JP2002203660A - 半導体産業用セラミックヒータの給電端子接続構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】セラミックヒータの安定した作業を長期に亘っ
て維持するために好適な、発熱体端部への給電端子を接
続するための取付け構造を提案する。 【解決手段】セラミック基板の加熱面とは反対側の表面
に、発熱体を設けてなるセラミックヒータの、その発熱
体端部に給電端子をクリップ止めして電気的に接続した
セラミックヒータの給電端子接続構造。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に半導体産業に
おいて使用される、半導体製品の乾燥、あるいはスパッ
タリング等に際して用いられるセラミックヒータの、給
電端子接続構造に関するものである。本発明はまた、こ
のセラミックヒータが静電チャックやウエハプローバと
しての機能を具える半導体製造・検査装置のセラミック
基板に対してもそのまま適用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製品の電子回路は、シリコンウエ
ハー上にエッチングレジストとして感光性樹脂を塗布し
たのち、エッチングすることにより形成されている。こ
の場合、シリコンウエハーの表面に塗布された感光性樹
脂は、スピンコーターなどにより塗布されているため、
塗布後に乾燥する必要がある。その乾燥処理は、感光性
樹脂を塗布したシリコンウエハーを、ヒータの上に保持
して加熱することにより行われる。従来、このようなヒ
ータとしては、主として金属基板（アルミニウム板）が
用いられているが、近年ではセラミック基板の内部もし
くは裏面に発熱体を配線したものも用いられている。

【０００３】例えば、特公平８−８２４７号公報などで
は、発熱体を形成した窒化物セラミック基板を使用し、
その発熱体近傍の温度を測定しながら、セラミック板の
温度を制御するセラミックヒータを提案している。しか
しながら、このようなセラミックヒータを用い、シリコ
ンウエハを加熱乾燥しようとする場合、このヒータをい
かに長時間に亘って安定した状態で使用するかが重要で
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の下でヒ
ータの寿命を向上させるためには、その１つに、発熱体
端部と給電端子（外部端子）との接続部の寿命を向上さ
せることが重要である。というのは、多くの場合、この
給電端子と発熱体の給電接続端であるランド部との間で
剥離したり、この両者が離脱したりして寿命を短くする
からである。寿命を短くするというこの問題の発生原因
は、この給電端子を基板表面に接着固定する際に、該給
電端子の接着に当たって使用するハンダペースト中に含
まれるハンダそれ自体、あるいはこのペースト中に混合
されている合成樹脂系バインダに原因があることがわか
った。

【０００５】即ち、図１に示すように、セラミック基板
１の下面に発熱体２を形成するような例では、この発熱
体２上に給電端子５の端子ピン５ａを接続する場合に、
ハンダペースト層１６を介して接続することが一般的で
ある。ところが、給電端子５を接着固定するために用い
られているハンダペースト中には、例えばポリイミド樹
脂系、エポキシ樹脂系、フェノール樹脂系あるいはシリ
コン樹脂系のバインダが含まれている。しかし、これら
の合成樹脂系バインダは、熱可塑性樹脂の場合であれ
ば、温度の上昇と共に力学的強度が低下し、やがては軟
化（融解）して液状となるし、また熱硬化性樹脂の場合
であっても、温度の上昇と共に力学的強度が低下し、や
がては熱分解するようになる。

【０００６】即ち、ポリイミド樹脂でさえ転位点（Ｔ
ｍ）は500℃未満であり、一方、これらの樹脂の連続可
使温度はほとんどが120〜260℃であるから、そこでも
し、これらの樹脂がセラミックヒータ（ヒータ加熱温度
100〜800℃）の給電端子接続手段として使われると、基
板からの抜熱を考慮したとしても樹脂の劣化は早く、バ
インダーやハンダ合金自体の早期劣化、軟化につなが
り、いわゆる給電端子が発熱体やハンダペースト層１６
から剥離したり離脱して、給電端子の取付け寿命を低下
させるという問題があった。

【０００７】そこで、本発明の目的は、セラミックヒー
タの安定した作業を長期に亘って維持するために好適
な、発熱体端部への給電端子を接続するための取付け構
造を提案することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上掲の目的を実現するた
めに鋭意研究した結果、発明者らは、基板に配線された
発熱体の給電接続用端部に形成されたランド部と給電端
子（外部端子）とが弛んだり、脱落したりしてヒータの
寿命が短くなる原因が、この給電端子を固定しているハ
ンダペースト、とくにこのペースト中の合成樹脂系バイ
ンダ、あるいはハンダペースト中のハンダそれ自体の劣
化、軟化、融解にあることを突きとめ、こうしたバイン
ダ等を使うことなく該給電端子の固定ができるように工
夫された、下記の要旨構成に係る本発明を開発するに到
った。

