JP2013045511A - Post type ceramic heater and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体プロセスなどにおいてウエハを加熱するために好適に用いられるポスト型セラミックスヒータおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a post-type ceramic heater suitably used for heating a wafer in a semiconductor process or the like and a method for manufacturing the same.
セラミックスヒータは半導体プロセスなどにおいてウエハを加熱するための加熱装置として広く用いられており、従来は、円板状のヒータ本体の表面に所定のヒータパターンを形成し、このヒータパターンの両端に給電端子部を設けた構成のものが多用されてきた。 Ceramic heaters are widely used as heating devices for heating wafers in semiconductor processes and the like. Conventionally, a predetermined heater pattern is formed on the surface of a disk-shaped heater body, and power supply terminals are provided at both ends of the heater pattern. The thing of the structure which provided the part has been used abundantly.
しかしながら、近年ではヒータ表面が１５００℃以上となるような超高温加熱が要求される案件が増加しており、このような場合に、給電端子部がヒータ表面に直接または距離的に近い位置に設けられる従来のヒータを用いると、給電端子部に取り付けた給電ボルトが熱伝導で昇温して焼き付いてしまうことがある。このため、給電ボルトとして耐熱性に優れたモリブデンやニッケルなどの材質を用いて対応しているが、これらの材質はきわめて高価である。 However, in recent years, there has been an increase in cases where ultra-high temperature heating is required such that the heater surface is 1500 ° C. or higher. In such a case, the power supply terminal portion is provided directly or close to the heater surface. When a conventional heater is used, the power supply bolt attached to the power supply terminal portion may be heated by heat conduction and burned out. For this reason, power supply bolts are supported using materials such as molybdenum and nickel having excellent heat resistance, but these materials are extremely expensive.
この問題を解消するために、給電端子部をヒータ表面から距離的に離れた位置に設けるべく、いわゆるポスト型セラミックスヒータが提案されるに至った（例えば下記特許文献１〜３参照）。このポスト型セラミックヒータによれば、ヒータ表面と給電端子部との間の距離をポスト長により大きく取ることができるので、給電端子部の過剰な温度上昇を抑止し、給電ボルトの焼損を防止することができる。また、給電のための配線をヒータ本体から遠ざけることができるので、配線の取り回しが容易になり、配線がヒータに当たってショートするというような事故の発生を防止することができる。さらには、ＳＵＳなどの安価に入手可能な材質による給電ボルトの使用が可能となるので、大幅なコストダウンを実現することができる。 In order to solve this problem, so-called post-type ceramic heaters have been proposed in order to provide the power supply terminal portion at a distance from the heater surface (see, for example, Patent Documents 1 to 3 below). According to this post-type ceramic heater, the distance between the heater surface and the power supply terminal portion can be increased by the post length, so that excessive temperature rise of the power supply terminal portion is suppressed and burnout of the power supply bolt is prevented. be able to. In addition, since the power supply wiring can be moved away from the heater body, the wiring can be easily routed, and the occurrence of an accident such as a short circuit of the wiring hitting the heater can be prevented. Furthermore, since it is possible to use a power supply bolt made of an inexpensive material such as SUS, a significant cost reduction can be realized.
特許文献１，２記載のポスト型セラミックスヒータは、ヒータ本体とポストが一体に形成されているが、この構造の場合、ポスト下端に接続される端子ボルトからの給電が端子間で導通し、ヒータパターンを形成するＰＧとヒータ本体／ポストの基材であるグラファイトとの間で電流リークが生ずる恐れがある。 In the post-type ceramic heaters described in Patent Documents 1 and 2, the heater main body and the post are integrally formed. In this structure, the power supply from the terminal bolt connected to the lower end of the post is conducted between the terminals. There is a risk of current leakage between the PG forming the pattern and the graphite which is the base material of the heater body / post.
たとえば、特許文献２の図２に記載されるポスト一体型ヒータでは、２本のポストの各下端に給電ボルト５を接続し、ＰＧなどの導電層３（ポスト下端の給電端子３ｃ，ポストの導電路３ｂを通じてヒータパターン３ｃに給電するが、ヒータ本体／ポストの基材であるグラファイトを通じて端子間で導通が生じ、微小ではあっても電流リークが発生する。電流リークが発生すると電圧が変動するため、プログラム制御などが困難になり、手動制御の場合も電圧がハンチングを起こすため安定した制御を行うことができず、最終的には大きな放電が生じてヒータを焼損させる恐れがある。 For example, in the post-integrated heater described in FIG. 2 of Patent Document 2, a power supply bolt 5 is connected to each lower end of two posts, and a conductive layer 3 such as PG (a power supply terminal 3c at the lower end of the post, conductive of the post). Power is supplied to the heater pattern 3c through the path 3b, but conduction occurs between the terminals through the graphite as the base material of the heater body / post, and current leakage occurs even if it is minute. Program control and the like become difficult, and in the case of manual control, the voltage causes hunting, so that stable control cannot be performed, and eventually a large discharge may occur and the heater may burn out.
