JP4686996B2 - Heating device - Google Patents
Heating device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4686996B2 JP4686996B2 JP2004097862A JP2004097862A JP4686996B2 JP 4686996 B2 JP4686996 B2 JP 4686996B2 JP 2004097862 A JP2004097862 A JP 2004097862A JP 2004097862 A JP2004097862 A JP 2004097862A JP 4686996 B2 JP4686996 B2 JP 4686996B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conductor
- heat insulating
- ceramic heater
- insulating material
- heater
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims description 87
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 85
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 85
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 82
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 66
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 42
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 37
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 34
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 17
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 16
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 11
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 10
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 7
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 6
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 5
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 5
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 5
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 47
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 36
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 description 29
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 18
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 16
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 14
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 description 12
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 11
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 10
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 10
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 9
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 9
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 9
- DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N dibutyl phthalate Chemical compound CCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCC DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 239000010408 film Substances 0.000 description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 6
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 5
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 5
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 5
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 5
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007767 bonding agent Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 4
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 3
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 description 3
- -1 yttrium compound Chemical class 0.000 description 3
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018487 Ni—Cr Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000021355 Stearic acid Nutrition 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 229910000464 lead oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 2
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Natural products CCCCCCCC(C)CCCCCCCCC(O)=O OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N oxolead Chemical compound [Pb]=O YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 239000008117 stearic acid Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 2
- OAYXUHPQHDHDDZ-UHFFFAOYSA-N 2-(2-butoxyethoxy)ethanol Chemical compound CCCCOCCOCCO OAYXUHPQHDHDDZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 1
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 description 1
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910001252 Pd alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001260 Pt alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229910000287 alkaline earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 229910021480 group 4 element Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Description
本発明は、エッチング装置、スパッタ装置、プラズマＣＶＤ装置、減圧プラズマＣＶＤ装置、メタルＣＶＤ装置、絶縁膜ＣＶＤ装置、低誘電率膜（Ｌｏｗ−Ｋ）ＣＶＤ装置、ＭＯＣＶＤ装置、デガス装置、イオン注入装置、コータデベロッパなどの半導体製造装置や半導体検査装置に使用される加熱装置に関し、更にはそれを搭載したウェハプローバやハンドラなどに関するものである。 The present invention includes an etching apparatus, a sputtering apparatus, a plasma CVD apparatus, a low pressure plasma CVD apparatus, a metal CVD apparatus, an insulating film CVD apparatus, a low dielectric constant film (Low-K) CVD apparatus, an MOCVD apparatus, a degas apparatus, an ion implantation apparatus, The present invention relates to a heating apparatus used in a semiconductor manufacturing apparatus such as a coater / developer or a semiconductor inspection apparatus, and further relates to a wafer prober, a handler or the like equipped with the same.
従来、半導体の検査工程では、被処理物である半導体基板（ウェハ）に対して加熱処理が行われる。すなわち、ウェハを通常の使用温度よりも高温に加熱して、不良になる可能性のある半導体チップを加速的に不良化させて取り除き、出荷後の不良の発生を予防するバーンインが行われている。バーンイン工程では、半導体ウェハに半導体回路を形成した後、個々のチップに切断する前に、ウェハを加熱しながら各チップの電気的な性能を測定して、不良品を取り除いている。このバーンイン工程において、スループットの向上のために、プロセス時間の短縮が強く求められている。 Conventionally, in a semiconductor inspection process, a heat treatment is performed on a semiconductor substrate (wafer) that is an object to be processed. In other words, the wafer is heated to a temperature higher than the normal use temperature, and semiconductor chips that may become defective are accelerated and removed, and burn-in is performed to prevent the occurrence of defects after shipment. . In the burn-in process, after a semiconductor circuit is formed on a semiconductor wafer and before cutting into individual chips, the electrical performance of each chip is measured while heating the wafer to remove defective products. In this burn-in process, reduction of process time is strongly demanded in order to improve throughput.
このようなバーンイン工程では、半導体基板を保持し、半導体基板を加熱するためのヒータが用いられている。従来のヒータは、ウェハの裏面全面をグランド電極に接触させる必要があるので、金属製のものが用いられていた。金属製の平板ヒータの上に、回路を形成したウェハを載置し、チップの電気的特性を測定する。測定時は、通電用の電極ピンを多数備えたプローブカードと呼ばれる測定子を、ウェハに数１０ｋｇｆから数百ｋｇｆの力で押さえつけるため、ヒータが薄いと変形してしまい、ウェハとグランド電極との間に接触不良が発生することがある。そのため、ヒータの剛性を保つ目的で、厚さ１５ｍｍ以上の厚い金属板を用いる必要があり、ヒータの昇降温に長時間を要し、スループット向上の大きな障害となっていた。 In such a burn-in process, a heater for holding the semiconductor substrate and heating the semiconductor substrate is used. A conventional heater is made of metal because the entire back surface of the wafer needs to be in contact with the ground electrode. A wafer on which a circuit is formed is placed on a metal flat heater, and the electrical characteristics of the chip are measured. At the time of measurement, a probe called a probe card having a large number of electrode pins for energization is pressed against the wafer with a force of several tens kgf to several hundred kgf. Poor contact may occur between them. Therefore, in order to maintain the rigidity of the heater, it is necessary to use a thick metal plate having a thickness of 15 mm or more, and it takes a long time to raise and lower the temperature of the heater.
そこで、特許文献１では、厚い金属板の代わりに、薄くても剛性が高く、変形しにくいセラミックス基板の表面に薄い金属層を形成することにより、変形しにくくかつ熱容量が小さいウェハプローバが提案されている。この文献によれば、剛性が高いので接触不良を起こすことがなく、熱容量が小さいので、短時間で昇温及び降温が可能であるとされている。そして、形成する金属層の厚みは、２０μｍ以下とされている。これよりも厚いと、金属層の持つ応力によって剥離しやすくなるからである。
Therefore,
しかし、金属層が薄いと金属層の本来のグランド電極としての機能に、不都合が生じることが明らかになってきた。本来ウェハ上の全てのチップは同じ条件で電気的特性を測定する必要があるが、金属層の厚みが２０μｍ以下では、金属層自体にある程度の抵抗値を有しているので、金属層内に電位分布が生じ、チップの測定条件にバラツキが生じてしまう。特に近年は半導体の高性能化に伴い、半導体の消費電力が増加している。つまり、半導体チップの電気抵抗は低下しており、グランド電極が有する電気抵抗は無視できなくなってきている。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、高剛性で低熱容量でありながら、反りの心配がなく、かつ金属層の電気抵抗が充分に低いヒータを有する加熱装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems. That is, an object of the present invention is to provide a heating apparatus having a heater that has high rigidity and low heat capacity, does not have to be warped, and has a sufficiently low electric resistance of a metal layer.
本発明の加熱装置は、半導体ウェハや半導体などの被加熱物を搭載して加熱処理するために、表面または内部に発熱体が形成されたセラミックスヒータの被加熱物搭載面に金属層としての役割を担う導電体を配し、該導電体が該セラミックスヒータと機械的に結合していることを特徴とする。このことにより、金属層が電気的に充分低抵抗となる厚さを有しながら、高剛性、低熱容量で反りの発生のない加熱装置とすることができる。 The heating device of the present invention serves as a metal layer on a surface to be heated of a ceramic heater in which a heating element is formed on the surface or in order to heat the object to be heated such as a semiconductor wafer or a semiconductor. And a conductor that is mechanically coupled to the ceramic heater. As a result, it is possible to provide a heating device having a high rigidity, a low heat capacity, and no warping while the metal layer has a thickness that provides a sufficiently low electrical resistance.
半導体ウェハや半導体の搭載部が導電体であるので、セラミックスなどに比べて加工が容易であり、例えば、ウェハや半導体を搭載面に真空吸着する機能を付与することも容易である。また、前記セラミックスヒータの被加熱物搭載面とは反対側に、断熱材を配することが好ましい。断熱材を配することによって、セラミックスヒータで発生した熱が、系外へ流出することを防止できるので、被加熱物を加熱する効率が良くなる。 Since the semiconductor wafer or the semiconductor mounting portion is a conductor, it is easier to process than ceramics, and for example, it is easy to give a function of vacuum-adsorbing the wafer or semiconductor to the mounting surface. Moreover, it is preferable to arrange a heat insulating material on the opposite side to the heated object mounting surface of the ceramic heater. By disposing the heat insulating material, it is possible to prevent the heat generated by the ceramic heater from flowing out of the system, so that the efficiency of heating the object to be heated is improved.
更に、本加熱装置を例えば半導体製造装置などの装置に固定する際に、断熱材やセラミックスヒータの破損を防止するために、前記断熱材のセラミックスヒータとは反対側に、金属ベースを配することが望ましい。 Further, when the heating device is fixed to a device such as a semiconductor manufacturing device, a metal base is disposed on the side of the heat insulating material opposite to the ceramic heater in order to prevent damage to the heat insulating material and the ceramic heater. Is desirable.
前記導電体が、ネジ止めによって前記セラミックスヒータまたは／および金属ベースに固定されていることが好ましく、前記導電体と金属ベースとが、ネジ止めによって固定されていることが更に好ましい。この場合、セラミックスヒータや断熱材には、貫通孔や切り欠きを設けて、ネジ止めしない構造とすることが望ましい。このようにすることによって、セラミックスヒータや断熱材に応力をかけることなく固定することができる。 The conductor is preferably fixed to the ceramic heater and / or the metal base by screwing, and more preferably, the conductor and the metal base are fixed by screwing. In this case, it is desirable that the ceramic heater and the heat insulating material have a structure in which through holes and notches are provided so as not to be screwed. By doing in this way, it can fix, without applying a stress to a ceramic heater or a heat insulating material.
セラミックスヒータや断熱材をネジ止めにより固定する構造とすると、セラミックスへのネジ加工時にセラミックスが欠けたり、割れたりすることがあり、また導電体とセラミックスの熱膨張差に起因する熱応力の発生などにより、固定の信頼性が劣ることになる。 If a ceramic heater or a heat insulating material is fixed by screwing, the ceramic may be chipped or cracked when screwing into the ceramic, and thermal stress caused by the difference in thermal expansion between the conductor and ceramic, etc. Therefore, the fixing reliability is inferior.
また、用途に応じて、導電体と金属プレート間の絶縁を取る場合は、絶縁性のセラミックネジを用いてもよいが、金属製のネジの端部に絶縁性の材料を挟み込んで、前記導電体と金属ベースとを電気的に絶縁すると容易に電気的絶縁を得ることが可能である。また、導電体とセラミックスヒータの熱膨張差に起因する熱応力を効率的に緩和するために、前記ネジと金属ベースとの間に、バネを有することが好ましい。バネの材質や形状によらず熱応力の緩和の効果はあり、コイル状バネ、ワッシャ状バネのいずれでも良く、また金属バネ、セラミックスバネのいずれでもかまわない。 Depending on the application, an insulating ceramic screw may be used to insulate between the conductor and the metal plate, but an insulating material is sandwiched between the ends of the metal screw to When the body and the metal base are electrically insulated, it is possible to easily obtain electrical insulation. In order to efficiently relieve the thermal stress caused by the difference in thermal expansion between the conductor and the ceramic heater, it is preferable to have a spring between the screw and the metal base. Regardless of the material and shape of the spring, there is an effect of relieving thermal stress, and either a coil spring or a washer spring may be used, or a metal spring or a ceramic spring may be used.
前記セラミックスヒータを構成するセラミックス基板の主成分は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）のいずれかであることが好ましい。 The main component of the ceramic substrate constituting the ceramic heater is preferably aluminum nitride (AlN), silicon carbide (SiC), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or silicon nitride (Si 3 N 4 ). .
