の厚さ方向の中央部に配置され、小径下部16bがセラミックプレート12の第二面12b側に配置されるのが、埋設部材16のセラミックプレート12からの脱離を防止できる点で好ましい。また、埋設部材16は雌ネジ形状が切られた雌ネジ部16c(例えばナット)を含むのが好ましい。こうすることで、埋設部材16の雌ネジ部16cに、外部装置又は外部部材に取り付けるための雄ネジ形状が切られたボルト等の締結部材18を螺合させて固定することができる。 The embedded member 16 is a member (e.g., a mounting part) for attaching the ceramic plate 12 to an external device or component. The embedded member 16 may be made of a material different from that of the ceramic substrate of the ceramic plate 12. Preferably, the embedded member 16 is made of the same material as the resistance heating element. Therefore, the embedded member 16 preferably includes at least one selected from the group consisting of tungsten, molybdenum, a tungsten-molybdenum alloy, tungsten carbide, a tungsten carbide-titanium nitride composite material, a tungsten carbide-aluminum oxide composite material, and niobium. The embedded member 16 may have any shape that can function as an attachment part. For example, as shown in Figures 1 and 3, the embedded member 16 may include a large-diameter upper portion 16a having a relatively large diameter and a small-diameter lower portion 16b having a relatively small diameter. In this case, it is preferable to position the large-diameter upper portion 16a in the center of the ceramic plate 12 in the thickness direction and the small-diameter lower portion 16b on the second surface 12b side of the ceramic plate 12, as this prevents the embedded member 16 from becoming detached from the ceramic plate 12. It is also preferable that the embedded member 16 include a female-threaded portion 16c (e.g., a nut) with a female thread. This allows a fastening member 18, such as a bolt with a male thread for attachment to an external device or member, to be threadedly engaged with the female-threaded portion 16c of the embedded member 16 for fastening.

埋設部材16の数は、3個以上であるのが好ましく、より好ましくは6個以上である。このような個数であると、セラミックプレート12を外部装置又は外部部材に確実に固定することができる。埋設部材16の数は、25個以下であるのが好ましく、より好ましくは20個以下である。このような数であると、埋設部材16によって均熱性を局所的に低下させる箇所が少なくなることで、半導体製造プロセスにおいて良好な歩留りを実現しやすくなる。埋設部材16が複数個の場合、図2に示されるように、セラミックプレート12の円周方向に従って均等に配置されるのが好ましい。例えば、複数個の埋設部材16は、セラミックプレート12の中心軸に対して、回転対称に配置されるのが好ましい。 The number of embedded members 16 is preferably three or more, and more preferably six or more. With such a number, the ceramic plate 12 can be securely fixed to an external device or component. The number of embedded members 16 is preferably 25 or less, and more preferably 20 or less. With such a number, the number of embedded members 16 reduces the number of locations where thermal uniformity is locally reduced by the embedded members 16, making it easier to achieve good yields in the semiconductor manufacturing process. When there are multiple embedded members 16, they are preferably arranged evenly around the circumference of the ceramic plate 12, as shown in Figure 2. For example, the multiple embedded members 16 are preferably arranged rotationally symmetrically with respect to the central axis of the ceramic plate 12.