【０００９】すなわち、本発明は、セラミック基板の加
熱面とは反対側の表面に、発熱体を設けてなるセラミッ
クヒータの、その発熱体端部に給電端子をクリップ止め
して電気的に接続したことを特徴とするセラミックヒー
タの給電端子接続構造である。

【００１０】本発明においては、発熱体端部と給電端子
とのクリップ止め構造が、発熱体ランド部を、基板表面
に設けた凹部内に収容すると共に、この凹部内の発熱体
ランド窪みの中に拡開型クリップを嵌め入れて係止した
ものであることが好ましく、また、発熱体端部と給電端
子とのクリップ止め構造が、発熱体ランド部を、基板表
面に***させた凸部上に形成すると共に、この凸部を挟
圧型クリップにて狭持して係止したものであることが好
ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の特徴とするところは、発
熱体が基板の下面に配設される場合において、発熱体の
給電接続用端部、すなわち、図２に示す例の発熱体パタ
ーンの発熱体端部に形成されたランド部２ａに給電端子
を、従来のように、合成樹脂系バインダを含む導電ペー
ストやハンダペーストを使うことなく、即ち物理的手段
によって取付け、電気的接続を果すようにした点の構成
にある。即ち、発熱体２の給電接続端に形成されたラン
ド部２ａを、基板の表面から***突設するか、逆に基板
の表面から窪ませて、それらの凸部、凹部にバネの弾性
を利用したクリップ形給電端子（外部端子）を係止して
電気的な接続を図るようにしたものである。

【００１２】図３は、発熱体端部のランド部２ａと給電
端子とのクリップ止め構造の２種の例を併記して示すも
のである。その１つの実施形態は、基板１の加熱面とは
反対側の面（図示の下面）に、図２に示す発熱体ランド
部２ａが位置する部分に凹部１ａを形成し、この基板の
凹部１ａ中に発熱体２の端部、すなわちランド部２ａを
収容すると共に、前記基板凹部内における発熱体ランド
部２ａの窪み中に、外向きに付勢するスプリングを介在
させた拡開型クリップ３を嵌め入れて係止し、該発熱体
２とクリップ３の延在位置にある端子ピン５とを電気的
に接続する例である。

【００１３】他のもう１つの実施形態は、基板１の加熱
面とは反対側の面に、図２に示す発熱体ランド部２ａが
位置する部分に凸部１ｂを***突設し、この凸部１ｂの
表面を覆うように発熱体２のランド部２ａを被覆形成す
ると共に、発熱体２にて覆われた前記凸部１ｂに対し、
内向きに付勢するスプリングを介在させた挟圧型クリッ
プ４にて挟み付けることにて係止し、該発熱体２とクリ
ップ４の延在位置に取付けた端子ピン５とを電気的に接
続する例である。

【００１４】本発明において、給電端子接続構造の部分
に、ハンダペースト、とくにこのペースト中に含まれる
合成樹脂製バインダの使用を止めた理由は、ヒータの連
続使用や、トラブル時の過電流によって起る一時的な過
熱状態などによって、前記バインダ等が早期に劣化した
り、軟化、融解することから、端子ピン５の弛みや脱落
が起こり易く、給電端子の接続が早期に失われるという
弊害を避けるためである。例えば、エポキシ樹脂やポリ
イミドの連続可使温度は120〜260℃、ポリエチレンの場
合で120℃、フッ素樹脂（CTFE）の場合で180〜200℃程
度である。これに対し、発熱体２の通電加熱温度は100
〜800℃程度であり、基板１の抜熱を考慮してもハンダ
ペーストと端子ピン５とを結合しているバインダ等も相
当の高温に曝されて劣化や軟化が激しいものになる。そ
こで、本発明では、ヒータの昇温の影響が少ない物理的
な方法、即ち、クリップを介して発熱体との接続を図
り、両者の堅固な接続を果すようにしたのである。

【００１５】次に、本発明に係る構造を採用したセラミ
ックヒータについて、具体的に説明する。図３に明らか
なように、このセラミックヒータでは、セラミック基板
１に貫通孔８が複数個設けられ、その貫通孔８にリフタ
ーピン９が挿入され、このリフターピン９上にシリコン
ウエハ１０が載置されるようになっている。また、リフ
ターピン９を上下させることにより、シリコンウエハ１
０を図示しない搬送機に渡したり、搬送機からシリコン
ウエハ１０を受け取ったりすることができるようになっ
ている。また、このリフターピン９により、シリコンウ
エハ１０をセラミック基板１から所定の距離だけ離間さ
せた状態で保持し、加熱を行うことができる。

