JP2001357965A

JP2001357965A - 半導体製造・検査装置用ホットプレート

Info

Publication number: JP2001357965A
Application number: JP2000180321A
Authority: JP
Inventors: Yasuji Hiramatsu; 靖二平松; Yasutaka Ito; 康隆伊藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2000-06-15
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2001-12-26
Anticipated expiration: 2020-06-15
Also published as: EP1229570A1; US20030080110A1; JP3618640B2; EP1229570A4; WO2001097263A1

Abstract

(57)【要約】【課題】セラミック基板の赤外線透過率が１０％以下
と低いため、加熱面の温度をサーモビュアにより正確に
測定することができるホットプレートを提供する。【解決手段】セラミック基板の表面または内部に導体
層が形成されたホットプレートであって、前記セラミッ
ク基板は、赤外線の波長の透過率が０または１０％以下
であることを特徴とするホットプレート。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

〔発明の詳細な説明〕

【０００２】

【従来の技術】エッチング装置や、化学的気相成長装置
等を含む半導体製造・検査装置等においては、従来、ス
テンレス鋼やアルミニウム合金などの金属製基材を用い
たヒータやウエハプローバ等が用いられてきた。

【０００３】ところが、このような金属製のヒータは、
以下のような問題があった。まず、金属製であるため、
ヒータ板の厚みは、１５ｍｍ程度と厚くしなければなら
ない。なぜなら、薄い金属板では、加熱に起因する熱膨
張により、反り、歪み等が発生していまい、金属板上に
載置したシリコンウエハが破損したり傾いたりしてしま
うからである。しかしながら、ヒータ板の厚みを厚くす
ると、ヒータの重量が重くなり、また、嵩張ってしまう
という問題があった。

【０００４】また、抵抗発熱体に印加する電圧や電流量
を変えることにより、シリコンウエハ等の被加熱物を加
熱する面（以下、加熱面という）の温度を制御するので
あるが、金属板が厚いために、電圧や電流量の変化に対
してヒータ板の温度が迅速に追従せず、温度制御しにく
いという問題もあった。

【０００５】そこで、特開平１１−４０３３０号公報に
記載のように、基板として、熱伝導率が高く、強度も大
きい窒化物セラミックや炭化物セラミックを使用し、こ
れらのセラミックからなる板状体（セラミック基板）の
表面に、金属粒子を焼結して形成した抵抗発熱体が設け
られたホットプレートが提案されている。また、特開平
９−４８６６８号公報には、カーボンを含有する窒化ア
ルミニウム焼結体が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このセ
ラミック基板では、サーモビュアでシリコンウエハ等の
被加熱物を加熱する面（以下、加熱面という）の表面温
度を測定しようとすると、赤外線を透過してしまうた
め、発熱体から放射される赤外線を測定することとな
り、正確な加熱面の温度測定ができないという問題があ
った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意研究した結果、セラミック基板中
に所定量のカーボンを含有させることにより、すなわ
ち、セラミック粉末と樹脂を加圧成形し、生成形体とし
た後、脱脂、焼成することで、炭素の結晶性を低下させ
て、赤外線の吸収効率を高くし、また、樹脂として脱脂
工程で炭素が残りやすく、また、結晶性の低いものを選
択したりすることで、赤外線透過率が０または１０％以
下のセラミック基板を製造することができることを見出
し、本発明を完成するに至った。

【０００８】すなわち本発明は、セラミック基板の表面
または内部に導体層が形成されたホットプレートであっ
て、上記セラミック基板は、２５００ｎｍの波長の赤外
線の透過率が０または１０％以下であり、望ましくは、
ＪＩＳＺ８７２１に基づく明度がＮ４以下であるこ
とを特徴とするホットプレートである。

【０００９】本発明のホットプレートによれば、セラミ
ック基板は、赤外線、特に波長２５００ｎｍの赤外線透
過率が１０％以下であるため、発熱体から放射される赤
外線を透過せず、ホットプレート加熱面の表面温度をサ
ーモビュアなどで測定する際に、発熱体からの赤外線が
邪魔にならない。このため、サーモビュアの測定波長を
２５００ｎｍ付近から設定することができ、低温で発生
する比較的短い波長の赤外線を捉えることができるよう
になり、低温から高温まで広い温度範囲で加熱面の温度
を測定することが可能になる。

【００１０】また、ＪＩＳＺ８７２１に基づく明度
がＮ４以下と黒色化されているため、黒体放射を利用す
ることができ、高輻射熱が得られ、抵抗発熱体等による
セラミック基板の加熱を効率よく行うことができる。さ
らに、内部に抵抗発熱体が形成されている場合には、そ
の抵抗発熱体を隠蔽することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明のホットプレートに
ついて実施の形態に則して説明する。本発明のホットプ
レートは、セラミック基板の表面または内部に導体層が
形成されたホットプレートであって、上記セラミック基
板は、赤外線の波長の透過率が０または１０％以下であ
る。

【００１２】測定する赤外線の波長は、７６０〜２６０
０ｎｍが使用できるが、２５００ｎｍが望ましい。近赤
外線領域（７６０〜２５００ｎｍ）と中間赤外線領域
（２５００〜２５０００ｎｍ）の中間領域であるので、
両方の領域の透過率の目安になるからである。また、比
較的低温では近赤外線が発生しやすいが、近赤外線領域
の透過率を１０％以下とすることで、低温〜高温（１０
０〜８００℃）までの加熱面の温度をサーモビュアによ
り正確に測定することができる。

【００１３】また、セラミック基板の赤外線透過率を、
０または１０％以下としたのは、上記透過率が１０％を
超えると、発熱体からの赤外線がバックグランドにな
り、加熱面の温度測定ができず、測定値に誤差を生じて
しまう。誤差を見込んで補正処理を行えば測定すること
ができるが、補正処理ソフトが必要になり煩雑であり、
実用的なホットプレートとは言えない。透過率は５％以
下が最適である。なお、上記光透過率は、０．５ｍｍの
厚さのセラミック基板の光透過率を測定した際の値であ
る。

【００１４】また、セラミック基板の明度は、ＪＩＳ
Ｚ８７２１の規定に基づく値でＮ４以下であることが
望ましい。このような明度を有するものが輻射熱量、隠
蔽性に優れるからである。また、このような特性を有す
るセラミック基板は、サーモビュアによる正確な表面温
度測定が可能となり、このサーモビュアを利用すること
により、セラミック基板のシリコンウエハ等を加熱する
面（加熱面）の温度の制御等が容易になる。

【００１５】ここで、明度のＮは、理想的な黒の明度を
０とし、理想的な白の明度を１０とし、これらの黒の明
度と白の明度との間で、その色の明るさの知覚が等歩度
となるように各色を１０分割し、Ｎ０〜Ｎ１０の記号で
表示したものである。そして、実際の測定は、Ｎ０〜Ｎ
１０に対応する色票と比較して行う。この場合の小数点
１位は０または５とする。

【００１６】図１は、本発明のホットプレートの一例を
模式的に示す底面図であり、図２は、図１に示すホット
プレートの一部を模式的に示す部分拡大断面図である。
このホットプレートでは、セラミック基板の底面に抵抗
発熱体が形成されている。

【００１７】図１に示したように、セラミック基板１１
は、円板状に形成されており、このセラミック基板１１
の底面１１ｂには、周縁部に近い部分に屈曲形状の回路
からなる抵抗発熱体１２ａが形成され、それよりも内側
の部分に略同心円形状からなる抵抗発熱体１２ｂ〜１２
ｄが形成され、これらの回路を組み合わせて、加熱面１
１ａでの温度が均一になるように設計されている。

【００１８】また、抵抗発熱体１２ａ〜１２ｄは、酸化
を防止するために金属被覆層１２０が形成され、その両
端に入出力用の端部１３が形成されており、さらに、こ
の端部１３には、図２に示すように外部端子１７が半田
等を用いて接合されている。また、この外部端子１７に
は、配線を備えたソケット１７０が接続され、電源との
接続が図られるようになっている。

【００１９】また、セラミック基板１１には、測温素子
１８を挿入するための有底孔１４が形成されており、中
央に近い部分には、リフターピン１６を挿通するための
貫通孔１５が設けられている。

【００２０】このリフターピン１６は、その上にシリコ
ンウエハ１９を載置して上下させることができるように
なっており、これにより、シリコンウエハ１９を図示し
ない搬送機に渡したり、搬送機からシリコンウエハ１９
を受け取ったりすることができるとともに、シリコンウ
エハ１９をセラミック基板１１の加熱面１１ａに載置し
て加熱したり、シリコンウエハ１９を加熱面１１ａから
５０〜２０００μｍ離間させた状態で支持し、加熱する
ことができるようになっている。

【００２１】また、セラミック基板１１に貫通孔や凹部
を設け、この貫通孔または凹部に先端が尖塔状または半
球状の支持ピンを挿入した後、支持ピンをセラミック基
板１１よりわずかに突出させた状態で固定し、この支持
ピンでシリコンウエハ１９を支持することにより、加熱
面１１ａから５０〜２０００μｍ離間させた状態で加熱
してもよい。

【００２２】図３は、本発明のホットプレートの他の一
例を模式的に示す部分拡大断面図である。このホットプ
レートでは、セラミック基板の内部に抵抗発熱体が形成
されている。

【００２３】図示はしていないが、図１に示したセラミ
ックヒータと同様に、セラミック基板２１は、円板形状
に形成されており、抵抗発熱体２２は、セラミック基板
２１の内部に、図１に示したパターンと同様のパター
ン、すなわち、同心円と屈曲線とを組み合わせたパター
ンで形成されている。

【００２４】そして、抵抗発熱体２２の端部の直下に
は、スルーホール２８が形成され、さらに、このスルー
ホール２８を露出させる袋孔２７が底面２１ｂに形成さ
れ、袋孔２７には外部端子２３が挿入され、ろう材２４
等で接合されている。また、図３には示していないが、
外部端子２３には、図１に示したホットプレートと同様
に、例えば、導電線を有するソケットが取り付けられ、
この導電線は電源等と接続されている。

【００２５】本発明のホットプレートは、例えば、図１
〜３に示したような構成を有するものである。以下にお
いて、上記ホットプレートを構成する各部材等につい
て、順次、詳細に説明していくことにする。

【００２６】上記ホットプレートを構成するセラミック
材料は特に限定されるものではなく、例えば、窒化物セ
ラミック、炭化物セラミック、酸化物セラミック等が挙
げられる。

【００２７】上記窒化物セラミックとしては、金属窒化
物セラミック、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ
素、窒化ホウ素、窒化チタン等が挙げられる。また、上
記炭化物セラミックとしては、金属炭化物セラミック、
例えば、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、
炭化タンタル、炭化タングステン等が挙げられる。

【００２８】上記酸化物セラミックとしては、金属酸化
物セラミック、例えば、アルミナ、ジルコニア、コージ
ェライト、ムライト等が挙げられる。これらのセラミッ
クは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

【００２９】これらのセラミックの中では、窒化物セラ
ミック、炭化物セラミックの方が酸化物セラミックに比
べて望ましい。熱伝導率が高いからである。また、窒化
物セラミックの中では窒化アルミニウムが最も好適であ
る。熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高いからであ
る。

【００３０】通常、窒化物セラミック中には、金属酸化
物が含まれていることが好ましい。これらは、焼結助剤
として働き、焼結が進行しやすくなり、内部の気孔が小
さくなるため、セラミック基板の耐電圧、機械的特性等
が改善されるからである。

【００３１】上記金属酸化物としては、例えば、イット
リヤ（Ｙ₂ Ｏ₃ ）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃ ）、酸化ルビ
ジウム（Ｒｂ₂ Ｏ）、酸化リチウム（Ｌｉ₂ Ｏ）、炭酸
カルシウム（ＣａＣＯ₃ ）等が挙げられる。これらの金
属酸化物の添加量は、窒化物セラミック１００重量部に
対して、１〜１０重量部が好ましい。

【００３２】本発明のホットプレートを構成するセラミ
ック基板は、赤外線の透過率が０または１０％以下であ
り、望ましくは、ＪＩＳＺ８７２１に基づく明度が
Ｎ４以下である。

【００３３】このような特性を有するセラミック基板
は、セラミック基板中にカーボンを１００〜５０００ｐ
ｐｍ含有させることにより得られる。カーボンには、非
晶質のものと結晶質のものとがあり、非晶質のカーボン
は、セラミック基板の高温における体積抵抗率の低下を
抑制することでき、また、赤外領域の光を吸収しやす
く、透過させないため有利である。

【００３４】非晶質のカーボンは、例えば、Ｃ、Ｈ、Ｏ
だけからなる炭化水素、好ましくは、糖類を、空気中で
焼成することにより得ることができる。なお、結晶質の
カーボンとしては、グラファイト粉末等が挙げられる。

【００３５】また、アクリル系樹脂を含むグリーンシー
ト積層体等を不活性雰囲気下で熱分解させた後、加熱、
加圧することによりカーボンを含有するセラミック基板
を得ることができ、また、アクリル系樹脂の酸価を変化
させることにより、結晶性（非晶性）の程度を調整する
こともできる。また、上記アクリル系樹脂は、バインダ
として添加することができる。上記アクリル系樹脂バイ
ンダとしては、例えば、三井化学社製のＳＡ−５４５シ
リーズ、共栄社製のＫＣ−６００シリーズ等を用いるこ
とができる。

【００３６】また、上記セラミック基板の気孔率は、５
％以下で、最大気孔の気孔径が５０μｍ以下であること
が望ましい。上記気孔率が５％を超えると、セラミック
誘電体膜中の気孔数が増加し、また、気孔径が大きくな
り、このような構造のセラミック基板は、耐電圧や機械
的特性等が低下してしまうからである。

【００３７】また、最大気孔の気孔径が５０μｍを超え
ると、やはり耐電圧や機械的特性等が低下してしまう。
気孔率は、０または３％以下がより好ましく、最大気孔
の気孔径は、０または１０μｍ以下がより好ましい。最
大気孔の気孔径の測定は、試料を５個用意し、その表面
を鏡面研磨し、２０００から５０００倍の倍率で表面を
電子顕微鏡で１０箇所撮影することにより行う。そし
て、撮影された写真で最大の気孔径を選び、５０ショッ
トの平均を最大気孔の気孔径とする。

【００３８】気孔率は、アルキメデス法により測定す
る。焼結体を粉砕して有機溶媒中または水銀中に粉砕物
を入れて体積を測定し、粉砕物の重量と体積とから真比
重を求め、真比重と見かけの比重とから気孔率を計算す
るのである。

【００３９】本発明のホットプレートでは、通常、図１
に示したように、抵抗発熱体が設けられているが、上記
温度制御手段としては、抵抗発熱体のほかに、ペルチェ
素子が挙げられる。

【００４０】抵抗発熱体をセラミック基板の内部に設け
る場合には、複数層設けてもよい。この場合は、各層の
パターンは相互に補完するように形成されて、加熱面か
らみるとどこかの層にパターンが形成された状態が望ま
しい。例えば、互いに千鳥の配置になっている構造であ
る。

【００４１】抵抗発熱体としては、例えば、金属または
導電性セラミックの焼結体、金属箔、金属線等が挙げら
れる。金属焼結体としては、タングステン、モリブデン
から選ばれる少なくとも１種が好ましい。これらの金属
は比較的酸化しにくく、発熱するに充分な抵抗値を有す
るからである。

【００４２】また、導電性セラミックとしては、タング
ステン、モリブデンの炭化物から選ばれる少なくとも１
種を使用することができる。さらに、セラミック基板の
底面に抵抗発熱体を形成する場合には、金属焼結体とし
ては、貴金属（金、銀、パラジウム、白金）、ニッケル
を使用することが望ましい。具体的には銀、銀−パラジ
ウム等を使用することができる。上記金属焼結体に使用
される金属粒子は、球状、リン片状または球状とリン片
状との混合物を使用することができる。

【００４３】金属焼結体中には、金属酸化物を添加して
もよい。上記金属酸化物を使用するのは、セラミック基
板と金属粒子とを密着させるためである。上記金属酸化
物により、セラミック基板と金属粒子との密着性が改善
される理由は明確ではないが、金属粒子の表面はわずか
に酸化膜が形成されており、セラミック基板は、酸化物
の場合は勿論、非酸化物セラミックである場合にも、そ
の表面には酸化膜が形成されている。従って、この酸化
膜が金属酸化物を介してセラミック基板表面で焼結して
一体化し、金属粒子とセラミック基板とが密着するので
はないかと考えられる。

【００４４】上記金属酸化物としては、例えば、酸化
鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素（Ｂ ₂ Ｏ₃ ）、アル
ミナ、イットリア、チタニアから選ばれる少なくとも１
種が好ましい。これらの酸化物は、抵抗発熱体の抵抗値
を大きくすることなく、金属粒子とセラミック基板との
密着性を改善できるからである。

【００４５】上記金属酸化物は、金属粒子１００重量部
に対して０．１重量部以上１０重量部未満であることが
望ましい。この範囲で金属酸化物を用いることにより、
抵抗値が大きくなりすぎず、金属粒子とセラミック基板
との密着性を改善することができるからである。

【００４６】また、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホ
ウ素（Ｂ₂ Ｏ₃ ）、アルミナ、イットリア、チタニアの
割合は、金属酸化物の全量を１００重量部とした場合
に、酸化鉛が１〜１０重量部、シリカが１〜３０重量
部、酸化ホウ素が５〜５０重量部、酸化亜鉛が２０〜７
０重量部、アルミナが１〜１０重量部、イットリアが１
〜５０重量部、チタニアが１〜５０重量部が好ましい。
但し、これらの合計が１００重量部を超えない範囲で調
整されることが望ましい。これらの範囲が特にセラミッ
ク基板との密着性を改善できる範囲だからである。

【００４７】抵抗発熱体をセラミック基板の底面に設け
る場合は、抵抗発熱体１２の表面は、金属被覆層１２０
で被覆されていることが望ましい（図２参照）。抵抗発
熱体１２は、金属粒子の焼結体であり、露出していると
酸化しやすく、この酸化により抵抗値が変化してしま
う。そこで、表面を金属被覆層１２０で被覆することに
より、酸化を防止することができるのである。

【００４８】金属被覆層１２０の厚さは、０．１〜１０
μｍが望ましい。抵抗発熱体の抵抗値を変化させること
なく、抵抗発熱体の酸化を防止することができる範囲だ
からである。被覆に使用される金属は、非酸化性の金属
であればよい。具体的には、金、銀、パラジウム、白
金、ニッケルから選ばれる少なくとも１種以上が好まし
い。なかでもニッケルがさらに好ましい。抵抗発熱体に
は電源と接続するための端子が必要であり、この端子
は、半田を介して抵抗発熱体に取り付けるが、ニッケル
は半田の熱拡散を防止するからである。接続端子して
は、コバール製の端子ピンを使用することができる。

【００４９】なお、抵抗発熱体をヒータ板内部に形成す
る場合は、抵抗発熱体表面が酸化されることがないた
め、被覆は不要である。抵抗発熱体をヒータ板内部に形
成する場合、抵抗発熱体の表面の一部が露出していても
よい。

【００５０】抵抗発熱体として使用する金属箔として
は、ニッケル箔、ステンレス箔をエッチング等でパター
ン形成して抵抗発熱体としたものが望ましい。パターン
化した金属箔は、樹脂フィルム等ではり合わせてもよ
い。金属線としては、例えば、タングステン線、モリブ
デン線等が挙げられる。

【００５１】温度制御手段としてペルチェ素子を使用す
る場合は、電流の流れる方向を変えることにより発熱、
冷却両方行うことができるため有利である。ペルチェ素
子は、ｐ型、ｎ型の熱電素子を直列に接続し、これをセ
ラミック板などに接合させることにより形成される。ペ
ルチェ素子としては、例えば、シリコン・ゲルマニウム
系、ビスマス・アンチモン系、鉛・テルル系材料等が挙
げられる。

【００５２】本発明のホットプレートでは、セラミック
基板の内部に抵抗発熱体２２を設けた場合には、これら
と外部端子とを接続するための接続部（スルーホール）
２８が必要となる。スルーホール２８は、タングステン
ペースト、モリブデンペーストなどの高融点金属、タン
グステンカーバイド、モリブデンカーバイドなどの導電
性セラミックを充填することにより形成される。

【００５３】また、接続部（スルーホール）２８の直径
は、０．１〜１０ｍｍが望ましい。断線を防止しつつ、
クラックや歪みを防止できるからである。このスルーホ
ールを接続パッドとして外部端子ピン２３を接続する
（図３参照）。

【００５４】接続は、半田、ろう材により行う。ろう材
としては銀ろう、パラジウムろう、アルミニウムろう、
金ろうを使用する。金ろうとしては、Ａｕ−Ｎｉ合金が
望ましい。Ａｕ−Ｎｉ合金は、タングステンとの密着性
に優れるからである。

【００５５】Ａｕ／Ｎｉの比率は、〔８１．５〜８２．
５（重量％）〕／〔１８．５〜１７．５（重量％）〕が
望ましい。Ａｕ−Ｎｉ層の厚さは、０．１〜５０μｍが
望ましい。接続を確保するに充分な範囲だからである。
また、１０^-6〜１０^-5Ｐａの高真空で５００〜１０００
℃の高温で使用するとＡｕ−Ｃｕ合金では劣化するが、
Ａｕ−Ｎｉ合金ではこのような劣化がなく有利である。
また、Ａｕ−Ｎｉ合金中の不純物元素量は全量を１００
重量部とした場合に１重量部未満であることが望まし
い。

【００５６】本発明では、必要に応じて、セラミック基
板１の有底孔１２に熱電対を埋め込んでおくことができ
る。熱電対により抵抗発熱体の温度を測定し、そのデー
タをもとに電圧、電流量を変えて、温度を制御すること
ができるからである。熱電対の金属線の接合部位の大き
さは、各金属線の素線径と同一か、もしくは、それより
も大きく、かつ、０．５ｍｍ以下がよい。このような構
成によって、接合部分の熱容量が小さくなり、温度が正
確に、また、迅速に電流値に変換されるのである。この
ため、温度制御性が向上してウエハの加熱面の温度分布
が小さくなるのである。上記熱電対としては、例えば、
ＪＩＳ−Ｃ−１６０２（１９８０）に挙げられるよう
に、Ｋ型、Ｒ型、Ｂ型、Ｓ型、Ｅ型、Ｊ型、Ｔ型熱電対
が挙げられる。

【００５７】図４は、以上のような構成のホットプレー
ト（セラミック基板）を配設するための支持容器３０を
模式的に示した断面図である。支持容器３０には、セラ
ミック基板１１が断熱材３５を介して嵌め込まれ、ボル
ト３８および押さえ用金具３７を用いて固定されてい
る。また、セラミック基板１１の貫通孔１５が形成され
た部分には、貫通孔に連通するガイド管３２が設けられ
ている。さらに、この支持容器３１には、冷媒吹き出し
口３０ａが形成されており、冷媒注入管３９から冷媒が
吹き込まれ、冷媒吹き出し口３０ａを通って外部に排出
されるようになっており、この冷媒の作用により、セラ
ミック基板１１を冷却することができるようになってい
る。

【００５８】上述したホットプレートは、セラミック基
板の表面に抵抗発熱体のみが設けられた装置であり、こ
れにより、シリコンウエハ等の被加熱物を所定の温度に
加熱することができる。本発明のホットプレートは、主
に、半導体の製造や半導体の検査を行うために用いられ
る装置で、セラミック基板に抵抗発熱体のみを設けたも
のであるが、セラミック基板の内部に静電電極を設けた
場合には、静電チャックとして機能し、セラミック基板
の表面に導体層を設け、セラミック基板の内部にガード
電極やグランド電極を設けた場合には、ウエハプローバ
として機能する。

【００５９】次に、図５（ａ）〜（ｄ）に基づき、底面
に抵抗発熱体が形成されたホットプレートの製造方法に
ついて説明する。

【００６０】(1) セラミック基板の作製工程上述した窒化アルミニウムなどの窒化物セラミックに必
要に応じてイットリア等の焼結助剤やバインダ等を配合
してスラリーを調製した後、このスラリーをスプレード
ライ等の方法で顆粒状にし、この顆粒を金型などに入れ
て加圧することにより板状などに成形し、生成形体（グ
リーン）を作製する。セラミック基板にカーボンを含有
させるためには、通常、バインダとして、炭素が残留し
やすいアクリル樹脂等を用いる。このアクリル樹脂は熱
分解により、結晶性の低い炭素を生成させるため本発明
には有利である。

【００６１】次に、この生成形体を加熱、焼成して焼結
させ、セラミック製の板状体を製造する。この後、所定
の形状に加工することにより、セラミック基板１１を作
製するが、焼成後にそのまま使用することができる形状
としてもよい。加圧しながら加熱、焼成を行うことによ
り、気孔のないセラミック基板１１を製造することが可
能となる。加熱、焼成は、焼結温度以上であればよい
が、窒化物セラミックでは、１０００〜２５００℃であ
る。

【００６２】次に、このセラミック基板に、必要に応じ
て、シリコンウエハを運搬するためのリフターピン１６
を挿通する貫通孔１５、熱電対などの測温素子を埋め込
むための有底孔１４、シリコンウエハを支持するための
支持ピンを埋設するための凹部等を形成する（図５
（ａ））。

【００６３】(2) セラミック基板に導体ペーストを印刷
する工程導体ペーストを用い、スクリーン印刷などの方法により
発熱体パターンに印刷し、導体ペースト層を形成する。
抵抗発熱体は、セラミック基板全体を均一な温度にする
必要があることから、図１に示すような同心円状と屈曲
線状とを組み合わせたパターンに印刷することが好まし
い。導体ペースト層は、焼成後の抵抗発熱体１２の断面
が、方形で、偏平な形状となるように形成することが好
ましい。

【００６４】(3) 導体ペーストの焼成セラミック基板１１の底面に印刷した導体ペースト層を
加熱焼成して、樹脂、溶剤を除去するとともに、貴金属
粒子を焼結させ、セラミック基板１１の底面に焼き付
け、抵抗発熱体１２を形成する（図５（ｂ））。加熱焼
成の温度は、５００〜１０００℃が好ましい。導体ペー
スト中に上述した金属酸化物を添加しておくと、貴金属
粒子、金属酸化物およびセラミック基板が焼結して一体
化するため、抵抗発熱体とセラミック基板との密着性が
向上する。

【００６５】(4) 金属被覆層の形成次に、抵抗発熱体１２表面には、金属被覆層１２０を設
ける（図５（ｃ））。金属被覆層１２０は、電解めっ
き、無電解めっき、スパッタリング等により形成するこ
とができるが、量産性を考慮すると、無電解めっきが最
適である。

【００６６】(5) 端子等の取り付け抵抗発熱体１２のパターンの端部に電源との接続のため
の外部端子１３を半田等を用いて取り付ける。また、有
底孔１４に測温素子（熱電対）１８を挿入し、ポリイミ
ド等の耐熱樹脂、セラミックで封止し、ホットプレート
１０とする（図５（ｄ））。

【００６７】上記ホットプレートを製造する際に、セラ
ミック基板の内部に静電電極を設けることにより静電チ
ャックを製造することができ、また、加熱面にチャック
トップ導体層を設け、セラミック基板の内部にガード電
極やグランド電極を設けることによりウエハプローバを
製造することができる。

【００６８】セラミック基板の内部に電極を設ける場合
には、金属箔等をセラミック基板の内部に埋設すればよ
い。また、セラミック基板の表面に導体層を形成する場
合には、スパッタリング法やめっき法を用いることがで
き、これらを併用してもよい。

【００６９】次に、図６（ａ）〜（ｄ）に基づき、セラ
ミック基板の内部に抵抗発熱体を有するホットプレート
の製造方法について説明する。

【００７０】（１）グリーンシートの作製工程まず、窒化物セラミックの粉末をバインダ、溶剤等と混
合してペーストを調製し、これを用いてグリーンシート
を作製する。上述したセラミック粉末としては、窒化ア
ルミニウム等を使用することができ、必要に応じて、イ
ットリア等の焼結助剤を加えてもよい。また、グリーン
シートを作製する際、バインダとして、カーボンが残留
しやすいアクリル樹脂等を用いることが望ましいが、非
晶質のカーボンを添加してもよい。

【００７１】また、バインダとしては、アクリル系バイ
ンダ、エチルセルロース、ブチルセロソルブ、ポリビニ
ルアルコールから選ばれる少なくとも１種が望ましい。
さらに溶媒としては、α−テルピネオール、グリコール
から選ばれる少なくとも１種が望ましい。

【００７２】これらを混合して得られるペーストをドク
ターブレード法でシート状に成形してグリーンシート５
０を作製する。グリーンシート５０の厚さは、０．１〜
５ｍｍが好ましい。次に、得られたグリーンシートに、
必要に応じて、シリコンウエハを支持するための支持ピ
ンを挿入する貫通孔となる部分、シリコンウエハを運搬
等するためのリフターピンを挿入する貫通孔２５となる
部分、熱電対などの測温素子を埋め込むための有底孔と
なる部分、抵抗発熱体を外部端子と接続するためのスル
ーホールとなる部分２８０等を形成する。後述するグリ
ーンシート積層体を形成した後に、上記加工を行っても
よい。

【００７３】（２）グリーンシート上に導体ペーストを
印刷する工程グリーンシート５０上に、導体ペーストを印刷して導体
ペースト層２２０を形成する。また、スルーホールとな
る部分に導体ペーストを充填する。

【００７４】これらの導電ペースト中には、金属粒子ま
たは導電性セラミック粒子が含まれている。金属粒子の
材料としては、例えば、タングステンまたはモリブデン
等が挙げられ、導電性セラミックとしては、例えば、タ
ングステンカーバイドまたはモリブデンカーバイドが挙
げられる。

【００７５】上記金属粒子であるタングステン粒子また
はモリブデン粒子等の平均粒子径は、０．１〜５μｍが
好ましい。平均粒子が０．１μｍ未満であるか、５μｍ
を超えると、導体ペーストを印刷しにくいからである。

【００７６】このような導体ペーストとしては、例え
ば、金属粒子または導電性セラミック粒子８５〜８７重
量部；アクリル系、エチルセルロース、ブチルセロソル
ブ、ポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも１種
のバインダ１．５〜１０重量部；および、α−テルピネ
オール、グリコールから選ばれる少なくとも１種の溶媒
を１．５〜１０重量部を混合した組成物（ペースト）が
挙げられる。

【００７７】（３）グリーンシートの積層工程上記（１）の工程で作製した導体ペースト等を印刷して
いないグリーンシート５０を、上記（２）の工程で作製
したペースト層２２０等を有するグリーンシート５０の
上下に積層する（図６（ａ））。このとき、上側に積層
するグリーンシート５０の数を下側に積層するグリーン
シート５０の数よりも多くして、抵抗発熱体２２の形成
位置を底面の方向に偏芯させる。具体的には、上側のグ
リーンシート５０の積層数は２０〜５０枚が、下側のグ
リーンシート５０の積層数は５〜２０枚が好ましい。

【００７８】（４）グリーンシート積層体の焼成工程グリーンシート積層体の加熱、加圧を行い、グリーンシ
ート５０および内部の導体ペーストを焼結させ、セラミ
ック基板３１を作製する（図６（ｂ））。加熱温度は、
１０００〜２０００℃が好ましく、加圧の圧力は、１０
〜２０ＭＰａが好ましい。加熱は、不活性ガス雰囲気中
で行う。不活性ガスとしては、例えば、アルゴン、窒素
などを使用することができる。

【００７９】得られたセラミック基板２１に、リフター
ピンを挿通するための貫通孔２５、測温素子を挿入する
ための有底孔（図示せず）や、外部端子２３を挿入する
ための袋孔２７等を設ける（図６（ｃ））。貫通孔２
５、有底孔および袋孔２７は、表面研磨後に、ドリル加
工やサンドブラストなどのブラスト処理を行うことによ
り形成することができる。

【００８０】次に、袋孔２７より露出したスルーホール
２８に外部端子２３を金ろう等を用いて接続する（図６
（ｄ））。さらに、図示はしないが、外部端子２３に、
例えば、導電線を有するソケットを脱着可能に取り付け
る。なお、加熱温度は、半田処理の場合には９０〜４５
０℃が好適であり、ろう材での処理の場合には、９００
〜１１００℃が好適である。さらに、測温素子としての
熱電対などを耐熱性樹脂で封止し、セラミックヒータと
する。

【００８１】（５）この後、このような内部に抵抗発熱
体１２を有するセラミック基板２１を、円筒形状の支持
容器に取り付け、ソケットから延びたリード線を電源に
接続することにより、セラミックヒータの製造を終了す
る。

【００８２】上記ホットプレートを製造する際にも、セ
ラミック基板の内部に静電電極を設けることにより静電
チャックを製造することができ、また、加熱面にチャッ
クトップ導体層を設け、セラミック基板の内部にガード
電極やグランド電極を設けることによりウエハプローバ
を製造することができる。

【００８３】セラミック基板の内部に電極を設ける場合
には、グリーンシート上に静電電極やガード電極等のパ
ターンに導体ペースト層を形成し、積層、焼成すればよ
い。また、セラミック基板の表面に導体層を形成する場
合には、セラミック基板を製造した後、スパッタリング
法やめっき法を用いることにより導体層を形成すればよ
い。この際、スパッタリング法とめっき法とを併用して
もよい。

【００８４】

【実施例】以下、本発明をさらに詳細に説明する。（実施例１）ホットプレート（図６参照）の製造（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径
１．１μｍ）１００重量部、イットリア（平均粒径：
０．４μｍ）４重量部、アクリル系樹脂バインダ（三井
化学製ＳＡ−５４５シリーズ酸価０．５）１０重量
部、分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノ
ールとからなるアルコール５３重量部を混合したペース
トを用い、ドクターブレード法による成形を行って、厚
さ０．４７ｍｍのグリーンシートを得た。

【００８５】（２）次に、このグリーンシートを８０℃
で５時間乾燥させた後、パンチングにより直径１．８ｍ
ｍ、３．０ｍｍ、５．０ｍｍの貫通孔を形成し、外部端
子と接続するためのスルーホールとなる部分等を設け
た。

【００８６】（３）平均粒子径１μｍのタングステンカ
ーバイト粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０
重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部および分
散剤０．３重量部を混合して導体ペーストＡを調製し
た。平均粒子径３μｍのタングステン粒子１００重量
部、アクリル系バインダ１．９重量部、α−テルピネオ
ール溶媒３．７重量部および分散剤０．２重量部を混合
して導体ペーストＢを調製した。この導体ペーストＡを
グリーンシートにスクリーン印刷で印刷し、抵抗発熱体
用の導体ペースト層を形成した。印刷パターンは、同心
円形状パターンとした。

【００８７】さらに、外部端子を接続するためのスルー
ホール用の貫通孔に導体ペーストＢを充填した。上記処
理の終わったグリーンシート５０に、さらに、タングス
テンペーストを印刷しないグリーンシート５０を上側
（加熱面）に３４枚、下側に１３枚積層し、これらを１
３０℃、８０ｋｇ／ｃｍ² の圧力で圧着して積層体を形
成した（図６（ａ））。

【００８８】（４）次に、得られた積層体を窒素ガス
中、６００℃で１０時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５
０ｋｇ／ｃｍ² で３時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍの
窒化アルミニウム板状体を得た。これを２３０ｍｍの円
板状に切り出し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの抵抗
発熱体２２を有する窒化アルミニウム製の板状体（セラ
ミック基板２１）とした（図６（ｂ））。このセラミッ
ク基板２１に含まれるカーボンの結晶性を、レーザラマ
ンスペクトルで調べたところ、１５８０ｃｍ^-1および１
３５５ｃｍ^-1にピークが観察された。１３５５ｃｍ^-1の
ピークは非晶質性を示すピークであり、結晶性が低いこ
とが分かる。

【００８９】（５）次に、（４）で得られた板状体を、
ダイヤモンド砥石で研磨した後、マスクを載置し、Ｓｉ
Ｃ等によるブラスト処理で表面に熱電対のための有底孔
（直径：１．２ｍｍ、深さ：２．０ｍｍ）やリフターピ
ンを挿通するための貫通孔を設けた（図６（ｃ））。

【００９０】（６）さらに、スルーホールが形成されて
いる部分をえぐり取って袋孔２７とし（図７（ｃ））、
この袋孔２７にＮｉ−Ａｕからなる金ろうを用い、７０
０℃で加熱リフローしてコバール製の外部端子２３を接
続させた（図７（ｄ））。なお、外部端子の接続は、タ
ングステンの支持体が３点で支持する構造が望ましい。
接続信頼性を確保することができるからである。

【００９１】（７）次に、温度制御のための複数の熱電
対をポリイミド等の樹脂を用いて有底孔に埋め込み、ホ
ットプレートの製造を完了した。

【００９２】（実施例２）ホットプレートの製造（図
５参照）（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径
１．１μｍ）１００重量部、酸化イットリウム（Ｙ₂ Ｏ
₃ ：イットリア、平均粒径０．４μｍ）４重量部、アク
リル系樹脂バインダ（共栄社製商品名ＫＣ−６００シ
リーズ酸価１７）８重量部およびアルコールからなる
組成物のスプレードライを行い、顆粒状の粉末を作製し
た。

【００９３】（２）次に、この顆粒状の粉末を金型に入
れ、平板状に成形して生成形体（グリーン）を得た。

【００９４】（３）加工処理の終わった生成形体を温
度：１８００℃、圧力：２０ＭＰａでホットプレスし、
厚さが３ｍｍの窒化アルミニウム焼結体を得た。次に、
この板状体から直径３１０ｍｍの円板体を切り出し、セ
ラミック製の板状体（セラミック基板１１）とした（図
５（ａ））。次に、この板状体にドリル加工を施し、半
導体ウエハを運搬するためのリフターピン１６を挿入す
る貫通孔１５、熱電対を埋め込むための有底孔（直径：
１．１ｍｍ、深さ：２ｍｍ）１４を形成した。

【００９５】（４）上記（３）で得た焼結体の底面に、
スクリーン印刷にて導体ペーストを印刷した。印刷パタ
ーンは、図１に示したような同心円形状と屈曲線形状と
を組み合わせたパターンとした。導体ペーストとして
は、プリント配線板のスルーホール形成に使用されてい
る徳力化学研究所製のソルベストＰＳ６０３Ｄを使用し
た。

【００９６】この導体ペーストは、銀−鉛ペーストであ
り、銀１００重量部に対して、酸化鉛（５重量％）、酸
化亜鉛（５５重量％）、シリカ（１０重量％）、酸化ホ
ウ素（２５重量％）およびアルミナ（５重量％）からな
る金属酸化物を７．５重量部含むものであった。また、
銀粒子は、平均粒径が４．５μｍで、リン片状のもので
あった。

【００９７】（５）次に、導体ペーストを印刷した焼結
体を７８０℃で加熱、焼成して、導体ペースト中の銀、
鉛を焼結させるとともに焼結体に焼き付け、抵抗発熱体
１２を形成した（図５（ｂ））。銀の抵抗発熱体１２
は、その端部近傍で、厚さが５μｍ、幅が２．４ｍｍ、
面積抵抗率が７．７ｍΩ／□であった。

【００９８】（６）次に、硫酸ニッケル８０ｇ／ｌ、次
亜リン酸ナトリウム２４ｇ／ｌ、酢酸ナトリウム１２ｇ
／ｌ、ほう酸８ｇ／ｌ、塩化アンモニウム６ｇ／ｌを含
む水溶液からなる無電解ニッケルめっき浴に上記（４）
で作製した焼結体を浸漬し、銀の抵抗発熱体１２の表面
に厚さ１μｍの金属被覆層１２０（ニッケル層）を析出
させた（図５（ｃ））。

【００９９】（７）電源との接続を確保するための端部
に、スクリーン印刷により、銀−鉛半田ペースト（田中
貴金属社製）を印刷して半田層を形成した。ついで、半
田層の上に先端がＴ字形状の外部端子１３を載置し、４
２０℃で加熱リフローし、抵抗発熱体１２の端部に半田
１７０を介して外部端子１７を取り付けた。（８）温度
制御のための熱電対を有底孔１３に挿入し、ポリイミド
樹脂を充填し、１９０℃で２時間硬化させ、底面１１ｂ
に抵抗発熱体１２を有するホットプレート１０を得た。

【０１００】（実施例３〜４）ホットプレートの製造アクリル系樹脂バインダ（共栄社製商品名ＫＣ−６０
０シリーズ酸価１７）の量を４重量部（実施例３）、
２０重量部（実施例４）としたほかは、実施例２と同様
にしてホットプレートを製造した。

【０１０１】（比較例１）実施例１と同様であるが、脱
脂を６００℃で２４時間行い、炭素量を１００ｐｐｍ程
度まで減らした。（比較例２）実施例１と同様であるが、結晶性グラファ
イトを添加した。焼結体中の添加量は８００ｐｐｍであ
った。レーザラマンスペクトルでカーボンの結晶性を調
べたところ、１５８０ｃｍ^-1にピークが観察された。従
って、このカーボンは、結晶性が高いことが分かる。

【０１０２】このようにして製造した実施例１〜４およ
び比較例１、２に係るホットプレートの炭素量、明度、
透過率および体積抵抗率を以下の方法により調べた。ま
た、３００℃に昇温した際のセラミック基板の加熱面の
温度をサーモビュア（日本電子製ＪＴＣ−６１００）
で測定し、その後、熱電対が接着された測温用シリコン
ウエハを加熱面に載置し、シリコンウエハの温度を測定
した。炭素量、明度等の測定結果を下記の表１に示す。
また、サーモビュアや熱電対で測定した結果について
は、最高温度と最低温度との温度差を比較した結果を下
記の表１に示す。さらに、実施例１で得られた焼結体
（厚さ０．５ｍｍ）の各波長の透過率を図７に示し、比
較例１で得られた焼結体（厚さ０．５ｍｍ）の各波長の
透過率を図８に示す。

【０１０３】評価方法（１）炭素量の測定上記実施例および比較例で製造した窒化アルミニウム板
状体を粉砕し、これを５００〜８００℃で加熱して発生
するＣＯ_X ガスを捕集することにより測定した。

【０１０４】（２）光透過率の測定実施例および比較例で得られたセラミック基板から０．
５ｍｍの厚さの焼結体を切り出し、２４０〜２６７０ｎ
ｍの可視光の透過率を測定することができる自記分光光
度計（日立製作所社製Ｕ−４０００形）に設置し、光
透過率（Ｔ／Ｔｗ）を測定した。

【０１０５】（３）体積抵抗率の測定焼結体を切削加工することにより、直径１０ｍｍ、厚さ
３ｍｍの形状に切出し、三端子（主電極、対電極、ガー
ド電極）を形成し、直流電圧を加え、１分間充電した後
のデジタルエレクトロメーターに流れる電流（Ｉ）を読
んで、試料の抵抗（Ｒ）を求め、抵抗（Ｒ）と試料の寸
法から体積抵抗率（ρ）を下記の計算式（１）で計算し
た。なお、この場合の温度は、３００℃である。

【０１０６】

【数１】

【０１０７】上記計算式（１）において、ｔは試料の厚
さ（ｍｍ）である。また、Ｓは、下記の計算式（２）お
よび（３）により与えられる。

【０１０８】

【数２】

【０１０９】

【数３】

【０１１０】なお、上記計算式（２）および（３）にお
いて、ｒ₁ は主電極の半径、ｒ₂ はガード電極の内径
（半径）、ｒ₃ はガード電極の外径（半径）、Ｄ₁ は主
電極の直径、Ｄ₂ はガード電極の内径（直径）、Ｄ₃ は
ガード電極の外径（直径）であり、本実施例において
は、２ｒ₁ ＝Ｄ₁ ＝１．４５ｃｍ、２ｒ₂ ＝Ｄ₂ ＝１．
６０ｃｍ、２ｒ₃ ＝Ｄ₃ ＝２．００ｃｍである。

【０１１１】

【表１】

【０１１２】図７、８に示したグラフより明らかなよう
に、実施例１に係る焼結体では、赤外領域の波長の吸収
が殆どないのに対し、比較例１の焼結体では、赤外領域
の波長の吸収が２０％程度とかなり高くなっている。ま
た、上記の表１から明らかなように、赤外線（２５００
ｎｍ）の透過率を１０％以下にすることで、加熱面の温
度をサーモビュアにより正確に測定することができる。

【０１１３】

【発明の効果】以上説明のように、本発明のホットプレ
ートでは、セラミック基板の赤外線透過率が１０％以下
と低いため、加熱面の温度をサーモビュアにより正確に
測定することができる。また、明度もＮ４以下と充分に
黒色化されており、高輻射熱が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のホットプレートの一例を模式的に示す
底面図である。

【図２】図１に示したホットプレートの一部を模式的に
示す部分拡大断面図である。

【図３】本発明のホットプレートの他の一例を模式的に
示す部分拡大断面図である。

【図４】ホットプレートを嵌合する支持容器を模式的に
示す断面図である。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のホットプレートの
製造工程の一部を模式的に示す断面図である。

【図６】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のホットプレートの
製造工程の一部を模式的に示す断面図である。

【図７】実施例１で得られたセラミック基板の各波長に
対する吸収率を示したチャートである。

【図８】比較例１で得られたセラミック基板の各波長に
対する吸収率を示したチャートである。

【符号の説明】

１０ホットプレート１１、２１セラミック基板１１ａ加熱面１１ｂ、１２ｂ底面１２（１２ａ〜１２ｄ）、２２抵抗発熱体１３端部１４有底孔１５貫通孔１６リフターピン１７外部端子１８測温素子１９シリコンウエハ２３外部端子２４ろう材２７袋孔２８スルーホール３０支持容器３２ガイド管３５断熱材３７押さえ用金具３８ボルト３９冷媒導入管

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年５月２８日（２００１．５．２
８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】半導体製造・検査装置用ホットプレ
ート

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 3/10 Ｈ０５Ｂ 3/16 ４Ｍ１０６ 3/16 3/18 3/18 3/68 3/68 Ｃ０４Ｂ 35/58 １０４ＨＦターム(参考） 3K034 AA02 AA03 AA21 AA22 AA34 BA02 BA17 BB06 BB14 BC02 BC12 BC17 CA26 DA03 DA04 HA01 JA01 3K092 PP20 QA05 QB02 QB04 QB08 QB33 QB43 QB61 QB69 QB76 QC52 RF03 RF11 RF19 RF22 RF26 VV40 4G001 BA09 BA36 BA78 BB09 BB36 BB60 BC42 BD01 BD23 BD31 BE32 4K029 DA08 4K030 KA23 KA24 4M106 AA01 BA01 CA31 CA60 DD30 DH44 DJ02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック基板の表面または内部に導体
層が形成されたホットプレートであって、前記セラミッ
ク基板は、赤外線の波長の透過率が０または１０％以下
であることを特徴とするホットプレート。
【請求項２】前記セラミック基板のＪＩＳＺ８７
２１に基づく明度は、Ｎ４以下である請求項１に記載の
ホットプレート。
【請求項３】前記赤外線の波長は、２５００ｎｍであ
る請求項１または２に記載のホットプレート。