JP2000231980A - ホットプレート用窒化アルミニウム基材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 導体層にマイグレーションが起こりにくく信
頼性に優れたホットプレート用窒化アルミニウム基材を
提供すること。 【解決手段】 この窒化アルミニウム基材９はホットプ
レート３用であり、銀からなる導体層１０，１０ａを有
する。この導体層１０，１０ａは保護層１５により被覆
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ホットプレートに
用いられる窒化アルミニウム基材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスにおいて、例えば感
光性樹脂塗布工程を経たシリコンウェハを加熱乾燥させ
る場合、通常、ホットプレートと呼ばれる加熱装置が用
いられる。

【０００３】従来におけるこの種のホットプレートは、
窒化アルミニウム基材の片側面に抵抗体を形成してなる
構造を有している。そして、ホットプレートの上面側に
被加熱物であるシリコンウェハを載置し、この状態で抵
抗体に通電することにより、シリコンウェハが数百℃に
加熱されるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来装置を
湿気のある雰囲気下で使用していると、金属である銀が
イオン化し、その状態で導体層に通電を行なうと、銀イ
オンが移動して内部にピンホールが形成される現象（マ
イグレーション）が起こることがある。その結果、導体
層間でショート不良が生じやすくなり、信頼性の低下を
来たす原因になる。

【０００５】また、抵抗体の一部にピン接続用パッド部
を設け、そこにピンをはんだ付けするような場合、銀と
はんだとが直接接触することになるため、銀がはんだに
吸われてしまう現象（はんだ食われ）が起こりやすくな
る。勿論、これも信頼性を低下させる原因となる。

【０００６】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、導体層にマイグレーションが起こ
りにくく信頼性に優れたホットプレート用窒化アルミニ
ウム基材を提供することにある。

【０００７】本発明の別の目的は、さらに、はんだ食わ
れが起こりにくいホットプレート用窒化アルミニウム基
材を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明では、銀からなる導体層を
有するホットプレート用の窒化アルミニウム基材におい
て、前記導体層が保護層により被覆されていることを特
徴とするホットプレート用窒化アルミニウム基材をその
要旨とする。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１におい
て、前記保護層は耐はんだ性を有する導電性金属からな
る層であるとした。請求項３に記載の発明は、請求項２
において、前記導体層は前記窒化アルミニウム基材の表
面に形成されるとともにその一部にピン接続用パッド部
を有する抵抗体であり、その抵抗体はニッケル層により
被覆され、前記パッド部上の前記ニッケル層にははんだ
を介して端子ピンが接合されているとした。

【００１０】以下、本発明の「作用」について説明す
る。請求項１に記載の発明によると、保護層によって導
体層が被覆される結果、導体層が外部に露出しなくな
り、周囲の雰囲気に左右されなくなる。従って、雰囲気
中に湿気が含まれていたとしても、その湿気が銀をイオ
ン化することはなく、導体層にマイグレーションが起こ
りにくくなる。

【００１１】請求項２に記載の発明によると、保護層は
導電性金属からなる層であるので、はんだ付けに適して
いる。また、この保護層は耐はんだ性を有するので、は
んだ付けがなされる場合でも、同層自体にはんだ食われ
が起こるようなこともない。

【００１２】請求項３に記載の発明によると、端子ピン
及びピン接続用パッド部を介して抵抗体に通電を行なう
ことにより、抵抗体が発熱し、窒化アルミニウム基材が
加熱される。保護層としてのニッケル層は、好適な硬度
や耐はんだ性を有するため、マイグレーション及びはん
だ食われを確実に防止することができる。また、ニッケ
ル層は好適な導電性も有するので、はんだ付けに適した
ものとなっている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の窒化アルミニウム
基材を具体化した一実施形態のホットプレートユニット
１を図１，図２に基づき詳細に説明する。