【００１６】そして、前記セラミック基板１の下面（反
加熱面）には発熱体２が形成されると共に、その給電側
の端部であるランド部２ａには、基板１に設けられた凸
部もしくは凹部１ａに外部端子であるクリップ３、４を
係止し、このクリップ３、４に取付けた端子ピン５が接
続される。そして、その端子ピン５には、必要に応じ外
部端子側のソケット６が取付けられ、このソケット６
は、電源を有する制御部１１に接続されている。また、
前記セラミック基板１には、その底面側から有底孔１２
が設けられ、この有底孔１２の底には、熱電対１３が固
定されている。また、この熱電対１３は、記憶部１４に
接続され、この熱電対１３の温度を一定時間毎に測定
し、そのデータを記憶することができるようになってい
る。そして、この記憶部１４は、制御部１１に接続され
るとともに演算部１５に接続され、記憶部１４に記憶さ
れたデータに基づき、演算部１５で制御する電圧値等の
計算を行い、これに基づき、制御部１１から各発熱体２
に対して所定の電圧を印加し、加熱面の温度を均一化す
ることができるようになっている。

【００１７】次に、このセラミックヒータの動作につい
て説明する。まず、制御部１１を作動させることにより
セラミックヒータに電力を投入すると、セラミック基板
１自体の温度が上がり始めるが、外周部の方の表面温度
がやや低温になる。熱電対１３で測温したデータは、記
憶部１４に一旦は格納され、次に、この温度データは演
算部１５に送られ、この演算部１５において、各測定点
における温度の差ΔＴを演算し、さらに、加熱面１ａの
温度の均一化のために必要なデータΔＷを演算する。例
えば、隣り合う発熱体２における温度差ΔＴがあり、一
方の発熱体２の方が低ければ、ΔＴを０にするような電
力データΔＷを演算し、これを制御部１１に送信して、
これに基づいた電力をその発熱体２に投入して昇温させ
るのである。

【００１８】電力の計算アルゴリズムについては、セラ
ミック基板１の比熱と加熱域の重量から昇温に必要な電
力を演算する方法が最も簡便であり、これに発熱体パタ
ーンに起因する補正係数を加味してもよい。また、予
め、特定の発熱体パターンについて昇温試験を行い、測
温位置、投入電力、温度の関数を予め求めておき、この
関数から投入電力を演算してもよい。そして、演算部１
５で演算された電力に対応する印加電圧と時間とを制御
部１１に送信し、この制御部１１でその値に基づいて各
発熱体２に電力を投入することになる。

【００１９】

【実施例】(実施例１) （１）窒化アルミニウム粉末（平均粒径：0.6μｍ）100
重量部、イットリア（平均粒径：0.4μｍ）0.3重量部、
アクリルバインダ１２重量部およびアルコールからなる
組成物のスプレードライを行い、顆粒状の粉末を作製し
た。

【００２０】（２）次に、この顆粒状の粉末を金型に入
れ、給電端子部相当の位置に凹部又は凸部を設けてなる
平板状に生成形体（グリーンシート）を成形した。

【００２１】（３）成形した上記生成形体を、1700℃、
２０ＭＰａでホットプレスし、厚さがほぼ３ｍｍの窒化
アルミニウム板状体を得た。その後、上記板状体から直
径210ｍｍの円板体を切り出し、セラミック基板１とし
た。この基板１にドリル加工を施して、シリコンウエハ
のリフターピン１６を挿通するための貫通孔１５、熱電
対を埋め込むための有底孔１４（直径：1.1ｍｍ、深
さ：２ｍｍ）を穿孔形成した。

【００２２】（４）上記(３)で得た基板１に、スパッタ
リング装置（徳田製作所製、CFS−RR−100）でTiを0.1
μｍ、Moを2.0μｍ、Niを1.0μｍの厚みで順次に、前記
凹部もしくは凸部にスパッタリングして導電化したの
ち、その上にスクリーン印刷法にて導体ペーストを印刷
した。印刷パターンは、図1に示すような同心円状のパ
ターンとした。なお、上記導体ペーストとしては、プリ
ント配線板のスルーホール形成に使用されている徳力化
学研究所製のソルベストPS603SDを使用した。この導体
ペーストは、銀−鉛ペーストであり、銀100重量部に対
して、酸化鉛（５重量％）、酸化亜鉛（５５重量％）、
シリカ（１０重量％）、酸化ホウ素（２５重量％）およ
びアルミナ（５重量％）からなる金属酸化物を7.5重量
部含むものである。また、銀粒子は、平均粒径が4.5μ
ｍで、リン片状のものであった。

【００２３】（５）次に、導体ペーストを印刷したセラ
ミック基板１を780℃で加熱、焼成して、導体ペースト
中の銀、鉛を焼結するとともに、セラミック基板１に焼
き付け、抵抗発熱体２を形成した。銀−鉛の抵抗発熱体
２は、厚さが５μｍ、幅2.4ｍｍ、面積抵抗率が7.7Ω／
□であった。