セラミックヒータ10は、2以上の加熱ゾーンを含むマルチゾーンセラミックヒータであってもよい。マルチゾーンヒータ(例えば2ゾーンヒータ)の場合、セラミックプレート12は、平面視した場合に、内側ゾーンと外側ゾーンとを含むものでありうる。内側ゾーンは、セラミックプレート12の中心から所定距離以内の円形領域として規定される。内側ゾーンの中央に中央領域が位置する。外側ゾーンは、内側ゾーンの外側の円環状領域として規定される。外側ゾーンは、複数の外側サブゾーンに(例えば2分割~4分割に)分割されていてもよい。例えば、外側ゾーンは、円弧状に(例えば2分割~4分割に)区画された複数の外側サブゾーンで構成されていてもよい。あるいは、外側ゾーンは互いに重ならない異なるサイズの2つ又はそれ以上の円環状領域を同心円状に有していてもよい。この場合、外側ゾーンは、内側ゾーンに近接する第一の外側ゾーンと、第一の外側ゾーンの外側に位置する第二の外側ゾーンとを少なくとも有することになる。必要に応じて、第二の外側ゾーンの外側に第三又はそれ以上の外側ゾーンが存在してもよい。もっとも、本発明のセラミックヒータ10は1ゾーンヒータであってもよい。 The ceramic heater 10 may be a multi-zone ceramic heater including two or more heating zones. In the case of a multi-zone heater (e.g., a two-zone heater), the ceramic plate 12 may include an inner zone and an outer zone when viewed in a plan view. The inner zone is defined as a circular region within a predetermined distance from the center of the ceramic plate 12. A central region is located at the center of the inner zone. The outer zone is defined as an annular region outside the inner zone. The outer zone may be divided into multiple outer subzones (e.g., two to four). For example, the outer zone may be composed of multiple outer subzones divided into arcs (e.g., two to four). Alternatively, the outer zone may have two or more concentric annular regions of different sizes that do not overlap each other. In this case, the outer zone will have at least a first outer zone adjacent to the inner zone and a second outer zone located outside the first outer zone. If necessary, a third or more outer zones may exist outside the second outer zone. However, the ceramic heater 10 of the present invention may also be a one-zone heater.

マルチゾーンヒータ(例えば2ゾーンヒータ)の場合、ヒータ回路14は、内側ゾーンヒータ回路と、外側ゾーンヒータ回路と、1対のジャンパとを含むのが好ましい。内側ゾーンヒータ回路は、セラミックプレート12の内側ゾーンに埋設されている。もっとも、内側ゾーンヒータ回路は、内側ゾーンのみならず外側ゾーンに及んでいてもよい。外側ゾーンヒータ回路は、セラミックプレート12の外側ゾーンに埋設されている。もっとも、外側ゾーンヒータ回路は、外側ゾーンのみならず内側ゾーンに及んでいてもよい。したがって、内側ゾーンヒータ回路と外側ゾーンヒータ回路が、セラミックプレート12を平面透視した場合に、互いに重複するものであってもよい。1対のジャンパは、セラミックプレート12の内側ゾーンに、内側ゾーンヒータ回路と接触しないように埋設され、かつ、外側ゾーンヒータ回路に電気的に接続される。内側ゾーンヒータ回路と外側ゾーンヒータ回路は、断面視で同一平面上に配置されてもよいし、内側ゾーンヒータ回路と外側ゾーンヒータ回路は、断面視で異なる平面上に配置されていてもよい。内側ゾーンヒータ回路及び外側ゾーンヒータ回路の各々は、平面透視した場合に一筆書きの形態で配設されているのが好ましい。一筆書きの形態は、進行及び折り返しの交互繰り返しや渦巻状等の公知の種々の形態でありうる。 In the case of a multi-zone heater (e.g., a two-zone heater), the heater circuit 14 preferably includes an inner zone heater circuit, an outer zone heater circuit, and a pair of jumpers. The inner zone heater circuit is embedded in the inner zone of the ceramic plate 12. However, the inner zone heater circuit may extend not only to the inner zone but also to the outer zone. The outer zone heater circuit is embedded in the outer zone of the ceramic plate 12. However, the outer zone heater circuit may extend not only to the outer zone but also to the inner zone. Therefore, the inner zone heater circuit and the outer zone heater circuit may overlap each other when viewed from above. The pair of jumpers are embedded in the inner zone of the ceramic plate 12 so as not to contact the inner zone heater circuit and are electrically connected to the outer zone heater circuit. The inner zone heater circuit and the outer zone heater circuit may be arranged on the same plane in a cross-sectional view, or the inner zone heater circuit and the outer zone heater circuit may be arranged on different planes in a cross-sectional view. Each of the inner zone heater circuit and the outer zone heater circuit is preferably arranged in a single-stroke pattern when viewed from above. The single-stroke pattern can be in a variety of known shapes, such as a repeated pattern of alternating forward and backward strokes or a spiral shape.