前記導電体の厚みは、信頼性のある電気的導通を得るためには、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。０．１ｍｍ未満では、厚みのバラツキに伴い、導通のバラツキが大きくなる。また、充分な導通が必要である場合は、１ｍｍ以上であるば更に好ましい。 The thickness of the conductor is preferably 0.1 mm or more in order to obtain reliable electrical conduction. If it is less than 0.1 mm, the variation in conduction increases with the variation in thickness. Moreover, when sufficient conduction is required, it is more preferable that the thickness is 1 mm or more.
また、前記導電体は金属または金属とセラミックスとの複合材料であり、その主成分は、導電率が高く、かつセラミックスヒータの熱を効率的に拡散させ半導体ウェハや半導体を均一に加熱できる高熱伝導材料であり、安価であることが好ましく、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、ケイ素（Ｓｉ）から選ばれた１種以上の材料であることが好ましい。これら金属単体やＳｉ−ＳｉＣ、Ａｌ−ＳｉＣ、Ａｌ−ＡｌＮなどの複合材料を挙げることができる。 The conductor is a metal or a composite material of metal and ceramic, and the main component thereof is high conductivity, and the heat of the ceramic heater can be efficiently diffused to heat the semiconductor wafer or semiconductor uniformly. It is a material and is preferably inexpensive, and is preferably one or more materials selected from copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), and silicon (Si). These metal simple substance and composite materials, such as Si-SiC, Al-SiC, and Al-AlN, can be mentioned.
更に、高温での導電体の耐酸化性を向上させるために、導電体の表面に、メッキ処理が施されていることが好ましく、メッキ処理の主成分は、耐酸化性に優れたニッケル（Ｎｉ）または金（Ａｕ）であることが好ましい。 Furthermore, in order to improve the oxidation resistance of the conductor at high temperature, it is preferable that the surface of the conductor is plated, and the main component of the plating process is nickel (Ni) having excellent oxidation resistance. ) Or gold (Au).
前記断熱材は、耐熱性、剛性、耐久性の観点から、セラミックスであることが好ましい。前記断熱材は、耐熱性、剛性、耐久性及び低熱伝導率による断熱効果の観点から、ムライトまたは酸化アルミニウムのいずれかであることが好ましい。更に、断熱効果を向上させるためには、前記断熱材が、気孔を有する断熱材料からなることが好ましい。 The heat insulating material is preferably a ceramic from the viewpoint of heat resistance, rigidity, and durability. The heat insulating material is preferably either mullite or aluminum oxide from the viewpoint of heat resistance, rigidity, durability, and heat insulating effect due to low thermal conductivity. Furthermore, in order to improve the heat insulating effect, the heat insulating material is preferably made of a heat insulating material having pores.
前記セラミックスヒータに形成された発熱体の主成分は、耐熱性、導電性、耐久性の観点から、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）から選ばれる１種以上の金属であることが好ましい。これら金属単体でもよいが、Ａｇ−ＰｄやＮｉ−Ｃｒ等の合金でもよい。 The main components of the heating element formed on the ceramic heater are tungsten (W), molybdenum (Mo), platinum (Pt), silver (Ag), palladium (Pd) from the viewpoint of heat resistance, conductivity, and durability. One or more metals selected from nickel (Ni) and chromium (Cr) are preferable. These metals alone may be used, but alloys such as Ag—Pd and Ni—Cr may also be used.
また、このような金属で形成された発熱体は、金属コイルや金属箔を挟み込んだり、接合したりして形成することができる。しかし、均一な加熱を得るために、複雑な回路を形成して、領域毎に発熱量を制御するためには、膜状の薄膜メタライズや厚膜メタライズであることが好ましい。低コストの観点からは、膜状発熱体の中でも、発熱体金属粒子をペースト状に塗布して、焼き付ける厚膜メタライズが特に好ましい。 Moreover, the heating element formed of such a metal can be formed by sandwiching or joining a metal coil or a metal foil. However, in order to form a complicated circuit and to control the amount of heat generated for each region in order to obtain uniform heating, film-like thin film metallization or thick film metallization is preferable. From the viewpoint of low cost, among the film-shaped heating elements, thick film metallization in which heating element metal particles are applied in a paste form and baked is particularly preferable.
本発明の加熱装置は、被加熱物が半導体ウェハや半導体であれば、度のような装置にも適用可能であるが、半導体ウェハまたは半導体のウェハプローバあるいはハンドラ等、搭載面に導電性が必要とされる装置に対して、導電体の材料や厚み（電気抵抗値）を自由に選択できるので、特に有用である。 The heating device of the present invention can be applied to any device as long as the object to be heated is a semiconductor wafer or semiconductor, but the mounting surface such as a semiconductor wafer or a semiconductor wafer prober or handler needs to be conductive. This is particularly useful because the material and thickness (electric resistance value) of the conductor can be freely selected for the device to be used.
本発明によれば、導電体が電気的導電層として充分低抵抗となる厚さを有していながら、高剛性、低熱容量で反りの発生のない加熱装置を容易に得ることができる。このため、本発明の加熱装置を、半導体検査装置に用いれば、加熱装置の変形や反りによる接触不良を起こすことなく、かつウェハ全面において同じ条件で電気的特性を測定することが可能であり、更に短時間で昇温、降温が可能な半導体検査装置とすることができる。 According to the present invention, it is possible to easily obtain a heating device having a high rigidity, a low heat capacity, and no warpage, while the conductor has a thickness that provides a sufficiently low resistance as an electrically conductive layer. Therefore, if the heating device of the present invention is used in a semiconductor inspection device, it is possible to measure electrical characteristics under the same conditions on the entire wafer surface without causing contact failure due to deformation or warping of the heating device, Furthermore, a semiconductor inspection apparatus capable of raising and lowering temperature in a short time can be obtained.
本発明の実施の形態を図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態の一例である。導電体１が、セラミックスヒータ２の上に搭載され、ネジ１１によって導電体とセラミックスヒータが固定されている。セラミックスヒータは、発熱体５が埋設され、給電用電極７や温度測定手段８が接続されている。導電体１には、真空吸着用の溝３が形成され、例えば半導体ウェハ１２を真空吸着できる。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an example of an embodiment of the present invention. The
セラミックヒータ２には、ネジ１１を貫通させるための貫通孔４が形成され、導電体１の裏面には、ネジ１１に対応するネジ穴が導電体を貫通しない程度に形成され、導電体とセラミックスヒータをネジ１１で固定できるようになっている。このような構造とすることによって、導電体１とセラミックスヒータ２とは化学的に結合していないので、導電体とセラミックスヒータの境界面で応力的に拘束されない。従って、導電体とセラミックスヒータの熱膨張差に起因する熱応力の発生が無いので、導電体やセラミックスヒータの反りが発生することがない。
The
また、図２に示すように、セラミックスヒータ２の被加熱物搭載面とは反対側に、金属ベース１０を設置する構造とすることができる。該金属ベース１０と導電体１とをネジ１１で固定する構造とすることにより、セラミックスヒータ２に形成する貫通孔の形状を単純化することができるので、加工コストを低減することができる。
Moreover, as shown in FIG. 2, it can be set as the structure which installs the
また、図３に示すように、セラミックスヒータ２の被加熱物搭載面とは反対側に、断熱材６を配した構造とすることができる。断熱材は、セラミックスヒータから逃げる熱量を低減するので、セラミックスヒータの昇温、降温時間を短縮することができる。このため、断熱材は、低熱伝導率の材料であることが好ましい。この断熱材は、空間にして、例えば大気中で用いる場合は、空気を断熱材とすることもできる。
Moreover, as shown in FIG. 3, it can be set as the structure which has arrange | positioned the
この場合も、金属ベース１０を設置して、金属ベース１０と導電体１とをネジ１１で固定する構造とする方が好ましい。このような構造にすれば、導電体１と金属ベース１０との間に、セラミックスヒータ２と断熱材６とを挟み込む構造となる。セラミックスヒータ２と断熱材６のネジ１１が通る貫通孔４は、ネジの直径より大きい直径とすることが好ましい。このようにすれば、導電体１とセラミックスヒータ２、セラミックスヒータ２と断熱材６、断熱材６と金属ベース１０との各境界面が、それぞれ機械的に結合した構造とすることができる。このため、各境界面が応力的に拘束されないので、各部材の熱膨張係数の差に起因する熱応力や反りの発生を抑えることができる。
Also in this case, it is preferable to install the
また、図４に示すように、ネジ１１の端部に絶縁性の材料１３を挟み込めば、導電体１と金属ベース１０とを電気的に絶縁することができる。更に、図５に示すように、ネジ１１と金属ベース１０との間に、バネ１４を有するようにすれば、昇温、降温に伴う各部材の熱膨張を吸収することができる。熱膨張を吸収すれば、上下方向の熱膨張に起因するネジの緩みなどを防止することができるので、長期的な信頼性を向上させることができる。
Further, as shown in FIG. 4, if an insulating
また、固定方法は、上記のようにネジ止めをしないで、単に載置するだけでもよい。単に載置するだけの場合は、図６に示すように、各部材の相対位置がずれないように、各部材の一部に凹凸１５を設け、嵌め合わせることが好ましい。このようにすれば、ネジで固定するよりも構造が簡単である。しかし、長期間の使用によって、凹凸が変形して、例えばプローブカードを押し付けたときに、ウェハの位置がずれる可能性がある。従って、ネジによる固定の方が長期的な信頼性が高いので、信頼性を重視するならネジによる固定の方が好ましい。
Further, the fixing method may be simply placed without screwing as described above. In the case of simply mounting, as shown in FIG. 6, it is preferable to provide
ウェハ上のすべてのチップを同じ条件で電気的特性を測定するためには、導電体を厚くして電気抵抗を小さくすればよく、導電体の直径での電気抵抗値を１×１０−３Ω以下にすることが望ましい。この時、導電体の厚みは、０．１ｍｍ以上である。０．１ｍｍ未満では、厚みのバラツキに伴い、電気抵抗値が１×１０−３Ωより大きくなるとともに、導通のバラツキが大きくなる。また、充分な導通が必要である場合は、前記電気抵抗値を１×１０−４Ω以下にすることが望ましく、この場合の導電体の厚みは、１ｍｍ以上である。本発明の構造では、導電体を厚くしても剥離することがなく、セラミックスヒータが反ることもないので、所望の電気抵抗値を有する導電体とすることができる。 In order to measure the electrical characteristics of all chips on the wafer under the same conditions, it is only necessary to reduce the electrical resistance by increasing the thickness of the conductor. The electrical resistance value at the diameter of the conductor is 1 × 10 −3 Ω. The following is desirable. At this time, the thickness of the conductor is 0.1 mm or more. If the thickness is less than 0.1 mm, the electrical resistance value becomes larger than 1 × 10 −3 Ω and the variation in conduction increases with the variation in thickness. When sufficient conduction is required, the electrical resistance value is desirably 1 × 10 −4 Ω or less, and the thickness of the conductor in this case is 1 mm or more. In the structure of the present invention, even if the conductor is thickened, it does not peel off and the ceramic heater does not warp, so that a conductor having a desired electric resistance can be obtained.
また、導電体は金属または金属とセラミックスとの複合材料であり、その主成分は、導電率が高く、かつセラミックスヒータの熱を効率的に拡散させ半導体ウェハや半導体を均一に加熱できる高熱伝導材料であり、安価であることが好ましく、熱伝導率が４０３Ｗ／ｍＫのＣｕ、熱伝導率が２３６Ｗ／ｍＫのＡｌ、同じく９５Ｗ／ｍＫのＮｉ、同じく１４０Ｗ／ｍＫのＳｉから選ばれた１種以上の材料であることが好ましい。これら金属単体やＳｉ−ＳｉＣ、Ａｌ−ＳｉＣ、Ａｌ−ＡｌＮなどの複合材料を挙げることができる。 In addition, the conductor is a metal or a composite material of metal and ceramics, and the main component thereof is a high thermal conductivity material having high conductivity and capable of uniformly heating the semiconductor wafer or semiconductor by efficiently diffusing the heat of the ceramic heater. 1 or more selected from Cu having a thermal conductivity of 403 W / mK, Al having a thermal conductivity of 236 W / mK, Ni of 95 W / mK, and Si of 140 W / mK. It is preferable that it is material. These metal simple substance and composite materials, such as Si-SiC, Al-SiC, and Al-AlN, can be mentioned.