特許文献３，４記載のポスト型セラミックヒータは、ヒータ本体とポストが別体として形成され、基材であるグラファイトをＰＢＮなどで絶縁することができるので、上記問題を回避することが可能である。しかしながら、この構造にあってはヒータ本体とポストとを物理的および電気的に接続するための端子ボルトが必要となり、この端子ボルトの頭部がヒータ表面に突出するため、有効な加熱面積が小さくなるという別の問題を抱えている。 In the post-type ceramic heaters described in Patent Documents 3 and 4, the heater main body and the post are formed as separate bodies, and the base material graphite can be insulated with PBN or the like, so that the above problem can be avoided. . However, in this structure, a terminal bolt for physically and electrically connecting the heater body and the post is necessary, and the head of this terminal bolt protrudes from the heater surface, so that the effective heating area is small. I have another problem of becoming.
たとえば、特許文献３の図７に記載される構造にあっては、給電ポスト９の上端に端子ボルト７でヒータ本体１を連結し、ポスト下端からの給電をポストおよび端子ボルトを介してヒータ本体１のヒータパターン３に供給している（図３の構造もこの点では同様）が、端子ボルトの頭部がヒータ本体の表面（加熱面）から突出するので、有効加熱面が小さくなる。これら図では端子ボルト頭部を超える径のウエハＷを加熱可能なように示されているが、実際には端子ボルト頭部の間に収まる径のウエハを加熱できるにすぎず、処理対象ウエハの径より相当大きい径のヒータとして提供する必要がある。近年のウエハ大径化の傾向に鑑みるとき、致命的な欠点となる。 For example, in the structure described in FIG. 7 of Patent Document 3, the heater main body 1 is connected to the upper end of the power supply post 9 with a terminal bolt 7, and the power supply from the lower end of the post is supplied to the heater main body via the post and the terminal bolt. However, since the head of the terminal bolt protrudes from the surface (heating surface) of the heater main body, the effective heating surface becomes small. Although these drawings show that the wafer W having a diameter exceeding the terminal bolt head can be heated, the wafer having a diameter that fits between the terminal bolt heads can only be heated. It is necessary to provide a heater having a diameter considerably larger than the diameter. Considering the recent trend of wafer diameter increase, it becomes a fatal defect.
したがって、本発明は、従来技術の不利欠点を解消することができる新規な構造のポスト型セラミックスヒータを提供することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a post-type ceramic heater having a novel structure capable of eliminating the disadvantages of the prior art.
上記課題を解決するため、本願の請求項１に係る発明は、プレート状のヒータ本体と、該ヒータ本体を支持するポストと、ヒータ本体とポストを連結する端子ボルトとから構成されるポスト型セラミックスヒータであって、ヒータ本体は、その表面側に端子ボルト挿入穴が形成されると共に該端子ボルト挿入穴と整列する位置において裏面側にポスト収容凹部が形成されて、これら端子ボルト挿入穴とポスト収容凹部とが連通してヒータ本体を厚さ方向に貫通する形状を有し、ヒータ本体の基材の周囲および端子ボルト挿入穴とポスト収容凹部の内面が絶縁性材料によるベースコートで被覆されており、ポストは、その上端に端子ボルトを螺合する雌ネジが形成されると共に、その下端には給電端子を接続するための端子接続部が形成され、端子ボルトは、ヒータ本体の端子ボルト挿入穴に挿入され且つポスト収容凹部に収容されたポスト上端の雌ネジに螺合されることによりヒータ本体とポストを連結し、且つ、端子ボルト挿入穴に挿入された端子ボルトの頭部はヒータ本体の表面と面一とされ、この端子ボルト頭部を含むヒータ本体表面にヒータパターンが形成されることにより、端子接続部からポストおよび端子ボルトを介してヒータパターンに給電可能な構造を有することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 of the present application is a post-type ceramics comprising a plate-shaped heater body, a post that supports the heater body, and a terminal bolt that connects the heater body and the post. The heater main body has a terminal bolt insertion hole formed on the front surface side and a post receiving recess formed on the back side at a position aligned with the terminal bolt insertion hole. The housing recess communicates with the heater body in the thickness direction, and the base of the heater body, the terminal bolt insertion hole, and the inner surface of the post housing recess are covered with a base coat made of an insulating material. The post is formed with a female screw screwing a terminal bolt at its upper end, and a terminal connecting portion for connecting a power supply terminal at its lower end, The child bolt is inserted into the terminal bolt insertion hole of the heater body and screwed into the female screw at the upper end of the post housed in the post housing recess, thereby connecting the heater body and the post and inserted into the terminal bolt insertion hole. The head of the terminal bolt thus formed is flush with the surface of the heater body, and a heater pattern is formed on the surface of the heater body including the terminal bolt head so that the heater is connected from the terminal connection portion via the post and the terminal bolt. It has a structure capable of supplying power to the pattern.
請求項２に係る発明は、請求項１記載のポスト型セラミックスヒータにおいて、前記ヒータ本体の裏面に、前記ヒータ本体の表面に形成される前記ヒータパターンと同じ導電性材料による被膜が形成されることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the post-type ceramic heater according to claim 1, wherein a film made of the same conductive material as the heater pattern formed on the surface of the heater body is formed on the back surface of the heater body. It is characterized by.