【００１４】図１に示されるホットプレートユニット１
は、ケーシング２及びホットプレート３を主要な構成要
素として備えている。ケーシング２は有底状の金属製部
材であって、断面円形状の開口部４をその上部側に備え
ている。当該開口部４には環状のシールリング１４を介
してホットプレート３が取り付けられる。ケーシング２
の底部２ａの中心部における３箇所には、図示しないリ
フトピンが挿通されるピン挿通スリーブ５が設けられて
いる。これらのリフトピンは、シリコンウェハＷ１を３
点で支持した状態で同シリコンウェハＷ１を昇降させ
る。底部２ａの外周部には電流供給用のリード線６を挿
通するためのリード線引出用孔７が形成され、各リード
線６はそこからケーシング２の外部に引き出されてい
る。

【００１５】窒化アルミニウム焼結体製の基材９からな
る本実施形態のホットプレート３は、感光性樹脂が塗布
されたシリコンウェハＷ１を２００〜３００℃にて乾燥
させるための低温用ホットプレート３である。窒化アル
ミニウム焼結体をプレート形成用セラミック焼結体とし
て選択した理由は、他のセラミック焼結体に比べて耐熱
性に優れかつ熱伝導率が高いという性質があるからであ
る。

【００１６】図１に示されるように、この窒化アルミニ
ウム基材９は、円盤状をした厚さ約１ｍｍ〜数ｍｍ程度
の板状物であって、ケーシング２の外形寸法より若干小
径となるように設計されている。窒化アルミニウム基材
９の中心部には、各リフトピンに対応した３箇所にそれ
ぞれピン挿通孔１１が透設されている。

【００１７】窒化アルミニウム基材９の下面側には、導
体層としての抵抗パターン１０が同心円状ないし渦巻き
状に形成されている。抵抗パターン１０の端部にはピン
接続用パッド部１０ａが形成されている。これらのパッ
ド部１０ａには、導電性材料からなる端子ピン１２の基
端部がはんだ付けされている。その結果、各端子ピン１
２と抵抗パターン１０との電気的な導通が図られてい
る。各端子ピン１２の先端部には、リード線６の先端部
にあるソケット６ａが嵌着されている。従って、リード
線６及び端子ピン１２を介して抵抗パターン１０に電流
を供給すると、抵抗パターン１０の温度が上昇し、ホッ
トプレート３全体が加熱される。

【００１８】図２(ｄ)に示される抵抗パターン１０及び
パッド部１０ａは銀からなるものであって、それらは保
護層１５により全体的に被覆されている。導体層１０，
１０ａを形成する金属として銀を選択した理由は、高温
に晒されても比較的酸化しにくく、通電により発熱させ
るにあたって充分な抵抗値を有するからである。

【００１９】上記の保護層１５は、少なくともそれ自身
にマイグレーションが起こらない材料によって形成され
ている必要がある。また、パッド部１０ａを被覆する保
護層１５である場合については、上記の耐マイグレーシ
ョン性に加えて、耐はんだ性や好適な導電性を備えた材
料が用いられることが望ましい。さらに、この窒化アル
ミニウム基材９はホットプレート３用であることから、
上記の保護層１５は少なくとも２００℃〜３００℃程度
に耐えうる耐熱性を備えた材料からなることが望まし
い。

【００２０】具体的にいうと、ニッケル、コバルト及び
クロムから選択される少なくとも１つからなる層を保護
層１５とすることがよい。これらの金属は、ある程度の
耐熱性を備えることに加え、上記の諸性質（耐マイグレ
ーション性、耐はんだ性、好適な導電性）を兼ね備えて
いるからである。このような事情に鑑み、本実施形態で
は保護層１５としてニッケル層１５を設けることとして
いる。なお、ニッケル層１５の形成方法としては、例え
ば無電解ニッケルめっき等のような従来の一般的な手法
を採用すればよい。なお、ニッケルは比較的硬質であっ
てしかも廉価であるという点からも、好ましい材料であ
るといえる。