セラミックプレート12はその内部にRF電極及び/又はESC電極をさらに備えていてもよい。この場合、RF電極及び/又はESC電極は、セラミックプレート12の、ヒータ回路14よりも第一面12aに近い深さ位置に埋設されるのが好ましい。RF電極は高周波が印加されることで、プラズマCVDプロセスによる成膜を可能とする。ESC電極は、静電チャック(ESC)電極の略称であり、静電電極とも称される。ESC電極は、外部電源によって電圧が印加されるとセラミックプレート12の表面に載置されたウェハをジョンソン・ラーベック力によりチャッキングする。ESC電極は、セラミックプレート12よりもやや小径の円形の薄層電極であるのが好ましく、例えば、細い金属線を網状に編み込んでシート状にしたメッシュ状の電極でありうる。ESC電極はプラズマ電極として利用してもよい。すなわち、ESC電極に高周波を印加することにより、ESC電極をRF電極としても使用することができ、プラズマCVDプロセスによる成膜を行うこともできる。RF電極又はESC電極には、給電のためのRF端子又はESC端子が接続されている。RF端子又はESC端子はロッド状であり、RF電極又はESC電極はロッド状のRF端子又はESC端子を経て外部電源に接続されうる。 The ceramic plate 12 may further include an RF electrode and/or an ESC electrode. In this case, the RF electrode and/or ESC electrode are preferably embedded in the ceramic plate 12 at a depth closer to the first surface 12a than the heater circuit 14. The RF electrode enables film deposition using a plasma CVD process when high-frequency waves are applied to it. The ESC electrode is an abbreviation for electrostatic chuck (ESC) electrode and is also called an electrostatic electrode. When voltage is applied to the ESC electrode from an external power source, it chucks a wafer placed on the surface of the ceramic plate 12 using the Johnsen-Rahbek force. The ESC electrode is preferably a circular, thin-layer electrode with a diameter slightly smaller than that of the ceramic plate 12. For example, it may be a mesh electrode formed by weaving thin metal wires into a net shape into a sheet. The ESC electrode may also be used as a plasma electrode. That is, by applying high-frequency waves to the ESC electrode, the ESC electrode can also be used as an RF electrode, allowing film deposition using a plasma CVD process. An RF terminal or ESC terminal for power supply is connected to the RF electrode or ESC electrode. The RF terminal or ESC terminal is rod-shaped, and the RF electrode or ESC electrode can be connected to an external power supply via the rod-shaped RF terminal or ESC terminal.

セラミックプレート12の第二面12bには冷却プレートが設けられていてもよい。冷却プレートは、冷却プレートは、セラミックヒータや静電チャック用に一般的に用いられる構成の冷却プレートの構成であることができる。冷却プレートは、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属製であってもよいし、SiSiCTi(Si、SiC及びTiを含む複合材料)等の金属基複合材料(Metal Matrix Composite(MMC))製であってもよい。典型的な冷却プレートは円板状であり、内部に冷媒が循環可能な流路を備えたものでありうる。 A cooling plate may be provided on the second surface 12b of the ceramic plate 12. The cooling plate may have a cooling plate configuration commonly used for ceramic heaters and electrostatic chucks. The cooling plate may be made of a metal such as aluminum or an aluminum alloy, or may be made of a metal matrix composite (MMC) such as SiSiCTi (a composite material containing Si, SiC, and Ti). A typical cooling plate is disc-shaped and may have internal flow channels through which a coolant can circulate.

本発明を以下の例によってさらに具体的に説明する。ただし、本発明は以下の例に限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail using the following examples. However, the present invention is not limited to these examples.