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載のポスト型セラミックスヒータにおいて、前記ポストの外周面に、前記ヒータ本体の表面に形成される前記ヒータパターンと同じ導電性材料による被膜が形成されることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is the post-type ceramic heater according to claim 1 or 2, wherein a film made of the same conductive material as the heater pattern formed on the surface of the heater body is formed on the outer peripheral surface of the post. It is characterized by that.
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれか一に記載のポスト型セラミックスヒータにおいて、露出面全体が絶縁性材料によるオーバーコートで被覆されることを特徴とする。 The invention according to claim 4 is the post-type ceramic heater according to any one of claims 1 to 3, wherein the entire exposed surface is covered with an overcoat of an insulating material.
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれか一に記載のポスト型セラミックスヒータにおいて、前記ヒータ本体裏面のポスト収容凹部に収容されたポストの回転を防止する手段が設けられることを特徴とする。 The invention according to claim 5 is the post-type ceramic heater according to any one of claims 1 to 4, wherein means for preventing rotation of the post housed in the post housing recess on the back surface of the heater body is provided. Features.
請求項６に係る発明は、請求項１ないし５のいずれか一に記載のポスト型セラミックスヒータにおいて、端子ボルトと端子ボルト挿入穴とが互いのテーパー面同士で接合することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the post-type ceramic heater according to any one of the first to fifth aspects, the terminal bolt and the terminal bolt insertion hole are joined to each other at their tapered surfaces.
請求項７に係る発明は、（１）表面側に端子ボルト挿入穴が形成されると共に該端子ボルト挿入穴と整列する位置において裏面側にポスト収容凹部が形成され、これら端子ボルト挿入穴とポスト収容凹部とが連通して厚さ方向に貫通している、導電性材料からなるヒータ本体と、上端に端子ボルトを螺合する雌ネジが形成されると共に下端には給電端子を接続するための端子接続部が形成された、導電性材料からポストと、ヒータ本体の端子ボルト挿入穴に収容可能な頭部を有すると共にポスト上端の雌ネジと螺合可能である、導電性材料からなる端子ボルトとを準備する工程と、（２）ヒータ本体の周囲および端子ボルト挿入穴とポスト収容凹部の内面を絶縁性材料によるベースコートで被覆する工程と、（３）このベースコート被覆ヒータ本体の端子ボルト挿入穴に端子ボルトを挿入し、ポスト収容凹部に収容したポストの上端の雌ネジに端子ボルトを螺合させることにより該端子ボルトを介してヒータ本体にポストを連結固定する工程と、（４）端子ボルトの頭部をヒータ本体の表面と面一になるように切除する工程と、（５）この切除された端子ボルト頭部を含むヒータ本体表面に導電性材料による被膜を形成する工程と、（６）この導電膜を部分的に切除して端子ボルト頭部を含むヒータパターンを形成する工程とを有し、端子接続部からポストおよび端子ボルトを介してヒータパターンに給電可能な構造のポスト型セラミックヒータを製造することを特徴とする。 In the invention according to claim 7, (1) a terminal bolt insertion hole is formed on the front surface side, and a post receiving recess is formed on the back surface side at a position aligned with the terminal bolt insertion hole. A heater main body made of a conductive material that communicates with the housing recess and penetrates in the thickness direction, a female screw for screwing a terminal bolt to the upper end, and a power supply terminal to the lower end are formed. A terminal bolt made of a conductive material having a terminal connection portion, a post made of a conductive material, a head that can be accommodated in a terminal bolt insertion hole of the heater body, and that can be screwed to a female screw at the upper end of the post. And (2) coating the periphery of the heater body and the terminal bolt insertion hole and the inner surface of the post receiving recess with a base coat made of an insulating material, and (3) the base coat covering heat. Inserting the terminal bolt into the terminal bolt insertion hole of the main body, and connecting and fixing the post to the heater main body via the terminal bolt by screwing the terminal bolt into the female screw at the upper end of the post housed in the post housing recess; (4) cutting the head of the terminal bolt so that it is flush with the surface of the heater body; and (5) forming a coating of a conductive material on the surface of the heater body including the cut terminal bolt head. And (6) forming a heater pattern including a terminal bolt head by partially cutting this conductive film, and can supply power to the heater pattern from the terminal connection portion via the post and the terminal bolt. A post-type ceramic heater having a simple structure is manufactured.
請求項８に係る発明は、請求項７記載のポスト型セラミックスヒータの製造方法において、前記工程（５）を実行する際に、ヒータ本体の裏面にも導電性材料による被膜を形成することを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the method for manufacturing a post-type ceramic heater according to claim 7, wherein when the step (5) is executed, a film made of a conductive material is also formed on the back surface of the heater body. And
請求項９に係る発明は、請求項７または８記載のポスト型セラミックスヒータの製造方法において、前記工程（５）を実行する際に、ポストの外周面にも導電性材料による被膜を形成することを特徴とする。 The invention according to claim 9 is the method for manufacturing the post-type ceramic heater according to claim 7 or 8, wherein when performing the step (5), a film made of a conductive material is also formed on the outer peripheral surface of the post. It is characterized by.
請求項１０に係る発明は、請求項７ないし９のいずれか一記載のポスト型セラミックスヒータの製造方法において、前記工程（６）の後に、（７）全体を絶縁性材料によるオーバーコートで被覆する工程を行うことを特徴とする。 The invention according to claim 10 is the method for manufacturing the post-type ceramic heater according to any one of claims 7 to 9, wherein after the step (6), (7) is entirely covered with an overcoat of an insulating material. A process is performed.