更に、高温での導電体の耐酸化性を向上させるために、導電体の表面に、メッキ処理が施されていることが好ましく、メッキ処理の主成分は、耐酸化性に優れたニッケル（Ｎｉ）または金（Ａｕ）であることが好ましい。 Furthermore, in order to improve the oxidation resistance of the conductor at high temperature, it is preferable that the surface of the conductor is plated, and the main component of the plating process is nickel (Ni) having excellent oxidation resistance. ) Or gold (Au).
また、断熱材の材質は、耐熱性や剛性や耐久性の観点から、セラミックスであることが好ましく、更に断熱効果の観点から、低熱伝導率であるムライトや酸化アルミニウム等が好ましい。また、断熱材は、気孔を有する断熱材料であってもよい。具体的には、例えば、ムライトで気孔を有する材料は、ムライトの緻密体の約１０分の１の熱伝導率であり、大きな断熱効果を発揮する。 The material of the heat insulating material is preferably ceramic from the viewpoint of heat resistance, rigidity, and durability, and from the viewpoint of heat insulating effect, mullite, aluminum oxide, and the like having low thermal conductivity are preferable. The heat insulating material may be a heat insulating material having pores. Specifically, for example, a material having pores in mullite has a thermal conductivity of about one-tenth that of a dense body of mullite, and exhibits a large heat insulating effect.
本発明のセラミックスヒータの材質は、温度分布の均一性を重視するならば、熱伝導率の高い窒化アルミニウムや炭化珪素が好ましい。信頼性を重視するならば、窒化珪素が高強度で熱衝撃にも強いので好ましい。コストを重視するのであれば、酸化アルミニウムが好ましい。 The material of the ceramic heater of the present invention is preferably aluminum nitride or silicon carbide having high thermal conductivity if importance is attached to the uniformity of temperature distribution. If importance is placed on reliability, silicon nitride is preferable because it is strong and resistant to thermal shock. If importance is attached to the cost, aluminum oxide is preferable.
これらのセラミックスの中でも、性能とコストのバランスを考慮すれば、熱伝導率が高く、耐食性にも優れた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が好適である。以下に、本発明のウェハ保持体の製造方法をＡｌＮの場合で詳述する。 Among these ceramics, considering the balance between performance and cost, aluminum nitride (AlN) having high thermal conductivity and excellent corrosion resistance is preferable. Below, the manufacturing method of the wafer holder of this invention is explained in full detail in the case of AlN.
ＡｌＮの原料粉末は、比表面積が２．０〜５．０ｍ２／ｇのものが好ましい。比表面積が２．０ｍ２／ｇ未満の場合は、窒化アルミニウムの焼結性が低下する。また、５．０ｍ２／ｇを超えると、粉末の凝集が非常に強くなるので取扱いが困難になる。更に、原料粉末に含まれる酸素量は、２ｗｔ％以下が好ましい。酸素量が２ｗｔ％を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。また、原料粉末に含まれるアルミニウム以外の金属不純物量は、２０００ｐｐｍ以下が好ましい。金属不純物量がこの範囲を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。特に、金属不純物として、ＳｉなどのＩＶ族元素や、Ｆｅなどの鉄族元素は、焼結体の熱伝導率を低下させる作用が高いので、含有量は、それぞれ５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。 The raw material powder of AlN preferably has a specific surface area of 2.0 to 5.0 m 2 / g. When the specific surface area is less than 2.0 m 2 / g, the sinterability of aluminum nitride is lowered. On the other hand, if it exceeds 5.0 m 2 / g, the aggregation of the powder becomes very strong, so that handling becomes difficult. Furthermore, the amount of oxygen contained in the raw material powder is preferably 2 wt% or less. When the amount of oxygen exceeds 2 wt%, the thermal conductivity of the sintered body decreases. The amount of metal impurities other than aluminum contained in the raw material powder is preferably 2000 ppm or less. When the amount of metal impurities exceeds this range, the thermal conductivity of the sintered body decreases. In particular, group IV elements such as Si and iron group elements such as Fe as metal impurities have a high effect of reducing the thermal conductivity of the sintered body, and therefore the content is preferably 500 ppm or less.
ＡｌＮは難焼結性材料であるので、ＡｌＮ原料粉末に焼結助剤を添加することが好ましい。添加する焼結助剤は、希土類元素化合物が好ましい。希土類元素化合物は、焼結中に窒化アルミニウム粉末粒子の表面に存在するアルミニウム酸化物あるいはアルミニウム酸窒化物と反応して、窒化アルミニウムの緻密化を促進するとともに、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を低下させる原因となる酸素を除去する働きもあるので、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を向上させることができる。 Since AlN is a hardly sinterable material, it is preferable to add a sintering aid to the AlN raw material powder. The sintering aid to be added is preferably a rare earth element compound. The rare earth element compound reacts with the aluminum oxide or aluminum oxynitride existing on the surface of the aluminum nitride powder particles during the sintering to promote the densification of the aluminum nitride and the thermal conductivity of the aluminum nitride sintered body. Therefore, the thermal conductivity of the aluminum nitride sintered body can be improved.
希土類元素化合物は、特に酸素を除去する働きが顕著であるイットリウム化合物が好ましい。添加量は、０．０１〜５ｗｔ％が好ましい。０．０１ｗｔ％未満であると、緻密な焼結体を得ることが困難であるとともに、焼結体の熱伝導率が低下する。また、５ｗｔ％を超えると、窒化アルミニウム焼結体の粒界に焼結助剤が存在することになるので、腐食性雰囲気で使用する場合、この粒界に存在する焼結助剤がエッチングされ、脱粒やパーティクルの原因となる。更に、好ましくは焼結助剤の添加量は、１ｗｔ％以下である。１ｗｔ％以下であれば、粒界の３重点にも焼結助剤が存在しなくなるので、耐食性が向上する。 The rare earth element compound is preferably an yttrium compound that is particularly effective in removing oxygen. The addition amount is preferably 0.01 to 5 wt%. If it is less than 0.01 wt%, it is difficult to obtain a dense sintered body, and the thermal conductivity of the sintered body decreases. If it exceeds 5 wt%, a sintering aid exists at the grain boundaries of the aluminum nitride sintered body. Therefore, when used in a corrosive atmosphere, the sintering aid present at the grain boundaries is etched. , Cause degranulation and particles. Furthermore, the amount of the sintering aid added is preferably 1 wt% or less. If it is 1 wt% or less, the sintering aid is not present at the triple point of the grain boundary, so that the corrosion resistance is improved.
また、希土類元素化合物は、酸化物、窒化物、フッ化物、ステアリン酸化合物などが使用できる。この中で、酸化物は安価で入手が容易であり好ましい。また、ステアリン酸化合物は、有機溶剤との親和性が高いので、窒化アルミニウム原料粉末と焼結助剤などを有機溶剤で混合する場合には、混合性が高くなるので特に好適である。 As the rare earth element compound, an oxide, nitride, fluoride, stearic acid compound, or the like can be used. Of these, oxides are preferable because they are inexpensive and readily available. In addition, since the stearic acid compound has a high affinity with an organic solvent, when the aluminum nitride raw material powder and the sintering aid are mixed with the organic solvent, the mixing property is particularly preferable.
次に、これら窒化アルミニウム原料粉末や焼結助剤粉末に、所定量の溶剤、バインダー、更には必要に応じて分散剤や邂逅剤を添加し、混合する。混合方法は、ボールミル混合や超音波による混合等が可能である。このような混合によって、原料スラリーを得ることができる。 Next, a predetermined amount of a solvent, a binder and, if necessary, a dispersant and a glaze are added to and mixed with the aluminum nitride raw material powder and the sintering aid powder. As the mixing method, ball mill mixing, ultrasonic mixing, or the like is possible. A raw material slurry can be obtained by such mixing.
得られたスラリーを成形し、焼結することによって窒化アルミニウム焼結体を得ることができる。その方法には、コファイアー法とポストメタライズ法の２種類の方法が可能である。 An aluminum nitride sintered body can be obtained by molding and sintering the obtained slurry. There are two types of methods, a cofire method and a post metallization method.
まず、ポストメタライズ法について説明する。前記スラリーをスプレードライアー等の手法によって、顆粒を作成する。この顆粒を所定の金型に挿入し、プレス成形を施す。この時、プレス圧力は、９．８ＭＰａ以上であることが望ましい。９．８ＭＰａ未満の圧力では、成形体の強度が充分に得られないことが多く、ハンドリングなどで破損し易くなる。 First, the post metallization method will be described. Granules are prepared from the slurry by a technique such as spray drying. The granules are inserted into a predetermined mold and press-molded. At this time, the press pressure is desirably 9.8 MPa or more. When the pressure is less than 9.8 MPa, the strength of the molded body is often not sufficiently obtained, and is easily damaged by handling.
成形体の密度は、バインダーの含有量や焼結助剤の添加量によって異なるが、１．５ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。１．５ｇ／ｃｍ３未満であると、原料粉末粒子間の距離が相対的に大きくなるので、焼結が進行しにくくなる。また、成形体密度は、２．５ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましい。２．５ｇ／ｃｍ３を超えると、次工程の脱脂処理で成形体内のバインダーを充分除去することが困難となる。このため、前述のように緻密な焼結体を得ることが困難となる。 Although the density of a molded object changes with content of a binder, and the addition amount of a sintering auxiliary agent, it is preferable that it is 1.5 g / cm < 3 > or more. If it is less than 1.5 g / cm 3 , the distance between the raw material powder particles becomes relatively large, so that sintering does not proceed easily. Moreover, it is preferable that a molded object density is 2.5 g / cm < 3 > or less. If it exceeds 2.5 g / cm 3 , it will be difficult to sufficiently remove the binder in the molded body by the degreasing process in the next step. For this reason, it becomes difficult to obtain a dense sintered body as described above.
次に、前記成形体を非酸化性雰囲気中で加熱し、脱脂処理を行う。大気等の酸化性雰囲気で脱脂処理を行うと、ＡｌＮ粉末の表面が酸化されるので、焼結体の熱伝導率が低下する。非酸化性雰囲気ガスとしては、窒素やアルゴンが好ましい。脱脂処理の加熱温度は、５００℃以上、１０００℃以下が好ましい。５００℃未満の温度では、バインダーを充分除去することができないので、脱脂処理後の積層体中にカーボンが過剰に残存するので、その後の焼結工程での焼結を阻害する。また、１０００℃を超える温度では、残存するカーボンの量が少なくなり過ぎるので、ＡｌＮ粉末表面に存在する酸化被膜の酸素を除去する能力が低下し、焼結体の熱伝導率が低下する。 Next, the molded body is heated in a non-oxidizing atmosphere to perform a degreasing treatment. When the degreasing treatment is performed in an oxidizing atmosphere such as the air, the surface of the AlN powder is oxidized, so that the thermal conductivity of the sintered body is lowered. As the non-oxidizing atmosphere gas, nitrogen or argon is preferable. The heating temperature for the degreasing treatment is preferably 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. When the temperature is less than 500 ° C., the binder cannot be sufficiently removed, and therefore excessive carbon remains in the laminated body after the degreasing treatment, which inhibits sintering in the subsequent sintering step. Further, at a temperature exceeding 1000 ° C., the amount of remaining carbon becomes too small, so that the ability of the oxide film present on the surface of the AlN powder to remove oxygen is lowered, and the thermal conductivity of the sintered body is lowered.
