JP2002203661A - 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

半導体産業用セラミックヒータの給電端子接続構造

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JP2002203661A
JP2002203661A JP2000400416A JP2000400416A JP2002203661A JP 2002203661 A JP2002203661 A JP 2002203661A JP 2000400416 A JP2000400416 A JP 2000400416A JP 2000400416 A JP2000400416 A JP 2000400416A JP 2002203661 A JP2002203661 A JP 2002203661A
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heating element
supply terminal
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ceramic heater
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Enrei Shu
延伶 周
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Ibiden Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【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、基板への給電端子接続の取付
け構造を提案する。 【解決手段】基板に形成された発熱体2の給電接続端の
ランド部2aに、給電ボルト5を螺着して発熱体2と電
気的に接続してなる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、給電端
子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
に形成されたランド部との剥離、離脱に起因して寿命を
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中に埋設したり、表面
に接着固定する際に、該端子の埋設や接着に当たって使
用する導電ペースト中に混合して用いる合成樹脂系バイ
ンダやハンダペーストが原因であることがわかった。例
えば、埋設形の例で説明すると、前記給電端子を合成樹
脂系バインダを含む導電ペーストと共にスルーホール中
に埋設固定した場合、ヒータを長期に亘って継続的に使
用したり、何らかのトラブルによって一時的に高温にな
ったような場合に、埋設固定した前記給電端子が樹脂の
劣化、軟化、融解により緩み、時として剥離や脱落を招
いて、接続(取付け)不良を招くのである。
【0005】一方、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上に給電端子のピン6を接続する場合に、ハンダペ
ーストの層16を介して接続することが必要とされる。
ところが、給電端子5を接着固定するために、このハン
ダペーストを用いると、このハンダペースト中に、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ると、こ
れらの合成樹脂系バインダは、熱可塑性樹脂の場合、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
200〜400℃)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なお樹脂の劣化が早
く、バインダーやハンダ合金自体の早期劣化、軟化が起
こり、いわゆる給電端子が発熱体やハンダペースト層1
6から離脱し、給電端子の取付け寿命の低下につながる
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、基板への給電端子接続の取付け構造を提案するとこ
ろにある。
【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
発熱体の給電接続端に形成されたランド部と給電端子と
が緩んだり、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接続している導電ペースト中
の合成樹脂系バインダ、あるいはハンダペースト中のハ
ンダの劣化、軟化、融解にあることを突き止め、こうし
たバインダ等を使うことなく該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、セラミック基板の表
面または内部に発熱体を設けてなるセラミックヒータの
給電端子接続構造であって、前記基板に形成された発熱
体の給電接続端のランド部に、給電ボルトを螺着して該
発熱体と電気的に接続してなるセラミックヒータの給電
端子接続構造を基本とする。
【0010】本発明において、前記給電ボルトは、基板
中に埋設されたヘリサートに螺着すると同時に、このボ
ルトの頭部に設けた端子ピンに外部端子をかしめて接続
すること、また、給電端子の接続に当たり、発熱体のラ
ンド部押さえ用鍔をもつカップつきボルトを用いるこ
と、そして給電端子の接続に当たり、頭部に蓋を持つ蓋
つきボルトと発熱体ランドとの間にスプリングを介挿し
た構成にすることが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の特徴とするところは、発
熱体が基板中に埋設される場合、基板の表面に形成され
る場合のいずれであれ、発熱体の給電接続部、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2の給電端子を、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
わないで、物理的に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2の給電ボルトを螺着することにより、電気的な
接続を図るようにしたものである。
【0012】図3(a)は、基板1中の発熱体2のランド
部2aの中心部相当の位置に、スルーホール3を開孔