請求項１１に係る発明は、請求項７ないし１０のいずれか一に記載のポスト型セラミックスヒータの製造方法において、前記工程（３）においてポスト収容凹部にポスト上端を収容させる際に、ポスト上端とポスト収容凹部とに跨るようにロックピンを挿入して、端子ボルトを締め付けたときのポストの連れ回りを防止することを特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the method for manufacturing the post-type ceramic heater according to any one of the seventh to tenth aspects, when the post upper end is accommodated in the post accommodating recess in the step (3), A lock pin is inserted so as to straddle the post-accommodating recess to prevent the post from being rotated when the terminal bolt is tightened.
請求項１に係る発明によれば、ヒータパターンを有するヒータ本体とポスト下端に設けられる端子接続部とがポストの長さによって距離的に隔てられるので、端子接続部の過剰な温度上昇を抑止し、端子接続部に取り付けられる給電ボルトの焼損を防止することができると共に、給電のための配線の取り回しが容易になり、配線がヒータに当たってショートするというような事故の発生を防止することができる。さらには、ＳＵＳなどの安価に入手可能な材質による給電ボルトの使用が可能となるので、コストメリットが大きい。 According to the first aspect of the present invention, since the heater main body having the heater pattern and the terminal connecting portion provided at the lower end of the post are separated by the length of the post, an excessive temperature rise of the terminal connecting portion is suppressed. In addition to preventing the power supply bolt attached to the terminal connection portion from being burned out, the wiring for power supply can be easily routed, and the occurrence of an accident such as a short circuit of the wiring hitting the heater can be prevented. Furthermore, since it is possible to use a power supply bolt made of an inexpensive material such as SUS, the cost merit is great.
さらに、このヒータ構造によれば、ポストへの給電をポストおよび端子ボルトを介してヒータ本体のヒータパターンに通電させるようにしているが、ヒータ本体の基材の周囲および端子ボルト挿入穴とポスト収容凹部の内面が絶縁性材料によるベースコートで被覆されているので、ヒータ本体は完全に絶縁されている。したがって、グラファイトなどのヒータ本体基材とＰＧなどのヒータパターンとの間の電流リークは発生せず、プログラム制御などにおいて厳密な制御を行うことが可能である。 Furthermore, according to this heater structure, the power supply to the post is energized to the heater pattern of the heater body via the post and the terminal bolt, but the periphery of the base material of the heater body and the terminal bolt insertion hole and the post accommodation Since the inner surface of the recess is covered with a base coat made of an insulating material, the heater body is completely insulated. Therefore, current leakage between the heater main body substrate such as graphite and the heater pattern such as PG does not occur, and strict control can be performed in program control or the like.
請求項２に係る発明によれば、さらに、ヒータ本体表面にヒータパターンが形成されると共にヒータ本体裏面にも同様の被膜が形成されるので、ヒータ本体表裏の被膜厚バランスが良好となり、反りが生じにくいものとなる。 According to the second aspect of the present invention, since the heater pattern is formed on the surface of the heater main body and the same film is formed on the back surface of the heater main body, the film thickness balance on the front and back of the heater main body is improved, and the warp is reduced. It is difficult to occur.
請求項３に係る発明によれば、さらに、ポストの外周面にも導電性材料による被膜が形成されるので、ポスト基材として通常使用されるポーラスなグラファイトの内部に入り込んでその空隙率を下げて密度を上げ、ポスト強度を増大させることができる。 According to the invention of claim 3, since a film made of a conductive material is also formed on the outer peripheral surface of the post, it enters the porous graphite normally used as the post base material and lowers its porosity. Thus, the density can be increased and the post strength can be increased.
請求項４に係る発明によれば、さらに、ヒータ本体表面のヒータパターンがオーバーコートで絶縁されるので、腐食性のプロセスガスに対する耐性の低いＰＧなどによるヒータパターンを保護すると共に、ガスや他の導電性部品との放電によるＰＧの焼損を防止することができる。 According to the invention of claim 4, since the heater pattern on the surface of the heater body is insulated by the overcoat, the heater pattern is protected by PG or the like having low resistance to corrosive process gas. It is possible to prevent PG burnout due to discharge with the conductive parts.
請求項５に係る発明によれば、さらに、端子ボルトでヒータ本体とポストとを接合する際に端子ボルトを締め付けたときにポストが連れ回りしてしまうことを防止し、接合作業を容易に行うことができる。 According to the invention which concerns on Claim 5, when joining a heater main body and a post with a terminal volt | bolt, when a terminal volt | bolt is clamp | tightened, it prevents that a post is accompanied and performs joining work easily. be able to.
請求項６に係る発明によれば、さらに、テーパー面同士の接合を介してヒータ本体とポストとを強固に連結させることができる。 According to the invention which concerns on Claim 6, a heater main body and a post | mailbox can further be firmly connected through joining of taper surfaces.
請求項７に係る発明によれば、請求項１に係る発明について既述した効果を発揮し得るポスト型セラミックスヒータを効率的に製造するための方法が提供される。 According to the invention concerning Claim 7, the method for manufacturing efficiently the post-type ceramic heater which can exhibit the effect already described about the invention concerning Claim 1 is provided.