【００２１】抵抗パターン１０やパッド部１０ａは、５
μm〜５００μm程度の厚さ、好ましくは１０μm〜５０
μm程度の厚さに形成されることがよい。また、ニッケ
ル等の金属材料を選択した場合における保護層１５の厚
さは０．５μm〜５μm程度、好ましくは１μm〜３μm程
度に設定されることがよい。この厚さが薄くなりすぎる
と、抵抗パターン１０等の被覆が不完全になって、耐マ
イグレーション性などを充分に向上させることができな
くなるおそれがある。逆にこの厚さを必要以上に厚くし
たとしても、それによる大幅な効果の向上は期待できな
い反面、かえって生産性の悪化や高コスト化を招く等の
不都合が生じる。

【００２２】次に、上記窒化アルミニウム基材９からな
るホットプレート３を製造する手順の一例を簡単に説明
する。窒化アルミニウムの粉体に、必要に応じてイット
リアなどの焼結助剤やバインダー等を添加してなる混合
物を作製し、これを３本ロール等により均一に混練す
る。この混練物を材料として、厚さ数ｍｍ程度の板状生
成形体をプレス成形により作製する。

【００２３】作製された生成形体に対してパンチングま
たはドリリングによる穴あけを行い、ピン挿通孔１１を
形成する。次いで、穴あけ工程を経た生成形体を乾燥、
仮焼成及び本焼成して完全に焼結させることにより、窒
化アルミニウム焼結体製の基材９を作製する（図２(a)
参照）。焼成工程はＨＩＰ装置によって行われることが
よく、その温度は１５００℃〜２０００℃程度に設定さ
れることがよい。この後、窒化アルミニウム基材９を所
定径（本実施形態では２３０mmφ）にかつ円形状に切り
出し、これをバフ研磨装置等を用いて表面研削加工す
る。

【００２４】上記工程を経た後、あらかじめ調製してお
いた銀ペーストを、窒化アルミニウム基材９の下面側に
スクリーン印刷等により均一に塗布する。ここでは使用
される銀ペーストは、銀粒子（Ａｇ粒子）、金属酸化物
からなるガラスフリット、溶剤などを含んでいる。金属
粒子として銀粒子を選択した理由は、高温に晒されても
比較的酸化しにくく、通電により発熱させるにあたって
充分な抵抗値を有するからである。銀ペースト中におい
て、銀粒子は４０重量部〜７０重量部ほど含まれ、ガラ
スフリットは５重量部〜３５重量部ほど含まれ、その残
りが溶剤となっている。

【００２５】そして、塗布された銀ペーストを約６００
℃〜８００℃の温度で所定時間加熱すると、銀ペースト
中の溶剤が揮発して、窒化アルミニウム基材９の下面側
に銀からなる抵抗パターン１０及びパッド部１０ａが焼
き付けられる（図２(b)参照）。

【００２６】さらにここで無電解ニッケル浴を用いた無
電解めっきを行ない、抵抗パターン１０及びパッド部１
０ａの表面全体に選択的にニッケルを析出させる。本実
施形態においては用いた無電解ニッケルめっき浴は、具
体的には上村工業株式会社製、商品名「ＢＥＬ−６０
１」である。その際、めっき時間を１０分〜１５分に設
定し、めっき温度を６０℃〜７０℃に設定した。その結
果、銀からなる抵抗パターン１０及びパッド部１０ａを
被覆する厚さ約１．５μmのニッケル層１５を形成した
（図２（c）参照）。

【００２７】その後、パッド部１０ａ上に形成されたニ
ッケル層１５に対しては、はんだＳ１を介して端子ピン
１２を接合した（図２(d)参照）。このようにホットプ
レート３を完成させた後、さらにこれをケーシング２の
開口部４に取り付ければ、図１に示す所望のホットプレ
ートユニット１が完成する。