また、脱脂処理後の成形体中に残存する炭素量は、１．０ｗｔ％以下であることが好ましい。１．０ｗｔ％を超える炭素が残存していると、焼結を阻害するので、緻密な焼結体を得ることができない。 Moreover, it is preferable that the carbon amount which remains in the molded object after a degreasing process is 1.0 wt% or less. If carbon exceeding 1.0 wt% remains, sintering is inhibited, and a dense sintered body cannot be obtained.
次いで、焼結を行う。焼結は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で、１７００〜２０００℃の温度で行う。この時、使用する窒素などの雰囲気ガスに含有する水分は、露点で−３０℃以下であることが好ましい。これ以上の水分を含有する場合、焼結時にＡｌＮが雰囲気ガス中の水分と反応して酸窒化物が形成されるので、熱伝導率が低下する可能性がある。また、雰囲気ガス中の酸素量は、０．００１ｖｏｌ％以下であることが好ましい。酸素量が多いと、ＡｌＮの表面が酸化して、熱伝導率が低下する可能性がある。 Next, sintering is performed. Sintering is performed at a temperature of 1700 to 2000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon. At this time, it is preferable that the moisture contained in the atmosphere gas such as nitrogen used is −30 ° C. or less in terms of dew point. In the case of containing more moisture than this, AlN reacts with moisture in the atmospheric gas during sintering to form oxynitrides, which may reduce the thermal conductivity. Moreover, it is preferable that the oxygen amount in atmospheric gas is 0.001 vol% or less. If the amount of oxygen is large, the surface of AlN may be oxidized and the thermal conductivity may be reduced.
更に、焼結時に使用する治具は、窒化ホウ素（ＢＮ）成形体が好適である。このＢＮ成形体は、前記焼結温度に対し充分な耐熱性を有するとともに、その表面に固体潤滑性があるので、焼結時に積層体が収縮する際の治具と積層体との間の摩擦を小さくすることができるので、歪みの少ない焼結体を得ることができる。 Furthermore, a boron nitride (BN) compact is suitable for the jig used during sintering. Since this BN compact has sufficient heat resistance to the sintering temperature and has a solid lubricating property on its surface, the friction between the jig and the laminate when the laminate shrinks during sintering. Therefore, a sintered body with less distortion can be obtained.
得られた焼結体は、必要に応じて加工を施す。次工程の導電ペーストをスクリーン印刷する場合、焼結体の表面粗さは、Ｒａで５μｍ以下であることが好ましい。５μｍを超えるとスクリーン印刷により回路形成した際に、パターンのにじみやピンホールなどの欠陥が発生しやすくなる。表面粗さはＲａで１μｍ以下であればさらに好適である。 The obtained sintered body is processed as necessary. When screen-printing the conductive paste in the next step, the surface roughness of the sintered body is preferably 5 μm or less in terms of Ra. If the thickness exceeds 5 μm, defects such as pattern bleeding and pinholes are likely to occur when a circuit is formed by screen printing. The surface roughness Ra is more preferably 1 μm or less.
上記表面粗さを研磨加工する際には、焼結体の両面にスクリーン印刷する場合は当然であるが、片面のみにスクリーン印刷を施す場合でも、スクリーン印刷する面と反対側の面も研磨加工を施す方がよい。スクリーン印刷する面のみを研磨加工した場合、スクリーン印刷時には、研磨加工していない面で焼結体を支持することになる。その時、研磨加工していない面には突起や異物が存在することがあるので、焼結体の固定が不安定になり、スクリーン印刷で回路パターンがうまく描けないことがあるからである。 When polishing the above surface roughness, it is natural to screen print on both sides of the sintered body, but even when screen printing is performed only on one side, the surface opposite to the screen printed side is also polished. It is better to apply. When only the surface to be screen printed is polished, the sintered body is supported by the surface that is not polished during screen printing. At this time, there may be protrusions and foreign matters on the surface that has not been polished, so that the fixing of the sintered body becomes unstable, and the circuit pattern may not be drawn well by screen printing.
また、この時、両加工面の平行度は０．５ｍｍ以下であることが好ましい。平行度が０．５ｍｍを超えるとスクリーン印刷時に導電ペーストの厚みのバラツキが大きくなることがある。平行度は０．１ｍｍ以下であれば特に好適である。さらに、スクリーン印刷する面の平面度は、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。０．５ｍｍを超える平面度の場合にも、導電ペーストの厚みのバラツキが大きくなることがある。平面度も０．１ｍｍ以下であれば特に好適である。 At this time, the parallelism of both processed surfaces is preferably 0.5 mm or less. When the parallelism exceeds 0.5 mm, the thickness of the conductive paste may vary greatly during screen printing. The parallelism is particularly preferably 0.1 mm or less. Furthermore, the flatness of the screen printing surface is preferably 0.5 mm or less. Even in the case of flatness exceeding 0.5 mm, the variation in the thickness of the conductive paste may increase. A flatness of 0.1 mm or less is particularly suitable.
研磨加工を施した焼結体に、スクリーン印刷により導電ペーストを塗布し、電気回路の形成を行う。導電ペーストは、金属粉末と必要に応じて酸化物粉末と、バインダーと溶剤を混合することにより得ることができる。金属粉末は、セラミックスとの熱膨張係数のマッチングから、タングステンやモリブデンが好ましい。 A conductive paste is applied by screen printing to the polished sintered body to form an electric circuit. The conductive paste can be obtained by mixing a metal powder and, if necessary, an oxide powder, a binder and a solvent. The metal powder is preferably tungsten or molybdenum from the viewpoint of matching the thermal expansion coefficient with ceramics.
また、ＡｌＮとの密着強度を高めるために、酸化物粉末を添加することもできる。酸化物粉末は、ＩＩａ族元素やＩＩＩａ族元素の酸化物やＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２などが好ましい。特に、酸化イットリウムはＡｌＮに対する濡れ性が非常に良好であるので、好ましい。これらの酸化物の添加量は、０．１〜３０ｗｔ％が好ましい。０．１ｗｔ％未満の場合、形成した電気回路である金属層とＡｌＮとの密着強度が低下する。また３０ｗｔ％を超えると、電気回路である金属層の電気抵抗値が高くなる。 In order to increase the adhesion strength with AlN, an oxide powder can also be added. The oxide powder is preferably an oxide of a IIa group element or a IIIa group element, Al 2 O 3 , SiO 2 or the like. In particular, yttrium oxide is preferable because it has very good wettability to AlN. The addition amount of these oxides is preferably 0.1 to 30 wt%. When the content is less than 0.1 wt%, the adhesion strength between the metal layer, which is the formed electric circuit, and AlN is lowered. Moreover, when it exceeds 30 wt%, the electrical resistance value of the metal layer which is an electric circuit will become high.
導電ペーストの厚みは、乾燥後の厚みで、５μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。厚みが５μｍ未満の場合は、電気抵抗値が高くなりすぎるとともに、密着強度も低下する。また、１００μｍを超える場合も、密着強度が低下する。 The thickness of the conductive paste is preferably 5 μm or more and 100 μm or less after drying. When the thickness is less than 5 μm, the electrical resistance value becomes too high and the adhesion strength also decreases. Moreover, also when exceeding 100 micrometers, adhesive strength falls.
また、形成する回路パターンが、ヒータ回路（発熱体回路）の場合は、パターンの間隔は０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。０．１ｍｍ未満の間隔では、発熱体に電流を流したときに、印加電圧及び温度によっては漏れ電流が発生し、ショートする。特に、５００℃以上の温度で使用する場合には、パターン間隔は１ｍｍ以上とすることが好ましく、３ｍｍ以上であれば更に好ましい。 In addition, when the circuit pattern to be formed is a heater circuit (a heating element circuit), the pattern interval is preferably 0.1 mm or more. If the interval is less than 0.1 mm, when a current is passed through the heating element, a leakage current is generated depending on the applied voltage and temperature, resulting in a short circuit. In particular, when used at a temperature of 500 ° C. or higher, the pattern interval is preferably 1 mm or more, more preferably 3 mm or more.
次に、導電ペーストを脱脂した後、焼成する。脱脂は、窒素やアルゴン等の非酸化性雰囲気中で行う。脱脂温度は５００℃以上が好ましい。５００℃未満では、導電ペースト中のバインダーの除去が不十分で金属層内にカーボンが残留し、焼成したときに金属の炭化物を形成するので、金属層の電気抵抗値が高くなる。 Next, the conductive paste is degreased and fired. Degreasing is performed in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon. The degreasing temperature is preferably 500 ° C. or higher. If the temperature is less than 500 ° C., the binder in the conductive paste is not sufficiently removed, and carbon remains in the metal layer, and metal carbide is formed when baked, so that the electrical resistance value of the metal layer becomes high.
焼成は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で、１５００℃以上の温度で行うのが好適である。１５００℃未満の温度では、導電ペースト中の金属粉末の粒成長が進行しないので、焼成後の金属層の電気抵抗値が高くなり過ぎる。また、焼成温度はセラミックスの焼結温度を超えない方がよい。セラミックスの焼結温度を超える温度で導電ペーストを焼成すると、セラミックス中の含有する焼結助剤などが揮散しはじめ、更には導電ペースト中の金属粉末の粒成長が促進されてセラミックスと金属層との密着強度が低下する。 Firing is preferably performed at a temperature of 1500 ° C. or higher in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon. When the temperature is less than 1500 ° C., the particle growth of the metal powder in the conductive paste does not proceed, so that the electric resistance value of the fired metal layer becomes too high. The firing temperature should not exceed the sintering temperature of the ceramic. When the conductive paste is fired at a temperature exceeding the sintering temperature of the ceramic, the sintering aid contained in the ceramic begins to evaporate, and further, the grain growth of the metal powder in the conductive paste is promoted, and the ceramic and the metal layer. The adhesion strength of the is reduced.
次に、形成した金属層の絶縁性を確保するために、金属層の上に絶縁性コートを形成することができる。絶縁性コートの材質は、電気回路との反応性が小さく、ＡｌＮとの熱膨張係数差が、５．０×１０−６／Ｋ以下であれば特に制約はない。例えば、結晶化ガラスやＡｌＮ等が使用できる。これらの材料を例えばペースト状にして、所定の厚みのスクリーン印刷を行い、必要に応じて脱脂を行った後、所定の温度で焼成することにより形成することができる。 Next, in order to ensure the insulation of the formed metal layer, an insulating coat can be formed on the metal layer. The material of the insulating coating is not particularly limited as long as the reactivity with the electric circuit is small and the difference in thermal expansion coefficient from AlN is 5.0 × 10 −6 / K or less. For example, crystallized glass or AlN can be used. These materials can be formed, for example, by pasting them into a paste, performing screen printing with a predetermined thickness, degreasing as necessary, and firing at a predetermined temperature.
この時、添加する焼結助剤量は、０．０１ｗｔ％以上であることが好ましい。０．０１ｗｔ％未満では、絶縁性コートが緻密化せず、金属層の絶縁性を確保することが困難となる。また、焼結助剤量は２０ｗｔ％を超えないことが好ましい。２０ｗｔ％を超えると、過剰の焼結助剤が金属層中に浸透するので、金属層の電気抵抗値が変化してしまうことがある。塗布する厚みに特に制限はないが、５μｍ以上であることが好ましい。５μｍ未満では、絶縁性を確保することが困難となるからである。 At this time, the amount of the sintering aid to be added is preferably 0.01 wt% or more. If it is less than 0.01 wt%, the insulating coating will not be densified, and it will be difficult to ensure the insulating properties of the metal layer. Moreover, it is preferable that the amount of sintering aid does not exceed 20 wt%. If it exceeds 20 wt%, an excessive sintering aid penetrates into the metal layer, and the electrical resistance value of the metal layer may change. Although there is no restriction | limiting in particular in the thickness to apply | coat, It is preferable that it is 5 micrometers or more. This is because if it is less than 5 μm, it is difficult to ensure insulation.