請求項８に係る発明によれば、さらに、ヒータパターンとなる被膜をヒータ本体表面に形成する際に、ヒータ本体裏面にも同様の被膜を形成するので、ヒータ本体表裏の被膜厚バランスが良好となり、反りが生じにくいものとなる。 According to the eighth aspect of the present invention, when a coating film to be a heater pattern is formed on the surface of the heater body, a similar coating film is formed on the back surface of the heater body. , Warpage hardly occurs.
請求項９に係る発明によれば、さらに、ヒータパターンとなる被膜をヒータ本体表面に形成する際に、ポストの外周面にも導電性材料による被膜を形成するので、ポスト基材として通常使用されるポーラスなグラファイトの内部に入り込んでその空隙率を下げて密度を上げ、ポスト強度を増大させることができる。 According to the ninth aspect of the present invention, when a film to be a heater pattern is formed on the surface of the heater body, a film made of a conductive material is also formed on the outer peripheral surface of the post. It is possible to increase the post strength by increasing the density by lowering the porosity of the porous graphite.
請求項１０に係る発明によれば、さらに、ヒータ本体表面のヒータパターンを含めた全体がオーバーコートで電気的に絶縁されるので、安全性および寿命が増大する。 According to the tenth aspect of the present invention, the entire surface including the heater pattern on the heater main body is electrically insulated by the overcoat, so that safety and life are increased.
請求項１１に係る発明によれば、さらに、端子ボルトでヒータ本体とポストとを接合する際に端子ボルトを締め付けたときにポストが連れ回りしてしまうことを防止し、接合作業を容易に行うことができると共に、ポストヒータ本体との密着を確実に行うことができる。 According to the invention which concerns on Claim 11, when joining a heater main body and a post with a terminal volt | bolt, when a terminal volt | bolt is clamp | tightened, it prevents that a post rotates and performs joining work easily. In addition, the contact with the post heater main body can be reliably performed.
以下に本発明の一実施形態によるセラミックスヒータについて添付図面を参照して説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において広く変形態様を取り得ることに留意されたい。 A ceramic heater according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to this embodiment, and is widely used within the scope of the invention described in the claims. Note that variations are possible.
このセラミックスヒータ１０は、ヒータ本体１１と、ポスト１２と、ヒータ本体１１とポスト１２とを連結固定する端子ボルト１３とを有して構成されている。ヒータ本体１１の表面には、図２に例示されるようなヒータパターン１４が形成されている。この実施形態におけるヒータパターン１４は単一の加熱領域に形成されるパターンであるのでその両端にそれぞれ端子ボルト１３を介してポスト１２，１２が設けられているが、たとえば外側と内側の２つ（またはそれ以上）の加熱領域に分けて各々ヒータパターンが形成される場合は各パターンの両端にポスト１２が設けられるので、（ヒータパターン数×２）本のポストが設けられることになる。また、安定性や全体の強度などを考慮して、端子ボルト１３を介してヒータパターン１４に電気的に接続されるポスト１２とは別に、同様の形状および寸法の一または複数の捨てポストが設けられる場合もある。 The ceramic heater 10 includes a heater main body 11, a post 12, and terminal bolts 13 that connect and fix the heater main body 11 and the post 12. A heater pattern 14 as illustrated in FIG. 2 is formed on the surface of the heater body 11. Since the heater pattern 14 in this embodiment is a pattern formed in a single heating region, posts 12 and 12 are provided at both ends via terminal bolts 13, respectively. In the case where each heater pattern is formed separately in (or more) heating regions, the posts 12 are provided at both ends of each pattern, so that (the number of heater patterns × 2) posts are provided. Further, in consideration of stability and overall strength, one or a plurality of discarded posts having the same shape and size are provided separately from the posts 12 electrically connected to the heater pattern 14 via the terminal bolts 13. Sometimes.
以下、さらに図３ないし図５を併せて参照して、このセラミックスヒータ１０の詳細な構造および製造方法について説明する。 The detailed structure and manufacturing method of the ceramic heater 10 will be described below with reference to FIGS.
ヒータ本体１１は、グラファイトやグラッシーカーボンなどの導電性材料からプレート状ないし円板状に形成された基材１１１の外周縁近く２箇所において、表面側に端子ボルト挿入穴１１２が形成されると共に、この端子ボルト挿入穴１１２と同心状に整列するポスト収容凹部１１３が裏面側に形成され、これら端子ボルト挿入穴１１２とポスト収容凹部１１３が連続して基材１１１を厚さ方向に貫通している（図３）。 The heater body 11 has terminal bolt insertion holes 112 formed on the surface side at two locations near the outer periphery of the base material 111 formed in a plate shape or a disk shape from a conductive material such as graphite or glassy carbon, A post receiving recess 113 that is concentrically aligned with the terminal bolt insertion hole 112 is formed on the back surface side, and the terminal bolt insertion hole 112 and the post receiving recess 113 continuously penetrate the base material 111 in the thickness direction. (Figure 3).