【００２４】（６）硫酸ニッケル８０ｇ／ｌ、次亜リン
酸ナトリウム２４ｇ／ｌ、酢酸ナトリウム１２ｇ／ｌ、
ほう酸８ｇ／ｌ、塩化アンモニウム６ｇ／ｌの濃度の水
溶液からなる無電解ニッケルめっき浴中に、上記(５)で
作製したセラミック基板１を浸漬し、銀−鉛の抵抗発熱
体２の表面に厚さ１μｍの金属被覆層（ニッケル層）を
析出させた。

【００２５】（７）電源との接続を確保するため、基板
１に設けた前記凹部中の発熱体ランド部窪み中に拡開型
クリップを係止し、また凸部には狭圧型クリップを係止
して、それぞれに取付けた。

【００２６】（８）その後、温度制御のための熱電対を
ポリイミドで封止し、セラミックヒータを得た。

【００２７】(比較例１)基本的に実施例１と同様である
が、Ag−Sn半田ペースト（田中貴金属製）を印刷して、
ハンダ層を形成し、さらに、このハンダ層の上にコバー
ル製の給電端子（外部端子）を載置して、700℃の温度
に加熱してリフローして固定した。

【００２８】（比較例２）基本的に実施例１と同様であ
るが、クリップの代わりに下方から給電端子をばねを介
して取付けた。

【００２９】上記の本発明実施例１と比較例１、２につ
いて、次のような試験を行って、接続特性を比較対照し
た。 （評価方法） 200℃で1000時間加熱して、給電端子の脱落の有無
を調べた。 600℃まで加熱して給電端子がセラミック基板の熱
膨張で外れるか否かを確認した。 その結果、表１に示すように、本発明実施例では給電端
子の脱落や外れも全く見られなかったが、比較例では、
脱落や外れが観察された。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体製造
・検査装置に用いられるセラミックヒータの給電端子接
続構造によれば、シリコンウエハ等の半導体関連製品を
長期に安定して製造するのに有効に寄与するものであ
る。また、本発明によれば、合成樹脂含有導電ペースト
やハンダペーストを使用せずに発熱体と給電端子との接
合固定を行うので、給電端子の脱落を起こすようなこと
がなく、装置寿命を著しく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のセラミックヒータの給電接続端子部分の
一例を示すセラミックヒータの断面図である。

【図２】セラミック基板への発熱体配線パターンを例示
する平面図である。

【図３】本発明に適合する２種の給電端子接続構造を採
用したホットプレートの部分断面図である。

【符号の説明】

１．セラミック基板 ２．発熱体 ２ａ．ランド部 ３．拡開型クリップ ４．挟圧型クリップ ５．端子ピン ６．ソケット（外部端子）

【手続補正書】

【提出日】平成１３年６月４日（２００１．６．４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】 半導体産業用セラミックヒータの給
電端子接続構造

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に半導体産業に
おいて使用される、半導体製品の乾燥、あるいはスパッ
タリング等に際して用いられる半導体産業用セラミック
ヒータの、給電端子接続構造に関するものである。本発
明はまた、このセラミックヒータが静電チャックやウエ
ハプローバとしての機能を具える半導体製造・検査装置
のセラミック基板に対してもそのまま適用されるもので
ある。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】 すなわち、本発明は、セラミック基板の
加熱面とは反対側の表面に、発熱体を設けてなるセラミ
ックヒータの、その発熱体端部に給電端子をクリップ止
めして電気的に接続したことを特徴とする半導体産業用
セラミックヒータの給電端子接続構造である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K034 AA02 AA08 AA10 AA20 AA21 AA22 AA34 AA35 BB06 BB14 BC04 BC12 CA03 CA15 CA22 CA35 DA04 DA08 EA07 HA01 HA10 JA02 3K092 PP20 QA05 QB02 QB18 QB31 QB44 QB45 QB69 QB75 QB76 QB78 QC38 QC42 QC43 QC52 QC59 RF03 RF11 RF17 RF22 TT22 UA05 UA17 UA18 VV25 VV31

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック基板の加熱面とは反対側の表面
   に、発熱体を設けてなるセラミックヒータの、その発熱
   体端部に給電端子をクリップ止めして電気的に接続した
   ことを特徴とするセラミックヒータの給電端子接続構
   造。
2. 【請求項２】発熱体端部と給電端子とのクリップ止め構
   造が、発熱体ランド部を、基板表面に設けた凹部内に収
   容すると共に、この凹部内の発熱体ランド窪みの中に拡
   開型クリップを嵌め入れて係止したものであることを特
   徴とする請求項１に記載の給電端子接続構造。
3. 【請求項３】発熱体端部と給電端子とのクリップ止め構
   造が、発熱体ランド部を、基板表面に***させた凸部上
   に形成すると共に、この凸部を挟圧型クリップにて狭持
   して係止したものであることを特徴とする請求項１に記
   載の給電端子接続構造。