【００２８】従って、本実施形態によれば以下のような
効果を得ることができる。 （１）本実施形態のホットプレート３では、窒化アルミ
ニウム基材９に形成された抵抗パターン１０やパッド部
１０aが保護層１５によって被覆されている。その結
果、抵抗パターン１０やパッド部１０aが外部に露出し
なくなり、周囲の雰囲気に左右されなくなる。従って、
雰囲気中に湿気が含まれていたとしても、その湿気が銀
をイオン化することはなく、抵抗パターン１０やパッド
部１０aにマイグレーションが起こりにくくなる。ゆえ
に、従来のものに比べて確実に信頼性が向上する。

【００２９】（２）本実施形態ではニッケル層１５を保
護層１５としている。ニッケルは好適な導電性を有する
金属であるので、パッド部１０ａについては、何ら剥離
工程を経ることなく直にニッケル層１５に対してはんだ
付けを行なうことができる。従って、導電性を有しない
材料を選択したような場合のように、はんだ付けによる
端子ピン１２の接合の前に保護層１５を剥離する必要が
なく、それに伴う工程の複雑化や高コスト化を回避する
ことができる。

【００３０】（３）また、ニッケルは耐はんだ性を有す
るので、はんだS１に接触したとしてもニッケル層１５
自体にはんだ食われが起こるようなこともない。さら
に、ニッケルは好適な硬度を有する材料であって、しか
も自身にマイグレーションが起こらない材料である。こ
のことにより耐マイグレーション性の向上が期待でき
る。加えて、ニッケルはこのホットプレートユニット１
に要求される程度の耐熱性も有するので、加熱・冷却を
繰り返したとしても、ニッケル層１５に剥離等が起こる
ことはない。

【００３１】（４）本実施形態では、無電解めっき法に
よって上記のニッケル層１５を形成している。そのた
め、形成にあたってそれほど大掛かりな設備を必要とせ
ず、ホットプレートユニット１の製造コストの高騰を回
避することができる。

【００３２】なお、本発明の実施形態は以下のように変
更してもよい。 ・ 図３に示される別例のホットプレート３では、抵抗
パターン１０及びパッド部１０ａが、第1層Ｌ１と第2層
Ｌ２とからなる２層構造をなしている。窒化アルミニウ
ム基材９の表面に対して形成される第1層Ｌ１は、ガラ
スフリット溶融層である。第1層Ｌ１上に形成される第2
層Ｌ２は、導電体である銀を主成分として含んでいる。
同図にて概略的に示されるように、下地層である第１層
Ｌ１は第２層Ｌ２よりもいくぶん薄く形成されているこ
とがよく、具体的には第2層Ｌ２の１／３〜１／１０程
度であることが好ましい。このような２層構造からなる
抵抗パターン１０等は、例えば、酸化ルテニウムを含む
とともに、さらに酸化珪素、酸化鉛及び酸化亜鉛から選
択される少なくともいずれか１つを含むガラスフリット
が分散された銀ペーストを用いて形成されることができ
る。

【００３３】・ はんだ付けを必要とせずマイグレーシ
ョン防止のみを目的とする導体層１０であるならば、導
電性を有しない金属やセラミック材料からなる保護層に
よってその被覆を行なってもよい。

【００３４】・ 保護層１５は実施形態にて示した無電
解めっき法以外の手法、例えば電解めっき法等により形
成されてもよく、さらにはスパッタリングやＣＶＤ等と
いった手法により形成されてもよい。

【００３５】・ 窒化アルミニウム基材９はプレス成形
法を経て製造されたもののみに限定されることはなく、
例えばドクターブレード装置を利用したシート成形法を
経て製造されたものでもよい。シート成形法を採用した
場合、例えば積層されたシート間に抵抗パターン１０を
配設することができるので、高温用のホットプレート３
を比較的容易に実現することができる。

【００３６】・ 導体層は実施形態において例示した抵
抗パターン１０やパッド部１０aのみに限定されること
はなく、それ以外のもの、つまり発熱用の抵抗体ではな
い導体層であってもよい。