端子ボルト挿入穴１１２は、後に詳述する端子ボルト１３が表面側から挿入されるものであるから、端子ボルト１３に対応した形状および寸法を有するように形成され、端子ボルト頭部１３２のテーパーに沿ったテーパー面で基材１１１表面に開口している。ポスト収容凹部１１３は、後に詳述するポスト１２の上端部が裏面側から挿入されるものであるから、ポスト１２の上端部に対応した形状および寸法を有するように形成されるが、後述するようにその一部が略半円状に拡大されて基材側ロックピン嵌合部１１９を形成している。 The terminal bolt insertion hole 112 is formed so as to have a shape and a size corresponding to the terminal bolt 13 because the terminal bolt 13 to be described later is inserted from the surface side. An opening is formed in the surface of the base 111 with the tapered surface along. The post receiving recess 113 is formed so as to have a shape and a dimension corresponding to the upper end of the post 12 since the upper end of the post 12 described later is inserted from the back side. A part thereof is enlarged in a substantially semicircular shape to form a base material side lock pin fitting portion 119.
このような形状に加工されたヒータ本体１１（基材１１１）を準備する（図５：Ｓ１）。次いで、その全周および端子ボルト挿入穴１１２とポスト収容凹部１１３（基材側ロックピン嵌合部１１９を含む）の内面を、ＰＢＮ（熱分解性窒化ホウ素）などの絶縁性材料によるベースコート１１４で被覆する（図５：Ｓ２）。 The heater main body 11 (base material 111) processed into such a shape is prepared (FIG. 5: S1). Next, the base coat 114 made of an insulating material such as PBN (thermally decomposable boron nitride) is formed on the entire circumference and the inner surface of the terminal bolt insertion hole 112 and the post receiving recess 113 (including the base-side lock pin fitting portion 119). Cover (FIG. 5: S2).
ポスト１２は、グラファイトやグラッシーカーボンなどの導電性材料から略丸棒状に形成されるが、その上端に、端子ボルト１３の軸部に形成された雄ネジ１３１を螺合する雌ネジ１２１を有する（図４）と共に、その下端には給電ボルト（図示せず）を接続するための端子接続部１２２を有する。ポスト１２はあらかじめこのような形状に加工して準備しておく。 The post 12 is formed in a substantially round bar shape from a conductive material such as graphite or glassy carbon, and has a female screw 121 for screwing a male screw 131 formed on the shaft portion of the terminal bolt 13 at the upper end thereof ( In addition to FIG. 4, a terminal connection portion 122 for connecting a power supply bolt (not shown) is provided at the lower end thereof. The post 12 is prepared by processing into such a shape in advance.
次いで、グラファイトやグラッシーカーボンなどの導電性材料から形成される端子ボルト１３を、ヒータ本体１１の表面側から端子ボルト挿入穴１１２に挿入し、端子ボルト軸の雄ネジ１３１を、ヒータ本体１１の裏面側からポスト収容凹部１１３に収容したポスト１２上端の雌ネジ１２１に螺合させた状態にして締め付けていくことにより、ヒータ本体１１とポスト１２を物理的に強固に連結する（図５：Ｓ３）。図示実施形態のように、端子ボルト１３と端子ボルト挿入穴１１２とが互いのテーパー面同士で接合する構成を採用することにより、より一層強固な連結状態を得ることができる。 Next, the terminal bolt 13 formed of a conductive material such as graphite or glassy carbon is inserted into the terminal bolt insertion hole 112 from the front surface side of the heater body 11, and the male screw 131 of the terminal bolt shaft is connected to the back surface of the heater body 11. From the side, the heater body 11 and the post 12 are physically and firmly connected to each other by tightening with the female screw 121 at the upper end of the post 12 housed in the post housing recess 113 (FIG. 5: S3). . By adopting a configuration in which the terminal bolt 13 and the terminal bolt insertion hole 112 are joined to each other at their tapered surfaces as in the illustrated embodiment, an even stronger connection state can be obtained.
なお、図示実施形態では、端子ボルト頭部１３２に一方向または十字形の溝１３３が刻設されていてここにマイナスまたはプラスのドライバーを挿入して端子ボルト回転操作を容易にしているが、これに代えて、たとえば端子ボルト頭部１３２を断面六角形状に形成して六角レンチを用いて端子ボルト回転操作を行うようにしても良い。 In the illustrated embodiment, the terminal bolt head 132 is provided with a one-way or cross-shaped groove 133, and a minus or plus screwdriver is inserted here to facilitate the terminal bolt rotation operation. Instead of this, for example, the terminal bolt head 132 may be formed in a hexagonal cross section, and a terminal bolt rotating operation may be performed using a hexagon wrench.