例1
(1)セラミックヒータの作製
以下に示される構成部材を用いて、図1に示されるような断面構造を有するセラミックヒータ10を公知の手順で作製した。
<構成部材及びその仕様>
・セラミックプレート12:円板状の窒化アルミニウム焼結体(直径:330mm、厚さ:20mm)(ヒータ回路14及び埋設部材16が内部に埋設されたもの)
・ヒータ回路14:第一面12aからの深さが10mmの位置に所定の回路パターンに従って埋設された、3次元コイル状の抵抗発熱体からなるヒータ主要部14a(材質:モリブデン、巻き径:3.5mm、及び線径:0.5mm)及びコイル状ではない単なる抵抗発熱線(材質:モリブデン、線径0.4mm、セラミックプレート12内の埋設部材16との重なり領域Oに配設)からなるヒータ素線部14bが接続端子15で接続された回路(図4を参照)
・ヒータ素線部14b:埋設部材16の頂部から厚さ方向に5mm離間した深さ位置で、かつ、セラミックプレート12を平面視した場合に、埋設部材16の中心から半径9mm以内の領域を通るように配設
・埋設部材16:大径上部16a及び小径下部16bを有する金属製の3個の取り付けパーツ(材質:モリブデン、大径上部16aの直径:25mm、小径下部16bの直径:10mm、埋設部材16の高さ:15mm)
・ヒータ端子:ヒータ回路14の両端に接続されたニッケル製の2本の端子ロッド
Example 1
(1) Fabrication of Ceramic Heater Using the components shown below, a ceramic heater 10 having a cross-sectional structure as shown in FIG. 1 was fabricated by a known procedure.
<Component parts and their specifications>
Ceramic plate 12: a disk-shaped aluminum nitride sintered body (diameter: 330 mm, thickness: 20 mm) (with the heater circuit 14 and the embedded member 16 embedded inside)
Heater circuit 14: A circuit in which a heater main portion 14a (material: molybdenum, winding diameter: 3.5 mm, wire diameter: 0.5 mm) made of a three-dimensional coil-shaped resistance heating element embedded in a predetermined circuit pattern at a depth of 10 mm from the first surface 12a, and a heater wire portion 14b made of a simple resistance heating wire (material: molybdenum, wire diameter: 0.4 mm, disposed in an overlapping region O with the embedded member 16 in the ceramic plate 12) are connected by connection terminals 15 (see FIG. 4 ).
Heater wire portion 14b: Located at a depth position 5 mm away from the top of the embedded member 16 in the thickness direction, and arranged so as to pass through an area within a radius of 9 mm from the center of the embedded member 16 when the ceramic plate 12 is viewed from above. Embedded member 16: Three metal attachment parts having a large-diameter upper portion 16a and a small-diameter lower portion 16b (material: molybdenum, diameter of large-diameter upper portion 16a: 25 mm, diameter of small-diameter lower portion 16b: 10 mm, height of embedded member 16: 15 mm).
Heater terminals: Two nickel terminal rods connected to both ends of the heater circuit 14

(2)評価
得られたセラミックヒータに対して以下の評価を行った。
(2) Evaluation The ceramic heaters obtained were evaluated as follows.