し、このスルーホール中に内周面が螺設された円筒状の
ヘリサート4を嵌着固定(ねじ止めでもよい)し、この
ヘリサート4中に頭部に端子ピン5aを突設してなる給
電ボルト5を螺着した例である。なお、端子ピン5aと
外部端子6との接続はかしめ接合するが、必要に応じて
ハンダを併用してもよい。
【0013】図3(b)は、給電ボルト5の例として、頭
部に冠状鍔5bを有するカップつきボルトを用い、前記
鍔5bにて発熱体ランド2aを押圧して、より確実に電
気的な接続を長期に亘って維持するようにした構造であ
る。
【0014】図3cは、給電ボルト5の更に他の例であ
り、頭部に蓋5cを有する蓋つきボルトを用い、その蓋
5cと発熱体ランド2aとの間にスプリング7を介挿さ
せて発熱体2とのより安定した電気的接続を果すように
した例である。
【0015】また、図4は、基板1の内部に発熱体2を
埋設したセラミックヒータに対し、本発明に係る給電端
子接続構造を適用したときの例を示す。基板1中に埋設
された発熱体2、とくにそのランド部2a相当の位置に
開孔したスルーホール3中にヘリサート4を嵌着し、こ
のヘリサート4中に給電ボルト5をねじ込んで螺着し、
そしてこの給電ボルト5の頂部に突設した端子ピン5a
に外部端子であるソケット6をかしめて接合した構造で
ある。この例では、給電ボルトとランドとの接続に当た
っては、従来のようにスルーホール3中に導電ペースト
やハンダペーストを充填して、端子ピン5aをこの導電
ペースト中に埋設する必要がないので、合成樹脂製バイ
ンダ等は全く必要とせず、樹脂やハンダの劣化、あるい
は融解による端子ピン5aの脱落というようなトラブル
が全くなくなる。
【0016】要するに、本発明において給電端子接続構
造の部分に、導電ペーストやハンダペースト、とくに合
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5a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10
0〜800℃であり、基板1の抜熱を考慮しても導電ペース
トやハンダペーストと端子ピン5a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、即ちヘリサートを介して給電ボル
トを螺着し、さらに発熱体との接続にコイルバネやカッ
プボルトにて両者の堅固な接続を果すようにしたのであ
る。
【0017】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説明する。図4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10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。
【0018】そして、前記セラミック基板1の内部には
発熱体2が埋設され、この発熱体2は、スルーホール3
に嵌着されたヘリサート4を介して螺着された給電ボル
ト5の端子ピン5aに接続されている。また、その端子
ピン5aには、外部接続端子であるソケット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。
【0019】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。
【0020】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。
【0021】
【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給電端子の接合固定を行
うので、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端子接続部分の
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】基板の発熱体ランド部への給電端子接続構造を
例示する断面図である。
【図4】本発明の給電接続端子を適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.スルーホール 4.ヘリサート 5.給電ボルト 5a.端子ピン 6.ソケット(外部端子) 7.スプリング
─────────────────────────────────────────────────────
【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
表面または内部に発熱体を設けてなるセラミックヒータ
の給電端子接続構造であって、前記基板に形成された発
熱体の給電接続端のランド部に、給電ボルトを螺着して
該発熱体と電気的に接続してなる半導体産業用セラミッ
クヒータの給電端子接続構造を基本とする。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミック基板の表面または内部に発熱体
    を設けてなるセラミックヒータの給電端子接続構造であ
    って、前記基板に形成された発熱体の給電接続端のラン
    ド部に、給電ボルトを螺着して該発熱体と電気的に接続
    してなるセラミックヒータの給電端子接続構造。
  2. 【請求項2】前記給電ボルトは、基板中に埋設されたヘ
    リサートに螺着すると同時に、このボルトの頭部に設け
    た端子ピンに外部端子をかしめて接続してなるものであ
    る請求項1に記載の給電端子接続構造。
  3. 【請求項3】給電端子の接続に当たり、発熱体のランド
    部押さえ用鍔をもつカップつきボルトを用いることを特
    徴とする請求項1または2に記載の給電端子接続構造。
  4. 【請求項4】給電端子の接続に当たり、頭部に蓋を持つ
    蓋つきボルトと発熱体ランドとの間にスプリングを介挿
    したことを特徴とする請求項1または2に記載の給電端
    子接続構造。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7265962B2 (en) 2003-04-02 2007-09-04 Nhk Spring Co., Ltd. Electrostatic chuck and production method therefor
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