端子ボルト１３を締め付けてヒータ本体１１とポスト１２を連結する際に、端子ボルト回転と共にポスト１２が連れ回りすることを防止するため、ロックピン１５などの回転防止手段を設けることが好ましい。図示実施形態では、ヒータ本体基材１１１の裏面に形成したポスト収容凹部１１３をポスト１２の外径に応じた口径を有する断面円形の凹部としつつ、その開口縁の一部を外側に向けて小径の略半円状に拡げてヒータ基材側ロックピン嵌合部１１９とし、一方、ポスト１２上端部の外周の一部を内方に向けて同径の略半円状に切り欠いてポスト側ロックピン嵌合部１２４とし、これらロックピン嵌合部１１９，１２４同士が対向して形成される断面小円形の凹部にロックピン１４を嵌め込んで回転防止手段としている（図３（ｂ）および図４（ａ）参照）。回転防止手段はこのような構成に限定されるものではなく、端子ボルト１３を締め付けたときにポスト１２が連れ回りすることを防止することができるものであれば具体的構成を問わず、任意の手段を採用することができる。ロックピン１５はポスト１２や端子ボルト１３と同じ材質で形成されることが好ましい。 When connecting the heater body 11 and the post 12 by tightening the terminal bolt 13, it is preferable to provide a rotation prevention means such as a lock pin 15 in order to prevent the post 12 from being rotated along with the rotation of the terminal bolt. In the illustrated embodiment, the post receiving recess 113 formed on the back surface of the heater body base 111 is a recess having a circular cross section having a diameter corresponding to the outer diameter of the post 12, and a part of the opening edge has a small diameter toward the outside. The heater base-side lock pin fitting portion 119 is expanded to a substantially semicircular shape, while a part of the outer periphery of the upper end portion of the post 12 is cut inward in a substantially semicircular shape with the same diameter. The lock pin fitting portion 124 is used, and the lock pin 14 is fitted into a recess having a small circular cross section formed so that the lock pin fitting portions 119 and 124 are opposed to each other (FIG. 3 (b) and (See FIG. 4 (a)). The rotation preventing means is not limited to such a configuration, and any configuration can be used as long as the post 12 can be prevented from being rotated when the terminal bolt 13 is tightened. Means can be employed. The lock pin 15 is preferably formed of the same material as the post 12 and the terminal bolt 13.
このようにして端子ボルト１３でヒータ本体１１とポスト１２とを連結固定した状態（図５：Ｓ３）では、端子ボルト頭部１３２がヒータ本体１１の表面１１５（表面側ベースコート１１４の上面，図５：Ｓ３において端子ボルト頭部１３２内に点線で示されるレベル）から上方に突出した状態になっているので、この突出部を切除して、切除後の端子ボルト頭部１３２’がヒータ本体表面１１５と面一になるようにする（図５：Ｓ４）。 In the state where the heater main body 11 and the post 12 are connected and fixed by the terminal bolt 13 in this way (FIG. 5: S3), the terminal bolt head 132 is the surface 115 of the heater main body 11 (the upper surface of the surface-side base coat 114, FIG. : In S3, the terminal bolt head 132 protrudes upward from the level indicated by the dotted line), so that the protruding terminal bolt head 132 ′ is cut off from the heater main body surface 115. (FIG. 5: S4).
次いで、この切除後の端子ボルト頭部１３２’を含むヒータ本体表面１１５に、ＰＧ（熱分解性黒鉛）などの導電性材料による被膜１１６を形成した後、不要部分を切除して、図２に例示されるようなヒータパターン１４を形成する（図５：Ｓ５）。ヒータパターン１４は、切除後の端子ボルト頭部１３２’が両端の端子部となるように形成される。これにより、端子ボルト１３を介してヒータパターン１４とポスト１２とが電気的に接続される。すなわち、外部電源に接続された給電ボルト（図示せず）から端子接続部１２２に給電された電流は、ポスト１２および端子ボルト１３を通って、ヒータ本体表面１１５に形成されたヒータパターン１４に供給され、ヒータパターン１４のヒータエレメント（ＰＧ）を発熱させる。 Next, a coating 116 made of a conductive material such as PG (pyrolytic graphite) is formed on the heater main body surface 115 including the terminal bolt head portion 132 ′ after the cutting, and then unnecessary portions are cut off to obtain FIG. A heater pattern 14 as illustrated is formed (FIG. 5: S5). The heater pattern 14 is formed so that the terminal bolt heads 132 ′ after cutting become terminal portions at both ends. Thereby, the heater pattern 14 and the post 12 are electrically connected via the terminal bolt 13. That is, the current supplied to the terminal connection portion 122 from a power supply bolt (not shown) connected to an external power supply passes through the post 12 and the terminal bolt 13 and is supplied to the heater pattern 14 formed on the heater body surface 115. Then, the heater element (PG) of the heater pattern 14 is caused to generate heat.
このとき、ヒータパターン１４となるＰＧ被膜１１６をヒータ本体表面１１５に形成するだけでなく、ヒータ本体の裏面１１７（裏面側ベースコート１１４の下面）およびポスト１２の露出面にもＰＧ被膜１１８，１２３を形成することが好ましい。ヒータ本体裏面１１７にもＰＧ被膜１１８を形成させることにより、グラファイト基材１１１からなるヒータ本体１１表裏の被膜厚バランスを確保し、高温条件においても反りが生じにくいものとなる。また、ポスト１２の露出面を被覆するＰＧ被膜１２３は、ポスト１２がポーラスで脆弱なグラファイトを基材とする場合であっても、該グラファイト基材の内部に入り込んでその空隙率を下げて密度を上げることでポスト１２の強度を増大させる。 At this time, not only the PG film 116 to be the heater pattern 14 is formed on the heater body surface 115 but also the PG films 118 and 123 are formed on the back surface 117 of the heater body (the lower surface of the back surface base coat 114) and the exposed surface of the post 12. It is preferable to form. By forming the PG film 118 on the heater main body back surface 117 as well, the film thickness balance between the front and back of the heater main body 11 made of the graphite base material 111 is secured, and warpage hardly occurs even under high temperature conditions. In addition, the PG film 123 covering the exposed surface of the post 12 has a density even when the post 12 is made of porous and fragile graphite as a base material and enters the inside of the graphite base material to lower its porosity. The strength of the post 12 is increased by increasing.