<均熱性>
セラミックヒータ10を成膜装置のチャンバ内に設置した。チャンバを真空引きしてNガスを導入し、チャンバ内のNガス圧を5Torrとした。ヒータ端子を介してヒータ回路14に給電することにより、セラミックヒータ10を650℃の設定温度に加熱した。この設定温度において、赤外線カメラでセラミックプレート12の第一面12aにおける温度分布を測定した。得られた温度分布マップに基づき、直径300mm領域内における最高温度と最低温度との差(すなわち面内最大温度差)を均熱性の指標として求めた。結果は、表1に示されるとおりであり、埋設部材近傍における過度な発熱(ホットスポット)が抑制された。
<Heat uniformity>
The ceramic heater 10 was placed in the chamber of a film forming apparatus. The chamber was evacuated and N2 gas was introduced, setting the N2 gas pressure in the chamber to 5 Torr. The ceramic heater 10 was heated to a set temperature of 650°C by supplying power to the heater circuit 14 via the heater terminals. At this set temperature, the temperature distribution on the first surface 12a of the ceramic plate 12 was measured using an infrared camera. Based on the obtained temperature distribution map, the difference between the maximum and minimum temperatures within a 300 mm diameter area (i.e., the maximum in-plane temperature difference) was calculated as an index of thermal uniformity. The results are shown in Table 1, and excessive heat generation (hot spots) near the embedded material was suppressed.

<均熱分布評価>
前述したとおり、埋設部材16によって均熱性を局所的に低下させる箇所が少なくなることで、半導体製造プロセスにおいて良好な歩留りを実現しやすくなる。すなわち、セラミックプレート12において埋設部材16の上方に位置する領域は均熱性が局所的に劣るため、第一面12a内で均熱性のばらつき(均熱分布)が生じる。この均熱分布は、均熱性評価における面内最大温度差の好適範囲(例えば10℃以下)は満たしているものの、面内で少しずつ温度が異なる点が分布している状態を示唆するものである。この均熱分布を評価すべく、埋設部材16の上面の面積の合計を投影面積として算出し、この投影面積の、直径300mmのウェハ載置面の面積(70650mm)に対する割合(%)を算出し、以下の基準:
・評価A:埋設部材の投影面積が15%以下
・評価B:埋設部材の投影面積が15%超
に従い評価した。評価Aの方が評価Bよりも半導体製造プロセスにおいて良好な歩留りを実現しやすいことを意味する。
<Evaluation of uniform heating distribution>
As described above, the embedded member 16 reduces the number of locations where thermal uniformity is locally reduced, making it easier to achieve a good yield in the semiconductor manufacturing process. In other words, the region of the ceramic plate 12 located above the embedded member 16 has locally poor thermal uniformity, resulting in variations in thermal uniformity (thermal uniformity distribution) within the first surface 12a. This thermal uniformity distribution satisfies the preferred range (e.g., 10°C or less) for the maximum temperature difference within the surface in thermal uniformity evaluation, but suggests a state in which there are points within the surface where the temperature varies slightly. To evaluate this thermal uniformity distribution, the total area of the upper surface of the embedded member 16 is calculated as a projected area, and the ratio (%) of this projected area to the area (70,650 mm2 ) of a wafer-mounting surface with a diameter of 300 mm is calculated, and the ratio is then evaluated based on the following criteria:
The evaluation was made according to the following criteria: Grade A: The projected area of the embedded member is 15% or less; Grade B: The projected area of the embedded member is more than 15%. Grade A indicates that it is easier to achieve a good yield in the semiconductor manufacturing process than Grade B.

例2~6
埋設部材の個数及びヒータ素線部の深さ位置を表1に示されるとおりとしたこと以外は、例1と同様にしてセラミックヒータの作製及び評価を行った。結果は、表1に示されるとおりであり、埋設部材近傍における過度な発熱(ホットスポット)が抑制された。
Examples 2 to 6
Ceramic heaters were produced and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the number of embedded members and the depth positions of the heater wire portions were set as shown in Table 1. The results are shown in Table 1, and excessive heat generation (hot spots) near the embedded members was suppressed.