また、導電ペーストとして、銀やパラジウム、白金などの混合物や合金を使用することも可能である。これらの金属は、銀の含有量に対してパラジウムや白金を添加することによって、導体の体積抵抗率が増加するため、回路パターンに応じてその添加量を調整すればよい。またこれらの添加物は回路パターン間のマイグレーションを防止する効果があるため、銀１００重量部に対して、０.１重量部以上添加することが好ましい。 Moreover, it is also possible to use a mixture or alloy of silver, palladium, platinum or the like as the conductive paste. Since these metals increase the volume resistivity of the conductor by adding palladium or platinum to the silver content, the addition amount may be adjusted according to the circuit pattern. Moreover, since these additives have an effect of preventing migration between circuit patterns, it is preferable to add 0.1 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of silver.
また、導電ペーストとして、ＮｉとＣｒの混合物や合金を使用することも可能である。特に、ＮｉにＣｒを２０重量％程度添加することにより、電気抵抗が高く、耐熱性や耐食性に優れた発熱体を形成することができる。コストを下げるために、Ｆｅを２５重量％まで添加したり、加工性を増すために、Ｍｎを１重量％添加してもよい。 Moreover, it is also possible to use a mixture and alloy of Ni and Cr as the conductive paste. In particular, by adding about 20% by weight of Cr to Ni, it is possible to form a heating element having high electrical resistance and excellent heat resistance and corrosion resistance. In order to reduce the cost, Fe may be added up to 25% by weight, or in order to increase workability, 1% by weight of Mn may be added.
これらの金属粉末に、ＡｌＮとの密着性を確保するために、金属酸化物を添加することが好ましい。例えば酸化アルミニウムや酸化ケイ素、酸化銅、酸化ホウ素、酸化亜鉛、酸化鉛、希土類酸化物、遷移金属元素酸化物、アルカリ土類金属酸化物などを添加することができる。添加量としては、０.１ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下が好ましい。含有量がこれより少ないと、窒化アルミニウムとの密着性が低下するため好ましくない。また、含有量がこれより多いと、銀等の金属成分の焼結が阻害されるため好ましくない。 A metal oxide is preferably added to these metal powders in order to ensure adhesion with AlN. For example, aluminum oxide, silicon oxide, copper oxide, boron oxide, zinc oxide, lead oxide, rare earth oxide, transition metal element oxide, alkaline earth metal oxide, or the like can be added. The addition amount is preferably 0.1 wt% or more and 50 wt% or less. If the content is less than this, the adhesion with aluminum nitride is lowered, which is not preferable. Further, if the content is higher than this, sintering of metal components such as silver is inhibited, which is not preferable.
これら金属粉末と無機物の粉末を混合し、更に有機溶剤やバインダーを添加し、ペースト状にし、上記同様スクリーン印刷により回路形成することができる。この場合、形成した回路パターンに対して、窒素などの不活性ガス雰囲気中もしくは大気中にて７００℃から１０００℃の温度範囲にて焼成する。 These metal powders and inorganic powders are mixed, an organic solvent or a binder is further added to form a paste, and a circuit can be formed by screen printing as described above. In this case, the formed circuit pattern is baked in a temperature range of 700 ° C. to 1000 ° C. in an inert gas atmosphere such as nitrogen or in the air.
更にこの場合、回路間の絶縁を確保するために、結晶化ガラスやグレーズガラス、有機樹脂などを塗布し、焼成、もしくは硬化させることで絶縁層を形成することができる。ガラスの種類としては硼珪酸ガラス、酸化鉛、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、などが使用できる。これら粉末に有機溶剤やバインダーを添加し、ペースト状にし、スクリーン印刷により塗布する。塗布する厚みに特に制限はないが、５μｍ以上であることが好ましい。５μｍ未満では、絶縁性を確保することが困難となるからである。また焼成温度としては、上記回路形成時の温度より低温であることが好ましい。上記回路焼成時より高い温度で焼成すると、回路パターンの抵抗値が大きく変化するため好ましくない。 Further, in this case, in order to ensure insulation between circuits, crystallized glass, glaze glass, organic resin, or the like is applied, and the insulating layer can be formed by baking or curing. As the glass type, borosilicate glass, lead oxide, zinc oxide, aluminum oxide, silicon oxide, and the like can be used. An organic solvent and a binder are added to these powders to form a paste, which is applied by screen printing. Although there is no restriction | limiting in particular in the thickness to apply | coat, It is preferable that it is 5 micrometers or more. This is because if it is less than 5 μm, it is difficult to ensure insulation. The firing temperature is preferably lower than the temperature at which the circuit is formed. Baking at a higher temperature than the circuit baking is not preferable because the resistance value of the circuit pattern changes greatly.
次に、必要に応じて更にセラミックス基板を積層することができる。積層は、接合剤を介して行うのが良い。接合剤は、酸化アルミニウム粉末や窒化アルミニウム粉末に、ＩＩａ族元素化合物やＩＩＩａ族元素化合物とバインダーや溶剤を加え、ペースト化したものを接合面にスクリーン印刷等の手法で塗布する。塗布する接合剤の厚みに特に制約はないが、５μｍ以上であることが好ましい。５μｍ未満の厚みでは、接合層にピンホールや接合ムラ等の接合欠陥が生じやすくなる。 Next, a ceramic substrate can be further laminated as required. Lamination is preferably performed via a bonding agent. The bonding agent is obtained by adding a IIa group element compound or a group IIIa element compound and a binder or a solvent to aluminum oxide powder or aluminum nitride powder, and applying the paste to the bonding surface by a method such as screen printing. Although there is no restriction | limiting in particular in the thickness of the bonding agent to apply | coat, it is preferable that it is 5 micrometers or more. When the thickness is less than 5 μm, bonding defects such as pinholes and bonding unevenness easily occur in the bonding layer.
接合剤を塗布したセラミックス基板を、非酸化性雰囲気中、５００℃以上の温度で脱脂する。その後、積層するセラミックス基板を重ね合わせ、所定の荷重を加え、非酸化性雰囲気中で加熱することにより、セラミックス基板同士を接合する。荷重は、５ｋＰａ以上であることが好ましい。５ｋＰａ未満の荷重では、充分な接合強度が得られないか、もしくは前記接合欠陥が生じやすい。 The ceramic substrate coated with the bonding agent is degreased at a temperature of 500 ° C. or higher in a non-oxidizing atmosphere. Thereafter, the ceramic substrates to be stacked are superposed, a predetermined load is applied, and the ceramic substrates are bonded together by heating in a non-oxidizing atmosphere. The load is preferably 5 kPa or more. When the load is less than 5 kPa, sufficient bonding strength cannot be obtained, or the above-described bonding defect is likely to occur.
接合するための加熱温度は、セラミックス基板同士が接合層を介して十分密着する温度であれば、特に制約はないが、１５００℃以上であることが好ましい。１５００℃未満では、十分な接合強度が得られにくく、接合欠陥を生じやすい。前記脱脂ならびに接合時の非酸化性雰囲気は、窒素やアルゴンなどを用いることが好ましい。 The heating temperature for bonding is not particularly limited as long as the ceramic substrates are sufficiently adhered to each other through the bonding layer, but is preferably 1500 ° C. or higher. If it is less than 1500 degreeC, sufficient joint strength is hard to be obtained and it will be easy to produce a joint defect. Nitrogen or argon is preferably used for the non-oxidizing atmosphere during the degreasing and bonding.
以上のようにして、セラミックスヒータとなるセラミックス積層焼結体を得ることができる。なお、電気回路は、導電ペーストを用いずに、例えば、ヒータ回路であれば、モリブデン線（コイル）、静電吸着用電極やＲＦ電極などの場合には、モリブデンやタングステンのメッシュ（網状体）を用いることも可能である。 As described above, a ceramic laminated sintered body serving as a ceramic heater can be obtained. For example, if the electric circuit is a heater circuit without using a conductive paste, for example, a molybdenum wire (coil), an electrostatic adsorption electrode or an RF electrode, a mesh of molybdenum or tungsten (network) It is also possible to use.
この場合、ＡｌＮ原料粉末中に上記モリブデンコイルやメッシュを内蔵させ、ホットプレス法により作製することができる。ホットプレスの温度や雰囲気は、前記ＡｌＮの焼結温度、雰囲気に準ずればよいが、ホットプレス圧力は、０．９８ＭＰａ以上加えることが望ましい。０．９８ＭＰａ未満では、モリブデンコイルやメッシュとＡｌＮの間に隙間が生じることがあるので、ヒータの性能が出なくなることがある。 In this case, the molybdenum coil and mesh are incorporated in the AlN raw material powder, and can be manufactured by a hot press method. The hot press temperature and atmosphere may be in accordance with the sintering temperature and atmosphere of AlN, but the hot press pressure is preferably 0.98 MPa or more. If it is less than 0.98 MPa, a gap may be formed between the molybdenum coil or mesh and AlN, and the performance of the heater may not be achieved.
次に、コファイアー法について説明する。前述した原料スラリーをドクターブレード法によりシート成形する。シート成形に関して特に制約はないが、シートの厚みは、乾燥後で３ｍｍ以下が好ましい。シートの厚みが３ｍｍを超えると、スラリーの乾燥収縮量が大きくなるので、シートに亀裂が発生する確率が高くなる。 Next, the cofire method will be described. The raw material slurry described above is formed into a sheet by a doctor blade method. Although there is no restriction | limiting in particular regarding sheet shaping | molding, As for the thickness of a sheet | seat, 3 mm or less is preferable after drying. If the thickness of the sheet exceeds 3 mm, the amount of drying shrinkage of the slurry increases, so that the probability of cracking in the sheet increases.
上述したシート上に所定形状の電気回路となる金属層を、導体ペーストをスクリーン印刷などの手法により塗布することにより形成する。導電ペーストは、ポストメタライズ法で説明したものと同じものを用いることができる。ただし、コファイアー法では、導電ペーストに酸化物粉末を添加しなくても支障はない。 A metal layer to be an electric circuit having a predetermined shape is formed on the above-described sheet by applying a conductive paste by a technique such as screen printing. The same conductive paste as that described in the post metallization method can be used. However, in the cofire method, there is no problem even if the oxide powder is not added to the conductive paste.
次に、回路形成を行ったシート及び回路形成をしていないシートを積層する。積層の方法は、各シートを所定の位置にセットし、重ね合わせる。この時、必要に応じて各シート間に溶剤を塗布しておく。重ね合わせた状態で、必要に応じて加熱する。加熱する場合、加熱温度は、１５０℃以下であることが好ましい。これを超える温度に加熱すると、積層したシートが大きく変形する。そして、重ね合わせたシートに圧力を加えて一体化する。加える圧力は、１〜１００ＭＰａの範囲が好ましい。１ＭＰａ未満の圧力では、シートが充分に一体化せず、その後の工程中に剥離することがある。また、１００ＭＰａを超える圧力を加えると、シートの変形量が大きくなりすぎる。 Next, the sheet on which the circuit is formed and the sheet on which the circuit is not formed are stacked. In the laminating method, each sheet is set at a predetermined position and overlapped. At this time, a solvent is applied between the sheets as necessary. In the state of being overlaid, heat as necessary. When heating, it is preferable that heating temperature is 150 degrees C or less. When heated to a temperature exceeding this, the laminated sheets are greatly deformed. Then, the stacked sheets are integrated by applying pressure. The applied pressure is preferably in the range of 1 to 100 MPa. If the pressure is less than 1 MPa, the sheets may not be sufficiently integrated and may peel during the subsequent steps. Further, when a pressure exceeding 100 MPa is applied, the deformation amount of the sheet becomes too large.