【００３７】・ 窒化アルミニウム基材９に対して銀ペ
ーストを塗布する方法としては、スクリーン印刷法のみ
ならず、例えば捺印法などのその他の手法もある。次
に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、
前述した実施形態によって把握される技術的思想をその
効果とともに以下に列挙する。

【００３８】（１） 請求項１において、前記保護層は
金属材料からなる層であること。従って、この技術的思
想１に記載の発明によると、少なくともホットプレート
の使用温度範囲内での耐熱性を備えた保護層とすること
ができる。

【００３９】（２） 請求項１または２において、前記
保護層はニッケル、コバルト及びクロムから選択される
少なくとも１つからなる層であること。従って、この技
術的思想２に記載の発明によると、耐熱性、耐マイグレ
ーション性、耐はんだ性、好適な導電性を兼ね備えた保
護層を得ることができる。

【００４０】（３） 請求項１または２において、前記
保護層はニッケル、コバルト及びクロムから選択される
少なくとも１つからなる無電解めっき層であること。従
って、この技術的思想３に記載の発明によると、さらに
製造コストの低減を図ることができる。

【００４１】（４） 請求項１乃至３、技術的思想１乃
至３のうちの１つにおいて、前記導体層は、銀層とその
下地であるガラスフリット溶融層とからなる2層構造を
なすものであること。従って、この技術的思想４に記載
の発明によると、密着性に優れた導体層を得ることがで
きる。

【００４２】（５） 技術的思想４において、前記2層
構造をなす導体層は、前記酸化ルテニウムと、酸化珪
素、酸化鉛及び酸化亜鉛から選択される少なくともいず
れか１つとをその成分として含むガラスフリットが分散
された銀ペーストを用いて形成されること。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜３に記
載の発明によれば、導体層にマイグレーションが起こり
にくく信頼性に優れたホットプレート用窒化アルミニウ
ム基材を提供することができる。

【００４４】請求項２，３に記載の発明によれば、耐は
んだ性を有するので、はんだ食われが起こりにくくな
り、工程複雑化や高コスト化を伴うことなく端子ピンを
接合することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施形態のホットプレー
トユニットの概略断面図。

【図２】（ａ）〜（ｄ）は実施形態の窒化アルミニウム
基材に導体層を形成する手順を説明するための要部拡大
断面図。

【図３】別例の窒化アルミニウム基材の要部拡大断面
図。

【符号の説明】

３…ホットプレート、９…ホットプレート用窒化アルミ
ニウム基材、１０…導体層としての抵抗体である抵抗パ
ターン、１０ａ…抵抗体の一部であるピン接続用パッド
部、１２…端子ピン、１５…保護層としてのニッケル
層、S１…はんだ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K034 AA02 AA21 AA34 AA35 AA37 BA02 BA11 BB05 BB06 BB14 BC12 CA02 CA15 CA26 CA32 EA14 HA01 HA10 JA02 3K092 PP09 QA05 QB02 QB44 QB69 QB75 QB76 QB78 QC02 QC18 QC25 QC38 QC43 QC52 RF03 RF11 RF17 RF22 SS50 TT07 VV03 VV08

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】銀からなる導体層を有するホットプレート
   用の窒化アルミニウム基材において、前記導体層が保護
   層により被覆されていることを特徴とするホットプレー
   ト用窒化アルミニウム基材。
2. 【請求項２】前記保護層は耐はんだ性を有する導電性金
   属からなる層であることを特徴とする請求項１に記載の
   ホットプレート用窒化アルミニウム基材。
3. 【請求項３】前記導体層は前記窒化アルミニウム基材の
   表面に形成されるとともにその一部にピン接続用パッド
   部を有する抵抗体であり、その抵抗体はニッケル層によ
   り被覆され、前記パッド部上の前記ニッケル層にははん
   だを介して端子ピンが接合されていることを特徴とする
   請求項２に記載のホットプレート用窒化アルミニウム基
   材。