例7(比較)
図6に示されるようにセラミックプレート12内の重なり領域Oにおいて、ヒータ素線部14bの代わりに上述した3次元コイル状の抵抗発熱体を用いたこと(すなわちヒータ回路14をヒータ主要部14aのみで構成したこと)以外は、例1と同様にしてセラミックヒータの作製及び評価を行った。結果は、表1に示されるとおりであり、図6に示されるように重なり領域Oに対応する箇所にホットスポットHが生じた。なお、本例では、均熱性が悪かったため、均熱分布評価は行う必要が無いものと判断し、表1ではブランク(-)として示した。
Example 7 (Comparison)
A ceramic heater was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the above-mentioned three-dimensional coil-shaped resistance heating element was used instead of the heater wire portion 14b in the overlapping region O of the ceramic plate 12 as shown in Figure 6 (i.e., the heater circuit 14 was composed of only the heater main portion 14a). The results are shown in Table 1, and hot spots H occurred in the locations corresponding to the overlapping region O as shown in Figure 6. In this example, since the heating uniformity was poor, it was determined that there was no need to evaluate the heating uniformity distribution, and this is shown as a blank (-) in Table 1.

表1に示されるように、重なり領域Oのヒータ回路14を素線状の抵抗発熱体(すなわちヒータ素線部14b)で構成した例1~6では、重なり領域Oのヒータ回路14を3次元コイル状のヒータ主要部14aで構成した例7(比較例)と比べて、有意に小さい面内最大温度差を示した。したがって、本発明の構成を採用することで、埋設部材近傍における過度な発熱(ホットスポット)を抑制して、セラミックプレートの均熱性を向上できることが分かる。 As shown in Table 1, Examples 1 to 6, in which the heater circuit 14 in the overlapping region O was configured with a wire-shaped resistance heating element (i.e., heater wire portion 14b), showed a significantly smaller maximum in-plane temperature difference than Example 7 (comparison example), in which the heater circuit 14 in the overlapping region O was configured with a three-dimensional coil-shaped heater main portion 14a. Therefore, it can be seen that by adopting the configuration of the present invention, excessive heat generation (hot spots) near the embedded member can be suppressed, improving the thermal uniformity of the ceramic plate.

10,110 セラミックヒータ
12,112 セラミックプレート
12a 第一面
12b 第二面
12c 上側セラミックプレート
12d 下側セラミックプレート
14,114 ヒータ回路
14a ヒータ主要部
14b ヒータ素線部
15 接続端子
15a 貫通穴
16,116 埋設部材
16a 大径上部
16b 小径下部
16c 雌ネジ部
18 締結部材
O 重なり領域
H ホットスポット

10, 110 Ceramic heater 12, 112 Ceramic plate 12a First surface 12b Second surface 12c Upper ceramic plate 12d Lower ceramic plate 14, 114 Heater circuit 14a Main heater portion 14b Heater wire portion 15 Connection terminal 15a Through hole 16, 116 Embedded member 16a Large diameter upper portion 16b Small diameter lower portion 16c Female thread portion 18 Fastening member O Overlapping region H Hot spot

Claims (11)