この積層体を、前述のポストメタライズ法と同様に、脱脂処理並びに焼結を行う。脱脂処理や焼結の温度や、炭素量等はポストメタライズ法と同じである。前述した、導電ペーストをシートに印刷する際に、複数のシートにそれぞれヒータ回路や静電吸着用電極等を印刷し、それらを積層することで、複数の電気回路を有する通電発熱ヒータを容易に作成することも可能である。このようにして、セラミックスヒータとなるセラミックス積層焼結体を得ることができる。 This laminated body is degreased and sintered in the same manner as the above-described post metallization method. The degreasing treatment and sintering temperature, the amount of carbon, etc. are the same as in the post metallization method. When the conductive paste is printed on a sheet as described above, a heater circuit, an electrostatic adsorption electrode, etc. are printed on a plurality of sheets, respectively, and these are stacked to facilitate an energizing heat generating heater having a plurality of electric circuits. It is also possible to create it. In this way, a ceramic laminated sintered body that becomes a ceramic heater can be obtained.
なお、発熱体回路などの電気回路が、セラミックス積層体の最外層に形成されている場合は、電気回路の保護と絶縁性の確保のために、前述のポストメタライズ法と同様に、電気回路の上に絶縁性コートを形成することができる。 In addition, when an electric circuit such as a heating element circuit is formed in the outermost layer of the ceramic laminate, in order to protect the electric circuit and ensure insulation, the electric circuit An insulating coating can be formed thereon.
得られたセラミックス積層焼結体は、必要に応じて加工を施す。通常、焼結した状態では、半導体製造装置で要求される精度に入らないことが多い。加工精度は、例えば、被処理物搭載面の平面度は０．５ｍｍ以下が好ましく、さらには０．１ｍｍ以下が特に好ましい。平面度が０．５ｍｍを超えると、被処理物とセラミックスヒータとの間に隙間が生じやすくなり、セラミックスヒータの熱が被処理物に均一に伝わらなくなり、被処理物の温度ムラが発生しやすくなる。 The obtained ceramic laminated sintered body is processed as necessary. Usually, in the sintered state, the accuracy required for a semiconductor manufacturing apparatus is often not reached. As for the processing accuracy, for example, the flatness of the workpiece mounting surface is preferably 0.5 mm or less, more preferably 0.1 mm or less. When the flatness exceeds 0.5 mm, a gap is likely to be formed between the workpiece and the ceramic heater, and the heat of the ceramic heater is not transmitted uniformly to the workpiece, and the temperature unevenness of the workpiece is likely to occur. Become.
また、セラミックスヒータの被加熱物搭載面の面粗さは、Ｒａで５μｍ以下が好ましい。Ｒａで５μｍを超えると、セラミックスヒータとウェハとの摩擦によって、ＡｌＮの脱粒が多くなることがある。この時、脱粒した粒子はパーティクルとなり、ウェハ上への成膜やエッチングなどの処理に対して悪影響を与えることになる。さらに、表面粗さは、Ｒａで１μｍ以下であれば、好適である。 Further, the surface roughness of the heated object mounting surface of the ceramic heater is preferably 5 μm or less in terms of Ra. If the Ra exceeds 5 μm, AlN degranulation may increase due to friction between the ceramic heater and the wafer. At this time, the shed particles become particles, which adversely affects processing such as film formation and etching on the wafer. Further, the surface roughness is preferably 1 μm or less in terms of Ra.
次に、加工したセラミックス積層体に電極を取り付ける。取付は、公知の手法で行うことができる。例えば、セラミックス積層体の被加熱物搭載面面と反対側から電気回路までザグリ加工を施し、電気回路にメタライズを施すかあるいはメタライズなしで直接活性金属ろうを用いて、モリブデンやタングステン等の電極を接続すればよい。その後必要に応じて電極にメッキを施し、耐酸化性を向上させることができる。このようにしてセラミックスヒータ作成することができる。 Next, an electrode is attached to the processed ceramic laminate. Attachment can be performed by a known method. For example, countersunk the ceramic laminate from the surface on which the object to be heated is mounted to the electrical circuit, metallizing the electrical circuit, or using an active metal brazing directly without metallization, and using electrodes such as molybdenum and tungsten Just connect. Thereafter, the electrode can be plated as necessary to improve oxidation resistance. In this way, a ceramic heater can be produced.
導電体や金属ベースは公知の金属の加工方法によって作成することができる。また、断熱材は、公知のムライトや酸化アルミニウムの焼結体を適宜加工して作成することができる。 The conductor and the metal base can be produced by a known metal processing method. Moreover, a heat insulating material can be produced by appropriately processing a known sintered body of mullite or aluminum oxide.
１００重量部の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末と０．５重量部の酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）粉末を混合し、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを溶剤として、それぞれ１０重量部、５重量部混合して、スプレードライにより顆粒を作成後、プレス成形し、７００℃窒素雰囲下で脱脂し、窒素雰囲気中、１８５０℃で焼結し、ＡｌＮ焼結体を作成した。なお、窒化アルミニウム粉末は、平均粒径０．６μｍ、比表面積３．４ｍ２／ｇのものを使用した。このＡｌＮ焼結体を加工して、直径３３０ｍｍ、厚み７ｍｍとした。このＡｌＮ焼結体の熱伝導率は、１７５Ｗ／ｍＫであった。このＡｌＮ焼結体に、直径７ｍｍの貫通孔を５箇所あけ、さらに温度測定素子を設置するために、直径３．３ｍｍ、深さ２．５ｍｍの孔をあけた。 100 parts by weight of aluminum nitride (AlN) powder and 0.5 parts by weight of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder are mixed, and polyvinyl butyral is used as a binder and dibutyl phthalate is used as a solvent. Then, after preparing the granules by spray drying, they were press-molded, degreased in a nitrogen atmosphere at 700 ° C., and sintered at 1850 ° C. in a nitrogen atmosphere to prepare an AlN sintered body. The aluminum nitride powder used had an average particle size of 0.6 μm and a specific surface area of 3.4 m 2 / g. This AlN sintered body was processed to have a diameter of 330 mm and a thickness of 7 mm. The thermal conductivity of this AlN sintered body was 175 W / mK. In this AlN sintered body, five through-holes with a diameter of 7 mm were made, and holes with a diameter of 3.3 mm and a depth of 2.5 mm were made in order to install a temperature measuring element.
平均粒径が２．０μｍのＷ粉末を１００重量部として、Ｙ２Ｏ３を１重量部と、５重量部のバインダーであるエチルセルロースと、溶剤としてブチルカルビトールを用いてＷペーストを作製した。混合にはポットミルと三本ロールを用いた。このＷペーストをスクリーン印刷で、前記加工したＡｌＮ焼結体の温度測定素子を設置する面上に、発熱体回路パターンを形成した。 A W paste was prepared using 100 parts by weight of W powder having an average particle size of 2.0 μm, 1 part by weight of Y 2 O 3 , 5 parts by weight of ethyl cellulose as a binder, and butyl carbitol as a solvent. A pot mill and three rolls were used for mixing. The W paste was screen-printed to form a heating element circuit pattern on the surface on which the temperature measuring element of the processed AlN sintered body was placed.
発熱体回路パターンを形成した面に、温度測定素子取付部と給電部を除いて、Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系のガラスペーストを１００μｍの厚さに塗布し、窒素雰囲気中７００℃で焼成した。発熱体回路の給電部にＷ製の端子を金ろうを用いて直接接合し、Ｗ端子にＮｉ電極７をネジ止めした。
On the surface on which the heating element circuit pattern is formed, a glass paste of B 2 O 3 —Al 2 O 3 system is applied to a thickness of 100 μm except for the temperature measurement element mounting portion and the power feeding portion, and at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere. Baked. A W-made terminal was directly joined to the power feeding portion of the heating element circuit using a gold solder, and the
また、導電体として、直径３３０ｍｍ、厚さ５ｍｍのＮｉ板を用意し、直径３３０ｍｍの片面に、Ｍ５のネジを深さ２．５ｍｍで３箇所形成し、その反対側の面に真空吸着用の溝を形成した。 In addition, a Ni plate having a diameter of 330 mm and a thickness of 5 mm is prepared as a conductor, three M5 screws are formed at a depth of 2.5 mm on one side of the diameter of 330 mm, and the opposite surface is used for vacuum suction. A groove was formed.
断熱材として、直径３３０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの多孔質ムライトを用意し、直径７ｍｍの貫通孔を５箇所、電極用の直径５ｍｍの貫通孔を２箇所、温度測定素子用の直径４ｍｍの貫通孔を１箇所形成した。 A porous mullite having a diameter of 330 mm and a thickness of 10 mm is prepared as a heat insulating material. Five through-holes with a diameter of 7 mm, two through-holes with a diameter of 5 mm for electrodes, and a through-hole with a diameter of 4 mm for temperature measuring elements are provided. One place was formed.
更に、金属ベースとして、直径３３０ｍｍ、厚さ５ｍｍのＡｌ製の金属板を用意し、図３に示すように、金属ベース１０の上に断熱材６、ＡｌＮヒータ２、導電体１の順に積層し、太さ５ｍｍのネジ１１で、金属ベースと導電体を固定した。最後に、Ｋ熱電対を金属ベースの下から差し込み、温度測定素子８とし、加熱装置を完成させた。
Further, an Al metal plate having a diameter of 330 mm and a thickness of 5 mm is prepared as a metal base, and the
比較として、前記ＡｌＮ焼結体に、直径７ｍｍの貫通孔を形成せず、発熱体回路パターンを形成した面と反対側の面に、真空吸着用の溝を形成し、発熱体回路パターンを形成した面に、Ｍ５のネジを深さ２．５ｍｍ、３箇所形成した後、溝を形成した面に厚さ０．０２ｍｍ、０．１ｍｍおよび０．２ｍｍのニッケルメッキを施したヒータを３個用意した。これらのヒータに上記同様Ｗ端子とＮｉ電極を取り付け、Ａｌ製金属ベース、断熱材、ヒータの順に積層し、ネジ固定した加熱装置も用意した。 As a comparison, a through hole having a diameter of 7 mm is not formed in the AlN sintered body, and a vacuum suction groove is formed on the surface opposite to the surface on which the heat generating circuit pattern is formed, thereby forming the heat generating circuit pattern. Three heaters with nickel plating of thickness 0.02mm, 0.1mm and 0.2mm are prepared on the grooved surface after forming three M5 screws at 2.5mm depth on the surface. did. Similarly to the above, W heaters and Ni electrodes were attached to these heaters, and an Al metal base, a heat insulating material, and a heater were laminated in this order, and a heating device fixed with screws was also prepared.
これらの加熱装置のＮｉ板またはＮｉメッキの直径での電気抵抗値を室温（２５℃）で測定した。また、熱電対の測定温度で２００℃に加熱し、被加熱物搭載面の反りを測定した。これらの結果を、表１に示す。 The electrical resistance value of the Ni plate or Ni plating diameter of these heating devices was measured at room temperature (25 ° C.). Moreover, it heated to 200 degreeC with the measurement temperature of the thermocouple, and the curvature of the to-be-heated object mounting surface was measured. These results are shown in Table 1.
表１から判るように、本発明のＮｏ．１は、導電体が５ｍｍと充分厚いので、抵抗値が充分低く、導電体とＡｌＮヒータとが、化学的に結合していないので、反りが小さい。これに対し、導電体をメッキで形成、すなわち導電体とＡｌＮヒータが化学的に結合しているＮｏ．２は、抵抗値が高く、Ｎｏ．３とＮｏ．４は反りが桁違いに大きく、また抵抗値も若干高かった。 As can be seen from Table 1, no. In No. 1, since the conductor is sufficiently thick as 5 mm, the resistance is sufficiently low, and the warp is small because the conductor and the AlN heater are not chemically bonded. On the other hand, the conductor is formed by plating, that is, the conductor and the AlN heater are chemically bonded. No. 2 has a high resistance value. 3 and no. In No. 4, the warpage was remarkably large, and the resistance value was slightly high.