最後に、全体をＰＢＮなどの絶縁性材料からなるオーバーコート１６で被覆して、本発明実施形態としてのセラミックスヒータ１０が製造される（図５：Ｓ６）。このセラミックスヒータ１０は、使用に際して、ポスト１２下端の端子接続部１２２に取り付けた給電ボルト（図示せず）を介して外部電源（図示せず）に接続され、外部電源から供給される交流または直流の電流が、給電ボルトを介してポスト１２に、次いで端子ボルト１３を介してヒータ本体表面１１５のヒータパターン１４に通電されるので、プログラム制御などの公知の制御手法を通じてヒータパターン１４を発熱させて、ウエハ加熱面１７に載置したウエハを所定温度に加熱する。 Finally, the whole is covered with an overcoat 16 made of an insulating material such as PBN, and the ceramic heater 10 according to the embodiment of the present invention is manufactured (FIG. 5: S6). In use, the ceramic heater 10 is connected to an external power source (not shown) via a power supply bolt (not shown) attached to the terminal connection portion 122 at the lower end of the post 12 and is supplied with an alternating current or a direct current supplied from the external power source. Current is supplied to the post 12 via the power supply bolt and then to the heater pattern 14 on the heater main body surface 115 via the terminal bolt 13, so that the heater pattern 14 is heated through a known control method such as program control. The wafer placed on the wafer heating surface 17 is heated to a predetermined temperature.
端子ボルト１３は切除頭部１３２’でヒータパターン１４と接することで導電路を形成するが、ベースコート１１４によりヒータ本体１１の基材１１１とは完全に絶縁されているので、端子間での導通は生じない。すなわち、ヒータパターン１４とヒータ本体１１／ポスト１２の基材との間で電流リークが生じないので、厳密な制御を安定して行うことができ、ヒータの焼損を引き起こすこともない。 The terminal bolt 13 forms a conductive path by contacting the heater pattern 14 at the excision head 132 ′. However, since the base coat 114 is completely insulated from the base material 111 of the heater main body 11, conduction between the terminals is not achieved. Does not occur. That is, current leakage does not occur between the heater pattern 14 and the base material of the heater main body 11 / post 12, so that strict control can be performed stably and the heater does not burn out.
なお、上記においてヒータ本体１１に形成されるＰＢＮベースコート１１４、表面側ＰＧ被膜１１６、裏面側ＰＧ被膜１１８、ポスト１２の外側面に形成されるＰＧ被膜１２３および最後に装置露出面全体を被覆するように形成されるＰＢＮオーバーコート１６はいずれもＣＶＤ（化学的気相蒸着法）法を用いて形成することが好ましい。ＣＶＤ法によるこれらの被膜形成自体は当業界において公知であるので、詳細な説明を割愛する。本発明では、これら公知のＣＶＤ被膜形成手法を任意に採用することができる。 In the above, the PBN base coat 114 formed on the heater body 11, the front side PG coating 116, the back side PG coating 118, the PG coating 123 formed on the outer surface of the post 12, and finally the entire exposed surface of the apparatus. Any of the PBN overcoats 16 formed in the above is preferably formed using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. The formation of these films by the CVD method is well known in the art, and will not be described in detail. In the present invention, these known CVD film forming methods can be arbitrarily employed.
１０ ポスト型セラミックスヒータ
１１ ヒータ本体
１１１ 基材
１１２ 端子ボルト挿入穴
１１３ ポスト収容凹部
１１４ ベースコート
１１５ 表面
１１６ 表面側ＰＧ被膜（ヒータパターン１４）
１１７ 裏面
１１８ 裏面側ＰＧ被膜
１１９ ヒータ基材側ロックピン嵌合部
１２ ポスト
１２１ 雌ネジ
１２２ 端子接続部
１２３ ＰＧ被膜
１２４ ポスト側ロックピン嵌合部
１３ 端子ボルト
１３１ 雄ネジ
１３２ 頭部 （１３２’ 切除後の頭部）
１３３ ドライバー係合溝
１４ ヒータパターン
１５ ロックピン（回転防止手段）
１６ オーバーコート
１７ ウエハ加熱面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Post type ceramic heater 11 Heater main body 111 Base material 112 Terminal bolt insertion hole 113 Post accommodation recessed part 114 Base coat 115 Surface 116 Front side PG film (heater pattern 14)
117 Back surface 118 Back surface side PG film 119 Heater substrate side lock pin fitting part 12 Post 121 Female screw 122 Terminal connection part 123 PG film 124 Post side lock pin fitting part 13 Terminal bolt 131 Male screw 132 Head (132 'excision Back head)
133 Driver engagement groove 14 Heater pattern 15 Lock pin (rotation prevention means)
16 Overcoat 17 Wafer heating surface
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- 2011-08-22 JP JP2011180439A patent/JP2013045511A/en active Pending
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