ウェハが載置されるための第一面と、前記第一面と対向する第二面とを有する、セラミックプレートと、
前記セラミックプレート内に埋設されたヒータ回路と、
前記セラミックプレート内の第二面側に、前記ヒータ回路と接しない深さまで埋設された、前記セラミックプレートを外部装置又は外部部材に取り付けるための1個以上の埋設部材と、
を備え、
前記セラミックプレートを平面視した場合に、前記ヒータ回路が、前記埋設部材の少なくとも1個と重なって重なり領域を形成しており、
前記ヒータ回路が、
前記重なり領域以外の領域を加熱可能に配設され、コイル、線状ジグザグ構造、印刷パターン、リボン、及びメッシュからなる群から選択される少なくとも1種の形態の抵抗発熱体を含むヒータ主要部と、
前記重なり領域に配設され、コイル状ではない素線状の抵抗発熱体で構成されるヒータ素線部と、
を含む、セラミックヒータ。
a ceramic plate having a first surface on which a wafer is placed and a second surface opposite to the first surface;
a heater circuit embedded in the ceramic plate;
one or more embedding members for attaching the ceramic plate to an external device or an external member, the embedding members being embedded in the ceramic plate on a second surface side thereof to a depth not in contact with the heater circuit;
Equipped with
When the ceramic plate is viewed from above, the heater circuit overlaps with at least one of the embedded members to form an overlapping region,
The heater circuit
a heater main portion that is disposed so as to be able to heat an area other than the overlapping area, and that includes a resistance heating element in at least one form selected from the group consisting of a coil, a linear zigzag structure, a printed pattern, a ribbon, and a mesh;
a heater wire portion disposed in the overlapping region and configured as a wire-like resistance heating element rather than a coil;
Including, ceramic heater.
前記素線状の抵抗発熱体の直径が0.3~0.8mmである、請求項1に記載のセラミックヒータ。 The ceramic heater according to claim 1, wherein the diameter of the wire-shaped resistance heating element is 0.3 to 0.8 mm. 前記埋設部材の数が、3個以上である、請求項1又は2に記載のセラミックヒータ。 The ceramic heater according to claim 1 or 2, wherein the number of embedded members is three or more. 前記ヒータ素線部が、前記セラミックプレート内における、前記埋設部材の頂部から厚さ方向に5~20mm離間した深さ位置に配設されている、請求項1又は2に記載のセラミックヒータ。 The ceramic heater according to claim 1 or 2, wherein the heater wire portion is disposed within the ceramic plate at a depth of 5 to 20 mm in the thickness direction from the top of the embedded member. 前記ヒータ素線部が、前記セラミックプレートを平面視した場合に、前記埋設部材の中心から半径15mm以内の領域を通るように配設されている、請求項1又は2に記載のセラミックヒータ。 A ceramic heater as described in claim 1 or 2, wherein the heater wire portion is arranged to pass through an area within a radius of 15 mm from the center of the embedded member when the ceramic plate is viewed in plan. 前記セラミックプレートが、窒化アルミニウム又は酸化アルミニウムを含む、請求項1又は2に記載のセラミックヒータ。 The ceramic heater of claim 1 or 2, wherein the ceramic plate comprises aluminum nitride or aluminum oxide. 前記抵抗発熱体が、タングステン、モリブデン、タングステン-モリブデン合金、炭化タングステン、炭化タングステン-窒化チタン複合材料、炭化タングステン-酸化アルミニウム複合材料、及びニオブからなる群から選択される少なくとも1種を含む、請求項1又は2に記載のセラミックヒータ。 The ceramic heater according to claim 1 or 2, wherein the resistance heating element contains at least one material selected from the group consisting of tungsten, molybdenum, tungsten-molybdenum alloy, tungsten carbide, tungsten carbide-titanium nitride composite material, tungsten carbide-aluminum oxide composite material, and niobium. 前記ヒータ主要部及び前記ヒータ素線部が連続した一体の抵抗発熱体である、請求項1又は2に記載のセラミックヒータ。 The ceramic heater according to claim 1 or 2, wherein the heater main portion and the heater wire portion are a continuous, integrated resistance heating element. 前記ヒータ主要部及び前記ヒータ素線部が、別個の抵抗発熱体であり、接続端子を介して互いに接続されている、請求項1又は2に記載のセラミックヒータ。 A ceramic heater as described in claim 1 or 2, wherein the heater main portion and the heater wire portion are separate resistance heating elements and connected to each other via connection terminals. 前記接続端子が、異なる線径の抵抗発熱体を接続可能な異なる直径の2つの貫通穴を有する導電部材である、請求項9に記載のセラミックヒータ。 The ceramic heater of claim 9, wherein the connection terminal is a conductive member having two through holes of different diameters to which resistance heating elements of different wire diameters can be connected. 前記セラミックヒータが、2以上の加熱ゾーンを含む、マルチゾーンセラミックヒータである、請求項1又は2に記載のセラミックヒータ。

3. The ceramic heater according to claim 1, wherein the ceramic heater is a multi-zone ceramic heater including two or more heating zones.

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