実施例１の加熱装置で、断熱材を取り除き、ネジ１１にボルトとワッシャーを取り付けて、ＡｌＮヒータと金属ベースを接して組み立てて、加熱装置を完成させた。この試料番号をＮｏ．５とする。Ｎｏ．１とＮｏ．５の加熱装置に、５００Ｗの電極を供給したとき、熱電対の温度が２０℃から２００℃に到達する速度を測定した。
With the heating apparatus of Example 1, the heat insulating material was removed, bolts and washers were attached to the
その結果、Ｎｏ．１は、２５℃／分で昇温できたが、Ｎｏ．５は、３℃／分であった。熱伝導率の低い断熱材をはさむことにより、昇温時間の短縮が図れることが判明した。 As a result, no. No. 1 could be heated at 25 ° C./min. 5 was 3 ° C./min. It was found that the heating time can be shortened by sandwiching a heat insulating material having a low thermal conductivity.
実施例１のＡｌＮヒータを、ＳｉＣヒータ、Ａｌ２Ｏ３ヒータ、Ｓｉ３Ｎ４ヒータとして、それ以外は、実施例１と同様にして加熱装置を作成した。 A heating apparatus was prepared in the same manner as in Example 1 except that the AlN heater of Example 1 was replaced with a SiC heater, an Al 2 O 3 heater, and a Si 3 N 4 heater.
ＳｉＣヒータは、次のようにして作成した。１００重量部のＳｉＣ粉末と、１．０重量部の炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）と１．０重量部の炭素（Ｃ）粉末を混合し、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを溶剤として、それぞれ１０重量部、５重量部混合して、スプレードライにより顆粒を作成後、プレス成形し、７００℃窒素雰囲下で脱脂し、アルゴン雰囲気中、１９３０℃で焼結し、ＳｉＣ焼結体を作成した。このＳｉＣ焼結体を加工して、直径３３０ｍｍ、厚み７ｍｍとした。このＳｉＣ焼結体の熱伝導率は、１５０Ｗ／ｍＫであった。このＳｉＣ焼結体に、実施例１と同様にして、発熱体回路を形成し、Ｗ端子、Ｎｉ電極を取り付け、ＳｉＣヒータを完成させた。 The SiC heater was produced as follows. 100 parts by weight of SiC powder, 1.0 part by weight of boron carbide (B 4 C) and 1.0 part by weight of carbon (C) powder were mixed, 10 parts each using polyvinyl butyral as a binder and dibutyl phthalate as a solvent. Part by weight, 5 parts by weight were mixed and granulated by spray drying, then press-molded, degreased in a nitrogen atmosphere at 700 ° C., and sintered in an argon atmosphere at 1930 ° C. to produce a SiC sintered body . This SiC sintered body was processed to have a diameter of 330 mm and a thickness of 7 mm. The thermal conductivity of this SiC sintered body was 150 W / mK. A heating element circuit was formed on this SiC sintered body in the same manner as in Example 1, and W terminals and Ni electrodes were attached to complete the SiC heater.
Ａｌ２Ｏ３ヒータは、次のようにして作成した。１００重量部のＡｌ２Ｏ３粉末と、１．０重量部の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を混合し、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを溶剤として、それぞれ１０重量部、５重量部混合して、スプレードライにより顆粒を作成後、プレス成形し、大気中５００℃で脱脂し、大気雰囲気中、１５５０℃で焼結し、Ａｌ２Ｏ３焼結体を作成した。このＡｌ２Ｏ３焼結体を加工して、直径３３０ｍｍ、厚み７ｍｍとした。このＡｌ２Ｏ３焼結体の熱伝導率は、３０Ｗ／ｍＫであった。このＡｌ２Ｏ３焼結体に、実施例１と同様にして、発熱体回路を形成し、Ｗ端子、Ｎｉ電極を取り付け、Ａｌ２Ｏ３ヒータを完成させた。 The Al 2 O 3 heater was prepared as follows. Mix 100 parts by weight of Al 2 O 3 powder and 1.0 part by weight of magnesium oxide (MgO), mix 10 parts by weight and 5 parts by weight of polyvinyl butyral as a binder and dibutyl phthalate as a solvent. After producing granules by drying, they were press-molded, degreased at 500 ° C. in the air, and sintered at 1550 ° C. in an air atmosphere to prepare an Al 2 O 3 sintered body. The Al 2 O 3 sintered body was processed to have a diameter of 330 mm and a thickness of 7 mm. The thermal conductivity of this Al 2 O 3 sintered body was 30 W / mK. A heating element circuit was formed on this Al 2 O 3 sintered body in the same manner as in Example 1, W terminals and Ni electrodes were attached, and an Al 2 O 3 heater was completed.
Ｓｉ３Ｎ４ヒータは、次のようにして作成した。１００重量部のＳｉ３Ｎ４粉末と、１．０重量部のＹ２Ｏ３粉末を混合し、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを溶剤として、それぞれ１０重量部、５重量部混合して、スプレードライにより顆粒を作成後、プレス成形し、７００℃窒素雰囲下で脱脂し、窒素雰囲気中、１６５０℃で焼結し、Ｓｉ３Ｎ４焼結体を作成した。このＳｉ３Ｎ４焼結体を加工して、直径３３０ｍｍ、厚み７ｍｍとした。このＳｉ３Ｎ４焼結体の熱伝導率は、５０Ｗ／ｍＫであった。このＳｉ３Ｎ４焼結体に、実施例１と同様にして、発熱体回路を形成し、Ｗ端子、Ｎｉ電極を取り付け、Ｓｉ３Ｎ４ヒータを完成させた。 The Si 3 N 4 heater was prepared as follows. Mix 100 parts by weight of Si 3 N 4 powder and 1.0 part by weight of Y 2 O 3 powder, mix 10 parts by weight and 5 parts by weight of polyvinyl butyral as a binder and dibutyl phthalate as a solvent. After producing granules by drying, they were press-molded, degreased in a nitrogen atmosphere at 700 ° C., and sintered at 1650 ° C. in a nitrogen atmosphere to prepare a Si 3 N 4 sintered body. This Si 3 N 4 sintered body was processed to have a diameter of 330 mm and a thickness of 7 mm. The thermal conductivity of this Si 3 N 4 sintered body was 50 W / mK. A heating element circuit was formed on this Si 3 N 4 sintered body in the same manner as in Example 1, W terminals and Ni electrodes were attached, and a Si 3 N 4 heater was completed.
以上のように、実施例１のＡｌＮ焼結体を、ＳｉＣ焼結体、Ａｌ２Ｏ３焼結体、Ｓｉ３Ｎ４焼結体のしたこと以外は、実施例１と同様にして加熱装置を作成した。実施例１の加熱装置を含めた４種類の加熱装置を、それぞれ５００Ｗの電力を印加して、熱電対の温度が２０℃から２００℃に到達するまでの昇温時間、および電力供給を停止した時から２０℃に到達するまでの冷却時間を測定した。また、２０℃から４００℃まで昇温し、４００℃で１０分間保持した後、電力供給を停止し、２０℃まで冷却し、再度４００℃まで昇温し、保持するというサイクルを１０００回繰り返すサイクル試験を行い、ヒータが破損するまでの回数を調べた。これらの結果を表２に示す。 As described above, the heating apparatus is the same as in Example 1 except that the AlN sintered body of Example 1 is an SiC sintered body, an Al 2 O 3 sintered body, and an Si 3 N 4 sintered body. It was created. The four types of heating devices including the heating device of Example 1 were each applied with a power of 500 W, and the temperature raising time until the temperature of the thermocouple reached 20 ° C. to 200 ° C. and the power supply were stopped. The cooling time from reaching time until reaching 20 ° C. was measured. A cycle in which the temperature is raised from 20 ° C. to 400 ° C., held at 400 ° C. for 10 minutes, then the power supply is stopped, cooled to 20 ° C., heated to 400 ° C., and held again 1000 times. A test was conducted and the number of times until the heater was damaged was examined. These results are shown in Table 2.
表２から判るように、昇温、冷却時間は、熱伝導率のよいＡｌＮとＳｉＣが短く、優れている。また、Ａｌ２Ｏ３以外はサイクル試験で破損せず、信頼性が高いことが判る。特にＡｌＮは昇温、冷却時間と信頼性の両方に優れている。 As can be seen from Table 2, the heating and cooling times are excellent for AlN and SiC, which have good thermal conductivity, and are short. In addition, it can be seen that other than Al 2 O 3 is not damaged in the cycle test and is highly reliable. In particular, AlN is excellent in both temperature raising, cooling time and reliability.
実施例１の加熱装置で、断熱材をムライト、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮに代えた加熱装置を作成した。５００Ｗの電力を印加したときの熱電対の温度が２０℃から２００℃に到達する速度を調べた。その結果を断熱材の熱伝導率とともに、表３に示す。表３より、断熱材の熱伝導率が低いほど昇温速度が速いことが判る。 With the heating device of Example 1, a heating device was created in which the heat insulating material was replaced with mullite, Al 2 O 3 , and AlN. The speed at which the temperature of the thermocouple reached 500 ° C. when a 500 W power was applied was examined. The results are shown in Table 3 together with the heat conductivity of the heat insulating material. From Table 3, it can be seen that the lower the thermal conductivity of the heat insulating material, the faster the temperature raising rate.
実施例１の加熱装置で、導電体を、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｉ−ＳｉＣに代えた加熱装置を作成した。２００℃に昇温し、２００℃における導電体表面の均熱性を調べた。その結果を、導電体の熱伝導率とともに表４に示す。表４より、いずれも２００℃±０．５％以内であり、導電体の熱伝導率が高いほど均熱性に優れることが判る。 With the heating device of Example 1, a heating device was created in which the conductor was replaced with Cu, Al, or Si—SiC. The temperature was raised to 200 ° C., and the thermal uniformity of the conductor surface at 200 ° C. was examined. The results are shown in Table 4 together with the thermal conductivity of the conductor. It can be seen from Table 4 that the temperature is 200 ° C. ± 0.5% or less, and the higher the thermal conductivity of the conductor, the better the temperature uniformity.
実施例１の加熱装置で、導電体の厚みを、表５のように代えた加熱装置を作成し、導電体の直径での電気抵抗値を調べた。その結果を表５に示す。 With the heating device of Example 1, a heating device was prepared in which the thickness of the conductor was changed as shown in Table 5, and the electrical resistance value at the diameter of the conductor was examined. The results are shown in Table 5.
表５から判るように、導電体の厚みが０．１ｍｍ以上で、１×１０−３Ω以下の抵抗値とすることができる。また、導電体の厚みが、１ｍｍ以上で、１×１０−４Ω以下の抵抗値とすることができる。１×１０−４Ω以下という低抵抗値は、ウェハプローバ用として充分低い抵抗値である。 As can be seen from Table 5, the conductor has a thickness of 0.1 mm or more and a resistance value of 1 × 10 −3 Ω or less. Moreover, the thickness of the conductor can be 1 mm or more and a resistance value of 1 × 10 −4 Ω or less. A low resistance value of 1 × 10 −4 Ω or less is a sufficiently low resistance value for a wafer prober.
実施例１の加熱装置で、導電体の材質を、Ｃｕ（Ｎｏ．２１）、Ｃｕ板に５μｍのニッケルメッキ（Ｎｏ．２２）、Ｃｕ板に５μｍのニッケルメッキを施し更に０．５μｍの金メッキ（Ｎｏ．２３）に代えた加熱装置を作成し、２００℃、大気中で、１０００時間連続加熱した。その結果、Ｎｏ．２１の加熱装置では、Ｃｕ板の表面は、薄く酸化していることが認められ、場所によっては抵抗値が上がっている箇所がみられた。Ｎｏ．２２とＮｏ．２３の加熱装置は、電気抵抗値に変化はなかった。しかし、Ｎｏ．２２は、導電体の表面に若干のくすみが観察されたが、Ｎｏ．２３の加熱装置では、くすみなどはなく、１０００時間の加熱前と同じ外観であった。 In the heating apparatus of Example 1, the material of the conductor is Cu (No. 21), the Cu plate is plated with 5 μm nickel (No. 22), the Cu plate is plated with 5 μm nickel, and further is plated with 0.5 μm gold ( A heating device replaced with No. 23) was prepared and continuously heated at 200 ° C. in the air for 1000 hours. As a result, no. In the heating device of 21, the surface of the Cu plate was found to be thinly oxidized, and a portion with an increased resistance value was observed depending on the location. No. 22 and no. In the heating device of 23, the electrical resistance value did not change. However, no. In No. 22, a slight dullness was observed on the surface of the conductor. The 23 heating apparatus had no dullness and had the same appearance as before 1000 hours of heating.
実施例１の加熱装置で、ＡｌＮ焼結体に形成した発熱体の材質を、Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｎｉ−Ｃｒに代えて、それ以外は実施例１と同様にして、加熱装置Ｎｏ．２４〜２７を作成した。Ｎｏ．１を加えた５種類の加熱装置を、大気中で２００℃に加熱して１０００時間保持し、発熱体の導通不良の発生を調べた結果、いずれの加熱装置も導通不良は発生しなかった。 In the heating device of Example 1, the material of the heating element formed on the AlN sintered body was changed to Mo, Pt, Ag—Pd, Ni—Cr, and the rest was the same as in Example 1, except that the heating device No. . 24-27 were created. No. Five types of heating devices including 1 were heated to 200 ° C. in the atmosphere and held for 1000 hours, and the occurrence of poor conduction of the heating element was examined. As a result, no conduction failure occurred in any of the heating devices.
実施例１の加熱装置で、図４に示すようにネジ１１と金属ベース１０の間に、Ａｌ２Ｏ３製の電気絶縁リング１３を挟み込んで組み立てて、加熱装置（Ｎｏ．２８）を作成した。組み立て後、導電体１と金属ベース１０との間に電気的な導通はなく、大気中で２００℃で１０００時間保持した後も、導通は全く認められなかった。
In the heating apparatus of Example 1, as shown in FIG. 4, an electric insulating
図６に示すように、凹凸１５によって、導電体やセラミックスヒータなどの位置ずれを防止する構造とし、ネジ止めをしないこと以外は、実施例１と同様にして加熱装置（Ｎｏ．２９）を作成した。Ｎｏ．１とＮｏ．２９の加熱装置に、直径３００ｍｍのＳｉウェハを搭載し、真空吸着した。ヒータを２００℃に昇温して保持した状態で、１５ｍｍ角の大きさのプローブカードをウェハに、１００ｋｇｆの力で１秒間押さえつけてから、プローブカードをウェハから離すというプロセスを、最大１００００回繰り返し、ウェハとプローブカードの水平方向の位置ずれが発生するまでの回数を調べた。その結果、Ｎｏ．１は測定可能な位置ずれは発生しなかった。Ｎｏ．２９では、１００００回後に、０．３ｍｍの位置ずれが発生していた。ネジ止めにした方が長期的な信頼性に優れることが判った。
As shown in FIG. 6, a heating device (No. 29) is prepared in the same manner as in Example 1 except that the
図５に示すように、ネジ１１と金属ベース１０との間にバネ１４を挟んだこと以外は、実施例１と同様にして加熱装置（Ｎｏ．３０）を作成した。Ｎｏ．１とＮｏ．３０の加熱装置に、直径３００ｍｍのＳｉウェハを搭載し、真空吸着した。ヒータを２００℃に昇温して保持した状態で、１５ｍｍ角の大きさのプローブカードをウェハに、１００ｋｇｆの力で１秒間押さえつけてから、プローブカードをウェハから離すというプロセスを、最大１００００回繰り返し、ウェハとプローブカードの水平方向の位置ずれの量を調べた。その結果、１００００回後に、Ｎｏ．１は、０．３ｍｍの位置ずれが発生したが、Ｎｏ．３０は水平方向の位置ずれが、０．０５ｍｍであった。ネジと金属プレートの間にバネを挟んだ方が長期的な信頼性に優れることが判った。
As shown in FIG. 5, a heating device (No. 30) was created in the same manner as in Example 1 except that the
本発明によれば、導電体が電気的導電層として充分低抵抗となる厚さを有していながら、高剛性、低熱容量で反りの発生のない加熱装置を容易に得ることができる。このため、本発明の加熱装置を、半導体検査装置に用いれば、加熱装置の変形や反りによる接触不良を起こすことなく、かつウェハ全面において同じ条件で電気的特性を測定することが可能であり、更に短時間で昇温、降温が可能な半導体検査装置とすることができる。 According to the present invention, it is possible to easily obtain a heating device having a high rigidity, a low heat capacity, and no warpage, while the conductor has a thickness that provides a sufficiently low resistance as an electrically conductive layer. Therefore, if the heating device of the present invention is used in a semiconductor inspection device, it is possible to measure electrical characteristics under the same conditions on the entire wafer surface without causing contact failure due to deformation or warping of the heating device, Furthermore, a semiconductor inspection apparatus capable of raising and lowering temperature in a short time can be obtained.
１ 導電体
２ セラミックスヒータ
３ 真空吸着用溝
４ 貫通孔
５ 発熱体
６ 断熱材
７ 電極
８ 温度測定手段
１０ 金属ベース
１１ ネジ
１２ ウェハ
１３ 絶縁性材料
１４ バネ
１５ 凹凸
DESCRIPTION OF
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004097862A JP4686996B2 (en) | 2004-03-30 | 2004-03-30 | Heating device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004097862A JP4686996B2 (en) | 2004-03-30 | 2004-03-30 | Heating device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005286107A JP2005286107A (en) | 2005-10-13 |
| JP4686996B2 true JP4686996B2 (en) | 2011-05-25 |
Family
ID=35184144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004097862A Expired - Lifetime JP4686996B2 (en) | 2004-03-30 | 2004-03-30 | Heating device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4686996B2 (en) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI345285B (en) * | 2006-10-06 | 2011-07-11 | Ngk Insulators Ltd | Substrate supporting member |
| JP2009004472A (en) * | 2007-06-20 | 2009-01-08 | Bridgestone Corp | Laminated heater unit |
| JP4988459B2 (en) * | 2007-07-04 | 2012-08-01 | エスペック株式会社 | Constant temperature test equipment for testing and semiconductor wafer performance testing equipment |
| JP5447123B2 (en) * | 2009-05-28 | 2014-03-19 | 住友電気工業株式会社 | Heater unit and apparatus provided with the same |
| JP5605265B2 (en) * | 2011-02-24 | 2014-10-15 | 住友電気工業株式会社 | Heater unit for semiconductor manufacturing equipment |
| JP6013250B2 (en) * | 2013-03-27 | 2016-10-25 | 東京エレクトロン株式会社 | Probe device |
| JP6060889B2 (en) * | 2013-12-16 | 2017-01-18 | 住友電気工業株式会社 | Heater unit for wafer heating |
| JP6317242B2 (en) * | 2014-11-28 | 2018-04-25 | 京セラ株式会社 | Sample holder |
| US9887478B2 (en) * | 2015-04-21 | 2018-02-06 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Thermally insulating electrical contact probe |
| KR101572233B1 (en) * | 2015-04-22 | 2015-11-26 | 광진산업(주) | Microwave Shaft Kiln |
| JP2020080365A (en) * | 2018-11-13 | 2020-05-28 | 三星電子株式会社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | Wafer stage, semiconductor manufacturing apparatus, and wafer stage manufacturing method |
| US20200404747A1 (en) * | 2018-11-19 | 2020-12-24 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Holding device and method of manufacturing holding device |
| JP7312712B2 (en) * | 2020-02-07 | 2023-07-21 | 新光電気工業株式会社 | Ceramic substrate, electrostatic chuck, manufacturing method of electrostatic chuck |
| CN115938995B (en) * | 2023-02-24 | 2023-05-30 | 深圳市新凯来技术有限公司 | Wafer heating device and semiconductor processing equipment |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01315153A (en) * | 1989-02-17 | 1989-12-20 | Tokyo Electron Ltd | Wafer-mounting member of prober |
| JPH11121149A (en) * | 1997-10-09 | 1999-04-30 | Ushio Inc | Flat heating device |
| JP2001345309A (en) * | 2000-06-01 | 2001-12-14 | Toshiba Ceramics Co Ltd | Ceramic heater for heating semiconductor |
| JP2002141288A (en) * | 2000-10-30 | 2002-05-17 | Kyocera Corp | Wafer heating system |
| WO2002089531A1 (en) * | 2001-04-30 | 2002-11-07 | Lam Research, Corporation | Method and apparatus for controlling the spatial temperature distribution across the surface of a workpiece support |
-
2004
- 2004-03-30 JP JP2004097862A patent/JP4686996B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01315153A (en) * | 1989-02-17 | 1989-12-20 | Tokyo Electron Ltd | Wafer-mounting member of prober |
| JPH11121149A (en) * | 1997-10-09 | 1999-04-30 | Ushio Inc | Flat heating device |
| JP2001345309A (en) * | 2000-06-01 | 2001-12-14 | Toshiba Ceramics Co Ltd | Ceramic heater for heating semiconductor |
| JP2002141288A (en) * | 2000-10-30 | 2002-05-17 | Kyocera Corp | Wafer heating system |
| WO2002089531A1 (en) * | 2001-04-30 | 2002-11-07 | Lam Research, Corporation | Method and apparatus for controlling the spatial temperature distribution across the surface of a workpiece support |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2005286107A (en) | 2005-10-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3975944B2 (en) | HOLDER FOR SEMICONDUCTOR OR LIQUID CRYSTAL MANUFACTURING DEVICE AND SEMICONDUCTOR OR LIQUID CRYSTAL MANUFACTURING DEVICE WITH THE SAME | |
| US20060102613A1 (en) | Semiconductor fabrication device heater and heating device equipped with the same | |
| WO2001066488A1 (en) | Ceramic substrate for manufacture/inspection of semiconductor | |
| JP4686996B2 (en) | Heating device | |
| JPH11168134A (en) | Electrostatic attracting device and manufacture thereof | |
| WO2001082366A1 (en) | Ceramic substrate for semiconductor fabricating device | |
| JP3933174B2 (en) | Heater unit and device equipped with the same | |
| WO2002042241A1 (en) | Aluminum nitride sintered body, method for producing aluminum nitride sintered body, ceramic substrate and method for producing ceramic substrate | |
| WO2010110137A1 (en) | Wafer retainer for improving a method of connecting a high-frequency electrode, and semiconductor production device on which the wafer retainer is mounted | |
| JP2005317749A (en) | Holding body for semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor manufacturing apparatus loaded therewith | |
| JP2006332068A (en) | Ceramic heater and apparatus mounted the same for manufacturing semiconductor or liquid crystal | |
| WO2001067817A1 (en) | Ceramic substrate | |
| JP2005063991A (en) | Semiconductor manufacturing equipment | |
| JP3966201B2 (en) | Wafer holder for semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor manufacturing apparatus equipped with the same | |
| JP5644161B2 (en) | Electrostatic chuck for holding semiconductor and method for manufacturing the same | |
| JP2005302856A (en) | Heater | |
| JP2009031117A (en) | Heating/cooling module | |
| JP2006044980A (en) | Aluminum nitride sintered compact | |
| JP2005267931A (en) | Heater unit | |
| JP2007248317A (en) | Heating and cooling module | |
| JP2001319967A (en) | Method for manufacturing ceramic substrate | |
| JP4111013B2 (en) | Wafer holder for semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor manufacturing apparatus equipped with the same | |
| JP3991887B2 (en) | Wafer holder for semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor manufacturing apparatus equipped with the same | |
| JP4831953B2 (en) | Aluminum nitride sintered body | |
| JP2006319344A (en) | Wafer holder for semiconductor production system and semiconductor production system mounting same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD07 | Notification of extinguishment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7427 Effective date: 20060419 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060823 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100625 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100720 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100915 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110118 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110131 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4686996 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140225 Year of fee payment: 3 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |