JP2002008827A - 半導体製造・検査装置用セラミックヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 抵抗値の経時変化が小さい抵抗発熱体を有す
るセラミックヒータを提供すること。 【解決手段】 セラミック基板の表面に抵抗発熱体が形
成されてなるセラミックヒータであって、前記抵抗発熱
体は、被覆されることなく露出していることを特徴とす
るセラミックヒータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

〔発明の詳細な説明〕

【０００２】

【従来の技術】半導体は種々の産業において必要とされ
る極めて重要な製品であり、半導体チップは、例えば、
シリコン単結晶を所定の厚さにスライスしてシリコンウ
エハを作製した後、このシリコンウエハに複数の集積回
路等を形成することにより製造される。

【０００３】この半導体チップの製造工程においては、
静電チャック上に載置したシリコンウエハに、エッチン
グ、ＣＶＤ等の種々の処理を施して、導体回路や素子等
を形成する。また、レジスト用の樹脂を塗布して、加熱
乾燥させたりする。このような加熱にはセラミックヒー
タが用いられ、特開平１１−４０３３０号公報などに
は、炭化物セラミックや窒化物セラミックからなる基板
を使用し、このセラミック基板の加熱面の反対側面（以
下、底面という）に抵抗発熱体が形成されたセラミック
ヒータが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この特開平１１−４０
３３０号公報に記載のセラミックヒータでは、抵抗発熱
体の表面がＮｉめっき層により被覆されているが、抵抗
発熱体の面積抵抗率が５０ｍΩ／□以上になると、表面
のＮｉに電流が流れてしまい、発熱効率が低下してしま
うという問題が発生した。

【０００５】このため、ガラス等で被覆することも検討
し、先に特願２０００−２９２８１号として特許出願し
ていた。ところが、このセラミックヒータを種々試験す
ると、このようなガラス被覆を行ったセラミックヒータ
では、抵抗発熱体の抵抗値が経時変化してしまうという
意外な事実を知見した。抵抗発熱体の抵抗値が変化する
と、発熱量が異なってくるため、ヒータの温度を制御す
ることができない。本発明は、上記課題に鑑み、抵抗値
の経時変化が小さい抵抗発熱体を有するセラミックヒー
タを得ることを目的とする。

【０００６】

【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、抵抗発熱体の表面
を金属で被覆することができない場合、ガラス等を用い
て被覆するよりも、そのまま露出した方が抵抗発熱体の
抵抗変化率が小さいことを見い出し、本発明を完成させ
たものである。

【０００７】すなわち、本発明は、セラミック基板の表
面に抵抗発熱体が形成されてなるセラミックヒータであ
って、前記抵抗発熱体は、被覆されることなく露出して
いることを特徴とするセラミックヒータである。

【０００８】ガラスなどで抵抗発熱体を被覆すると、抵
抗発熱体を発熱させた際、ガラス成分が序々に抵抗発熱
体の内部に拡散していき、抵抗発熱体の抵抗値を大きく
変動させてしまう（例えば、図５に示した比較例１を参
照のこと）。

【０００９】しかしながら、本発明のセラミックヒータ
では、抵抗発熱体が空気と接触し、表面に薄い酸化膜が
形成されており、これ以上の酸化反応は進行しないと推
定される。このため、抵抗値の変動が少なく、図４の示
す実施例の結果では、その抵抗値の変動率が５％以内で
ある。

【００１０】本発明では、抵抗発熱体の面積抵抗率は、
５０ｍΩ／□以上であることが望ましい。面積抵抗率が
５０ｍΩ／□以上の抵抗発熱体では、金属を被覆した場
合に、電流が抵抗発熱体を流れるため、金属で抵抗発熱
体を被覆することができない。このような場合には、本
発明のように、抵抗発熱体を露出させる方法が特に有効
だからである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施形態に則して本
発明を説明する。本実施形態に係るセラミックヒータ
は、セラミック基板として窒化物セラミックまたは炭化
物セラミックを使用し、セラミック基板の表面に、酸化
物セラミックからなる絶縁層を形成し、その上に抵抗発
熱体を形成する。

【００１２】窒化物セラミックは酸素固溶等により、高
温で体積抵抗値が低下しやすく、また炭化物セラミック
は特に高純度化しない限り導電性を有しており、酸化物
セラミックからなる絶縁層として形成することにより、
高温時の回路間の短絡を防止することができる。また、
絶縁層を形成することにより、炭化物セラミック等が不
純物を含有していても回路間の短絡を防止することがで
き、このような材質からなるセラミックヒータの温度制
御性を確保することができるからである。

【００１３】ただし、セラミック基板の絶縁抵抗値が高
温でも充分に高い場合には、直接、セラミック基板の底
面に抵抗発熱体を形成してもよい。セラミック基板の底
面の表面は、面粗度がＲａで０．０１〜２０μｍ、Ｒｍ
ａｘで０．１〜２００μｍが好ましい。

【００１４】図１は、本発明のセラミックヒータを模式
的に示した底面図であり、図２は、図１に示したセラミ
ックヒータの一部を模式的に示した部分拡大断面図であ
る。このセラミックヒータ１０では、底面１１ｂに絶縁
層１８０を介して抵抗発熱体１２（１２ａ〜１２ｄ）が
形成されており、この抵抗発熱体１２ａ〜１２ｄの端子
部１３ａ〜１３ｆには、外部端子１７が半田層１７０を
介して接続されている。なお、図１に示したセラミック
ヒータでは、端子部１３ａ〜１３ｆにも、被覆層が形成
されていないが、他の実施の形態では、端子部１３ａ〜
１３ｆのみにＮｉ等からなる被覆層が形成され、この上
に半田層を介して外部端子が接続されていてもよい。

【００１５】このように抵抗発熱体１２には、被覆層が
形成されておらず、例えば、導体ペーストを塗布、焼成
することにより形成した抵抗発熱体が、空気中にそのま
ま露出している。また、抵抗発熱体１２は、加熱面の温
度を均一化するために、図１に示したような、屈曲形状
と同心円形状とが組み合わされたパターンとなってい
る。

【００１６】一方、セラミック基板１１の底面には、熱
電対等の測温素子１８を挿入するための有底孔１４が形
成され、さらに、リフターピン１６を挿通するための貫
通孔１５が形成されている。

【００１７】このセラミック基板１１を構成する窒化物
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。

【００１８】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、炭化タンステン等
が挙げられる。

【００１９】なお、セラミック基板として酸化物セラミ
ックを使用してもよく、アルミナ、シリカ、コージェラ
イト、ムライト、ジルコニア、ベリリアなどを使用する
ことができる。

【００２０】本発明においては、セラミック基板中に焼
結助剤を含有することが望ましい。例えば、窒化アルミ
ニウムの焼結助剤としては、アルカリ金属酸化物、アル
カリ土類金属酸化物、希土類酸化物を使用することがで
き、これらの焼結助剤のなかでは、特にＣａＯ、Ｙ₂ Ｏ
₃ 、Ｎａ₂ Ｏ、Ｌｉ₂ Ｏ、Ｒｂ₂ Ｏが好ましい。また、
アルミナを使用してもよい。これらの含有量としては、
０．１〜２０重量％が望ましい。また、炭化珪素の場合
は、焼結助剤として、Ｂ₄ Ｃ、Ｃ、ＡｌＮを用いること
が望ましい。

【００２１】本発明では、セラミック基板中に５〜５０
００ｐｐｍのカーボンを含有していることが望ましい。
カーボンを含有させることにより、セラミック基板を黒
色化することができ、ヒータとして使用する際に輻射熱
を充分に利用することができるからである。カーボン
は、非晶質のものであっても、結晶質のものであっても
よい。非晶質のカーボンを使用した場合には、高温にお
ける体積抵抗率の低下を防止することができ、結晶質の
ものを使用した場合には、高温における熱伝導率の低下
を防止することができるからである。従って、用途によ
っては、結晶質のカーボンと非晶質のカーボンの両方を
併用してもよい。また、カーボンの含有量は、５０〜２
０００ｐｐｍがより好ましい。

【００２２】本発明のセラミック基板の直径は２００ｍ
ｍ以上が望ましい。特に１２インチ（３００ｍｍ）以上
であることが望ましい。次世代の半導体ウエハの主流と
なるからである。また、上記セラミック基板の直径は、
シリコンウエハと同等かそれより大きいことが望まし
い。

【００２３】本発明のセラミック基板の厚さは、５０ｍ
ｍ以下が望ましく、２５ｍｍ以下がより望ましい。セラ
ミック基板の厚さが２５ｍｍを超えると、セラミック基
板の熱容量が大きくなり、特に、温度制御手段を設けて
加熱、冷却すると、熱容量の大きさに起因して温度追従
性が低下してしまう。セラミック基板の厚さは、特に５
ｍｍ以上が最適である。なお、厚みは、１．５ｍｍを越
えることが望ましい。

【００２４】セラミック基板の厚さのばらつきは、±３
％以内が好ましい。また、熱伝導率のばらつきは±１０
％以内が好ましい。セラミック基板の加熱面の温度を均
一にするためには、セラミック基板の厚さや熱伝導率の
ばらつきを上記範囲に収めることが望ましいからであ
る。

【００２５】本発明では、図２に示したように、セラミ
ック基板の底面に絶縁層を形成することが望ましい。こ
の絶縁層としては、酸化物セラミックが望ましく、具体
的には、シリカ、アルミナ、ムライト、コ−ジェライ
ト、ベリリアなどを使用することができる。

【００２６】このような絶縁層としては、アルコキシド
を加水分解重合させたゾル溶液をセラミック基板にスピ
ンコートし、乾燥、焼成を行うことにより形成したもの
が挙げられるほか、スパッタリング、ＣＶＤなどを用い
て形成したものが挙げられる。また、セラミック基板表
面を酸化処理して酸化物からなる絶縁層を設けてもよ
い。

【００２７】なお、本発明のセラミックヒータでは、半
導体ウエハをセラミック基板のウエハ載置面に接触させ
た状態で載置するほか、半導体ウエハを支持ピンや支持
球などで支持し、セラミックス基板との間に一定の間隔
を保って保持する場合もある。離間距離としては、５〜
５０００μｍが望ましい。

【００２８】また、図２に示したように、セラミック基
板１１の貫通孔１５にリフターピン１６を挿通し、シリ
コンウエハ１９等の半導体ウエハを支持した後、このリ
フターピン１６を上下することにより、搬送機から半導
体ウエハを受け取ったり、半導体ウエハをセラミック基
板上に載置したり、半導体ウエハを支持したまま加熱し
たりすることができる。貫通孔１５の面粗度は、Ｒｍａ
ｘで０．０５〜２００μｍ、Ｒａで０．００５〜２０μ
ｍであることが望ましい。

【００２９】また、上記セラミック基板の内部に気孔が
存在する場合には、この気孔は、閉気孔であることが望
ましい。また、セラミック基板を通過するヘリウムの量
（ヘリウムリーク量）は、１０^-7Ｐａ・ｍ³ ／ｓｅｃ以
下であることが望ましい。強制冷却用の冷媒のガス漏れ
を防止するためである。

【００３０】本発明のセラミックヒータで用いるセラミ
ック基板の体積抵抗率、または、絶縁層の体積抵抗率
は、１００℃以上で１０⁵ Ω・ｃｍ以上であることが望
ましい。抵抗発熱体間の絶縁を確保するためである。セ
ラミック基板の平坦度は、５０μｍ以下であることが有
利である。

【００３１】本発明のセラミックヒータは、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あり、
具体的な装置としては、セラミック基板に抵抗発熱体の
みが設けられたセラミックヒータのほかに、例えば、静
電チャック、ウエハプローバ、サセプタ等が挙げられ
る。

【００３２】上記静電チャックは、抵抗発熱体に加え
て、静電電極、ＲＦ電極等がセラミック基板の内部に形
成されており、上記ウエハプローバは、表面に導電体と
してチャックトップ導体層が形成され、内部にガード電
極、グランド電極が導電体として形成されている。ま
た、本発明の半導体装置用セラミック基板は、１００℃
以上で使用されることが望ましく、２００℃以上で使用
されることが最も好ましい。

【００３３】本発明では、必要に応じて、図２に示した
ように、セラミック基板１１の有底孔１４に熱電対等の
測温素子１８を埋め込んでおくことができる。この測温
素子１８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。

【００３４】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。

【００３５】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。上記測温素子は、金ろう、銀ろうなどを使用して、
有底孔１４の底に接着してもよく、有底孔１４に挿入し
た後、耐熱性樹脂で封止してもよく、両者を併用しても
よい。

【００３６】上記耐熱性樹脂としては、例えば、熱硬化
性樹脂、特にはエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマ
レイミド−トリアジン樹脂などが挙げられる。これらの
樹脂は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよ
い。

【００３７】上記金ろうとしては、３７〜８０．５重量
％Ａｕ−６３〜１９．５重量％Ｃｕ合金、８１．５〜８
２．５重量％Ａｕ−１８．５〜１７．５重量％Ｎｉ合金
から選ばれる少なくとも１種が望ましい。これらは、溶
融温度が、９００℃以上であり、高温領域でも溶融しに
くいためである。銀ろうとしては、例えば、Ａｇ−Ｃｕ
系のものを使用することができる。

【００３８】発熱体１２は、図１に示したように、少な
くとも２以上の回路に分割されていることが望ましく、
２〜１０の回路に分割されていることがより望ましい。
回路を分割することにより、各回路に投入する電力を制
御して発熱量を変えることができ、加熱面１１ａの温度
を調整することができるからである。

【００３９】発熱体のパターンとしては、同心円形状や
同心円形状と屈曲形状の組み合わせのほか、例えば、渦
巻き、偏心円、屈曲線などが挙げられる。

【００４０】本発明においては、通常、この抵抗発熱体
を形成する前に、セラミック基板表面に絶縁層を設け
る。絶縁層は、アルコキシドを加水分解重合させたゾル
溶液をセラミック基板にスピンコートして乾燥、焼成を
行うことにより形成してもよく、スパッタリング、ＣＶ
Ｄなどにより形成してもよい。また、セラミック基板表
面を酸化雰囲気中で焼成して酸化物層を設けてもよい。

【００４１】本発明では、抵抗発熱体をセラミック基板
１１の表面（絶縁層の表面）に形成するので、この場合
には、金属粒子を含む導電ペーストをセラミック基板１
１の表面に塗布して所定パターンの導体ペースト層を形
成した後、これを焼き付け、セラミック基板１１の表面
で金属粒子を焼結させる方法が好ましい。なお、金属の
焼結は、金属粒子同士および金属粒子とセラミックとが
融着していれば充分である。

【００４２】本発明の実施の形態では、抵抗発熱体１２
のパターンとして、図３に示したようなパターンを採用
している。すなわち、セラミック基板１１には、抵抗発
熱体１２ｄが形成された部分を含む領域（抵抗発熱体形
成領域１）、抵抗発熱体１２ｃが形成された部分を含む
領域（抵抗発熱体形成領域２）、抵抗発熱体１２ｂが形
成された部分を含む領域（抵抗発熱体形成領域３）、抵
抗発熱体１２ａが形成された部分を含む領域（抵抗発熱
体形成領域４）が存在する。

【００４３】そして、抵抗発熱体形成領域１と抵抗発熱
体形成領域２の間、抵抗発熱体形成領域２と抵抗発熱体
形成領域３の間、抵抗発熱体形成領域３と抵抗発熱体形
成領域４の間に緩衝領域を設けている。この緩衝領域の
存在によって、抵抗発熱体形成領域２に大きな電力が投
入されて温度が上昇しても、抵抗発熱体形成領域１や抵
抗発熱体形成領域３に影響を与えない。このため、抵抗
発熱体形成領域１や抵抗発熱体形成領域３の温度を低下
させるなどの温度制御が不要であり、簡単な制御で加熱
面の温度差を低減することができる。

【００４４】抵抗発熱体の形成領域最の外周は上記セラ
ミック基板の側面から３５ｍｍ以内にあることが望まし
く、２５ｍｍ以内が最適である。２５ｍｍ以内であれ
ば、そり量をきわめて小さくすることができるからであ
る。さらに、抵抗発熱体の形成領域の最外周のセラミッ
ク基板の側面からの距離を０．５ｍｍ以上にすることが
望ましい。０．５ｍｍを超えると支持容器が金属性の場
合、電気的な短絡を起こしたり、ハンドリング性が低下
するからである。

【００４５】この実施形態では、抵抗発熱体形成領域の
幅は、直径の５〜３０％に調整している。抵抗発熱体形
成領域には、同心円、渦巻き、屈曲のパターンを形成す
るが、一つの抵抗発熱体形成領域には、一つのパターン
からなる回路が形成されていることが望ましい。一つの
回路である方が制御しやすいからである。セラミック基
板１１の表面に抵抗発熱体を形成する場合には、この抵
抗発熱体の厚さは、１〜３０μｍが好ましく、１〜１０
μｍがより好ましい。

【００４６】また、セラミック基板１１の表面に抵抗発
熱体を形成する場合には、抵抗発熱体の幅は、０．１〜
２０ｍｍが好ましく、０．１〜５ｍｍがより好ましい。

【００４７】抵抗発熱体は、その幅や厚さにより抵抗値
に変化を持たせることができるが、上記した範囲が最も
実用的である。抵抗値は、薄く、また、細くなる程大き
くなる。

【００４８】また、抵抗発熱体をセラミック基板の底面
に形成することにより、抵抗発熱体から発生した熱が伝
搬していくうちに、セラミック基板全体に拡散し、加熱
面の温度分布が均一化され、その結果、被加熱物の各部
分における温度が均一化される。

【００４９】抵抗発熱体は、断面が矩形であっても楕円
であってもよいが、偏平であることが望ましい。偏平の
方がウエハ加熱面に向かって放熱しやすいため、ウエハ
加熱面の温度分布ができにくいからである。断面のアス
ペクト比（抵抗発熱体の幅／抵抗発熱体の厚さ）は、１
０〜５０００であることが望ましい。この範囲に調整す
ることにより、抵抗発熱体の抵抗値を大きくすることが
できるとともに、ウエハ加熱面の温度の均一性を確保す
ることができるからである。

【００５０】抵抗発熱体の厚さを一定とした場合、アス
ペクト比が上記範囲より小さいと、ヒータ板１１のウエ
ハ加熱面方向への熱の伝搬量が小さくなり、抵抗発熱体
のパターンに近似した熱分布がウエハ加熱面に発生して
しまい、逆にアスペクト比が大きすぎると抵抗発熱体の
中央の直上部分が高温となってしまい、結局、抵抗発熱
体のパターンに近似した熱分布がウエハ加熱面に発生し
てしまう。従って、温度分布を考慮すると、断面のアス
ペクト比は、１０〜５０００であることが好ましいので
ある。

【００５１】抵抗発熱体をセラミック基板の表面に形成
する場合は、アスペクト比を１０〜２００とすることが
望ましい。抵抗発熱体は、セラミック基板の内部に形成
する場合の方が、アスペクト比が大きくなるが、これ
は、抵抗発熱体を内部に設けると、ウエハ加熱面と抵抗
発熱体との距離が短くなり、表面の温度均一性が低下す
るため、抵抗発熱体自体を偏平にする必要があるからで
ある。

【００５２】導体ペーストとしては特に限定されない
が、導電性を確保するための金属粒子または導電性セラ
ミックが含有されているほか、樹脂、溶剤、増粘剤など
を含むものが好ましい。

【００５３】導体ペーストに使用される樹脂としては、
例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などが挙げられ
る。また、溶剤としては、例えば、イソプロピルアルコ
ールなどが挙げられる。増粘剤としては、セルロースな
どが挙げられる。

【００５４】上記金属粒子としては、例えば、貴金属
（金、銀、白金、パラジウム）、鉛、タングステン、モ
リブデン、ニッケルなどが好ましい。これらは、２種以
上を併用する。面積抵抗率を５０ｍΩ／□以上にするた
めである。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。

【００５５】上記導電性セラミックとしては、例えば、
タングステン、モリブデンの炭化物などが挙げられる。
これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用しても
よい。これら金属粒子または導電性セラミック粒子の粒
径は、０．１〜１００μｍが好ましい。０．１μｍ未満
と微細すぎると、酸化されやすく、一方、１００μｍを
超えると、焼結しにくくなり、抵抗値が大きくなるから
である。

【００５６】上記金属粒子の形状は、球状であっても、
リン片状であってもよい。これらの金属粒子を用いる場
合、上記球状物と上記リン片状物との混合物であってよ
い。上記金属粒子がリン片状物、または、球状物とリン
片状物との混合物の場合は、金属粒子間の金属酸化物を
保持しやすくなり、抵抗発熱体と窒化物セラミック等と
の密着性を確実にし、かつ、抵抗値を大きくすることが
できるため有利である。

【００５７】導体ペーストには、上記したように、金属
粒子に金属酸化物を添加し、抵抗発熱体を金属粒子およ
び金属酸化物を焼結させたものとすることが望ましい。
このように、金属酸化物を金属粒子とともに焼結させる
ことにより、セラミック基板を構成する窒化物セラミッ
クまたは炭化物セラミックと金属粒子とを密着させるこ
とができる。

【００５８】金属酸化物を混合することにより、窒化物
セラミックまたは炭化物セラミックと密着性が改善され
る理由は明確ではないが、金属粒子表面や窒化物セラミ
ック、炭化物セラミックの表面は、わずかに酸化されて
酸化膜が形成されており、この酸化膜同士が金属酸化物
を介して焼結して一体化し、金属粒子と窒化物セラミッ
クまたは炭化物セラミックとが密着するのではないかと
考えられる。

【００５９】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、イットリアおよびチタニアからなる群から選ばれ
る少なくとも１種が好ましい。

【００６０】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、金属粒子と窒化物セラミックまた
は炭化物セラミックとの密着性を改善することができる
からである。

【００６１】上記酸化鉛、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、重
量比で、酸化鉛が１〜１０、シリカが１〜３０、酸化ホ
ウ素が５〜５０、酸化亜鉛が２０〜７０、アルミナが１
〜１０、イットリアが１〜５０、チタニアが１〜５０で
あって、その合計が１００重量部を超えない範囲で調整
されていることが望ましい。これらの範囲で、これらの
酸化物の量を調整することにより、特に窒化物セラミッ
クとの密着性を改善することができる。

【００６２】面積抵抗率は、５０ｍΩ／□以上が望まし
く、１００ｍΩ／□以上がより望ましい。５０ｍΩ／□
以上では、金属被覆ができないからであり、本発明のよ
うな構成が有効だからである。

【００６３】本発明では、上述のように、セラミック基
板の底面に抵抗発熱体を形成した後、被覆層を形成せず
空気中に露出させる。空気中に露出させることで、表面
に酸化膜が不動態として形成され、高温での酸化反応を
抑制することができるからである。

【００６４】抵抗発熱体には、電源と接続するための外
部端子が必要であり、この外部端子は、半田を介して抵
抗発熱体に取り付けるが、この外部端子１３としては、
例えば、コバール製のもの等が挙げられる。

【００６５】接続端子を接続する場合、半田としては、
銀−鉛、鉛−スズ、ビスマス−スズなどの合金を使用す
ることができる。なお、半田層の厚さは、０．１〜５０
μｍが好ましい。半田による接続を確保するのに充分な
範囲だからである。

【００６６】次に、本発明のセラミックヒータの製造方
法について説明する。 (1) セラミック基板の製造工程 上述した窒化物セラミックまたは炭化物セラミックの粉
末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。

【００６７】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
物セラミックまたは炭化物セラミックでは、１０００〜
２５００℃が好ましい。

【００６８】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１９を支持するための支持ピンを挿
入する貫通孔、リフターピン１６を挿通するための貫通
孔１５、熱電対などの測温素子１８を埋め込むための有
底孔１４を形成する。

【００６９】(2) 基板に導体ペーストを印刷する工程 導体ペーストは、一般に、金属粒子、樹脂、溶剤からな
る粘度の高い流動物である。この導体ペーストをスクリ
ーン印刷などを用い、抵抗発熱体を設けようとする部分
に印刷を行うことにより、導体ペースト層を形成する。
抵抗発熱体は、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の混成パ
ターンに印刷することが望ましい。導体ペースト層は、
焼成後の抵抗発熱体の断面が、方形で、偏平な形状とな
るように形成することが望ましい。

【００７０】(3) 導体ペーストの焼成 基板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、金属粒子を焼結させて
基板の底面に焼き付け、抵抗発熱体を形成する。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、金属粒
子、基板および金属酸化物が焼結して一体化するため、
抵抗発熱体と基板との密着性が向上する。

【００７１】(4) 形成された抵抗発熱体の端子部のみを
ニッケル、貴金属（金、白金、パラジウム、銀）等で被
覆する。端子接続部分以外は露出させる。このために、
抵抗発熱体の端子部以外の部分に、マスク層を形成して
おき、端子部に被覆層を形成した後、マスク層を除去
し、抵抗発熱体の他の部分を露出させる。

【００７２】(5) 外部端子等の取り付け 抵抗発熱体の回路の端部に電源との接続のための外部端
子を半田を用いて取り付ける。また、有底孔１４に銀ろ
う、金ろうなどで熱電対を固定し、ポリイミド等の耐熱
樹脂で封止し、セラミックヒータ１０の製造を終了す
る。なお、本発明のセラミックヒータでは、セラミック
基板の内部に静電電極を設けて静電チャックとしてもよ
く、セラミック基板の表面にチャップトップ導体層を設
け、内部にガード電極やグランド電極を設けてウエハプ
ローバとしてもよい。

【００７３】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を説明する
が、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

【００７４】（実施例１）ＳｉＣ製のセラミックヒータ
（図１、２参照）の製造 (1) ＳｉＣ粉末（平均粒径：０．３μｍ）１００重量
部、焼結助剤のＢ₄ Ｃを４重量部、アクリル系バインダ
１２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。

【００７５】(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。 (3) 加工処理の終った生成形体を脱脂した後、温度：２
１００℃、圧力：１８ＭＰａでホットプレスし、厚さが
３ｍｍのＳｉＣ製の板状体を得た。次に、この板状体の
表面から直径２１０ｍｍの円板体を切り出し、表面をＲ
ａ＝０．１μｍになるまで鏡面研磨し、セラミック基板
１１とした。

【００７６】(4) 次に、テトラエチルシリケート２５重
量部、エタノール３７．６重量部、塩酸０．３重量部か
らなる混合液を２４時間、攪拌しながら加水分解重合さ
せたゾル溶液を、セラミック基板１１の底面にスピンコ
ート法により塗布し、ついで８０℃で５時間乾燥させ、
１０００℃で１時間焼成してＳｉＣ製のセラミック基板
１１表面に厚さ２μｍのＳｉＯ₂ からなる絶縁層１８０
を形成した。

【００７７】絶縁層１８０の表面は、ほぼ鏡面であり、
ＪＩＳ Ｂ ０６０１ Ｒａ＝０．１μｍであった。な
お、面粗度は、表面形状測定器（ＫＡＬ・Ｔｅｎｃｏｒ
社製Ｐ−１１）により測定した。

【００７８】この絶縁層１８０を有するセラミック基板
１１にドリル加工を施し、シリコンウエハ１９の支持ピ
ンを挿入する貫通孔１５、熱電対を埋め込むための有底
孔１４（直径：１．１ｍｍ、深さ：２ｍｍ）を形成し
た。

【００７９】(4) 上記(3) の工程を経ることにより得ら
れたセラミック基板１１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
な同心円状と屈曲状の混成パターンとした。また、この
印刷パターンの端部には、端子部１３ａ，１３ｂ，１３
ｃ，１３ｄ，１３ｅを形成することとした。ただし、抵
抗発熱体形成領域の最外周が上記セラミック基板の側面
から３０ｍｍになるようにした。

【００８０】導体ペーストとしては、Ａｇ：５０．５重
量％、Ｐｔ：７．４重量％、ＳｉＯ₂：１．６重量％、
Ｂ₂ Ｏ₃ ：４．１重量％、ＺｎＯ：７．０重量％、Ｐｂ
Ｏ：１．０重量％、ＲｕＯ：７．１重量％、樹脂バイン
ダ：３．４重量％、溶剤：１７．９重量％からなるＡｇ
−Ｐｔペーストを使用した。

【００８１】(5) 次に、導体ペーストを印刷したセラミ
ック基板１１を７８０℃で加熱、焼成して、導体ペース
ト中のＡｇ−Ｐｔを焼結させるとともに基板１１に焼き
付け、抵抗発熱体１２を形成した。Ａｇ−Ｐｔの抵抗発
熱体１２は、厚さが５μｍ、幅２．４ｍｍ、面積抵抗率
が３００ｍΩ／□であった。

【００８２】(6) 次に、抵抗発熱体１２の端子部１３ａ
〜１３ｆ以外の部分をマスクした後、このセラミック基
板１１を、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８
ｇ／ｌ、塩化アンモニウム６ｇ／ｌの濃度の水溶液から
なる無電解ニッケルめっき浴に浸漬し、抵抗発熱体１２
の端子部１３ａ〜１３ｆの表面のみに厚さ１μｍの金属
被覆層（ニッケル層）を析出させた。

【００８３】(7) 次に、この端子部１３ａ〜１３ｆに、
スクリーン印刷により、銀−鉛半田ペースト（田中貴金
属製）を印刷して半田層を形成した。ついで、半田層の
上にコバール製の外部端子１７を載置して、４２０℃で
加熱リフローし、外部端子１７を半田層１７０を介して
抵抗発熱体１２に取り付けた。

【００８４】(8) 温度制御のための熱電対を有底孔１４
にはめ込み、セラミック接着剤（東亜合成社製 アロン
セラミック）を埋め込んで固定しセラミックヒータ１０
を得た。

【００８５】（実施例２）ＡｌＮ製のホットプレートの
製造（図１、２参照） （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ー１１．５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。

【００８６】（２）次に、この顆粒状の粉末を断面が六
角形状の金型に入れ、六角形の平板状に成形して生成形
体（グリーン）を得た。 （３）加工処理の終わった生成形体を温度：１８００
℃、圧力：２００ｋｇ／ｃｍ² 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
焼結体から直径２１０ｍｍ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）とした。この後、セ
ラミック基板の底面に実施例１の場合と同様にゾル溶液
を用い、セラミック基板表面に厚さ２μｍのＳｉＯ₂ か
らなる絶縁層１８０を形成した。

【００８７】次に、絶縁層を形成したセラミック基板に
ドリル加工を施し、半導体ウエハの支持ピンを挿入する
貫通孔１５、熱電対を埋め込むための有底孔１４（直
径：１．１ｍｍ、深さ：２ｍｍ）を形成した。

【００８８】（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、同心円状とした。この導体ペーストは、Ａｇ−
Ｐｔペーストであり、その組成は、Ａｇ：４９．２重量
％、Ｐｔ：１７．６重量％、ＳｉＯ₂ ：０．７重量％、
Ｂ₂ Ｏ₃ ：１．８重量％、ＺｎＯ：３．９重量％、Ｐｂ
Ｏ：０．４重量％、ＲｕＯ：５．１重量％、樹脂バイン
ダ：３．４重量％、溶剤：１７．９重量％であった。

【００８９】（５）次に、Ａｇ−Ｐｔペーストを印刷し
たセラミック基板を７８０℃で加熱、焼成して、導体ペ
ースト中のＡｇ、Ｐｔ等を焼結させるとともに焼結体に
焼き付け、抵抗発熱体を形成した。Ａｇ−Ｐｔの抵抗発
熱体３２は、厚さが５μｍ、幅２．４ｍｍ、面積抵抗率
が４５０ｍΩ／□であった。

【００９０】（６）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の濃度の水
溶液からなる無電解ニッケルめっき浴に、上記（５）で
作製した焼結体の端子部を除いた部分をマスクして浸漬
し、Ａｇ−Ｐｔの抵抗発熱体１２の端子部１３ａ〜１３
ｆの表面に厚さ１μｍの金属被覆層（ニッケル層）を析
出させた。

【００９１】（７）次に、この端子部１３ａ〜１３ｆ
に、スクリーン印刷により、銀ろうペースト（田中貴金
属社製）を印刷して銀ろう層を形成した。ついで、銀ろ
う層の上にコバール製の外部端子を載置して、９００℃
で加熱リフローし、外部端子を抵抗発熱体の表面に取り
付け、続いて導電線を有するソケットを外部端子に取り
付けた。続いて、温度制御のための熱電対を有底孔１４
にはめ込み、セラミック接着剤（東亜合成社製 アロン
セラミック）を埋め込んで固定しセラミックヒータ０を
得た。

【００９２】（比較例１）実施例２に準じた方法を用い
てセラミックヒータを製造した。すなわち、Ａｇ−Ｐｔ
の抵抗発熱体３２上にガラスペースト（昭栄化学工業製
Ｇ−５１７７）を塗布して５２０℃に焼成し、表面を
ガラスでコーティングしたほかは、実施例２と同様にし
てセラミックヒータを製造した。

【００９３】実施例１、２および比較例１のホットプレ
ートについて、３５０℃まで昇温した後、５８０時間ま
たはそれ以上放置し、抵抗発熱体の抵抗変化率を測定し
た。図４、５は、上記抵抗発熱体の抵抗値の変化率を示
したグラフである。図４、５に示したように、実施例
１、２では、抵抗変化率はほぼ５％以内であるが、比較
例１では抵抗変化率は６００％を超えている。

【００９４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、セラミ
ック基板の底面に形成された抵抗発熱体は、ガラス層で
被覆されることなく露出しているので、抵抗値の経時変
化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミックヒータを模式的に示す底面
図である。

【図２】図１に示したセラミックヒータの部分拡大断面
図である。

【図３】図１に示したセラミックヒータの抵抗発熱体形
成領域を示す平面図である。

【図４】実施例１、２におけるセラミックヒータの抵抗
値の経時変化を示したグラフである。

【図５】比較例１におけるセラミックヒータの抵抗値の
経時変化を示したグラフである。

【符号の説明】

１０ セラミックヒータ １１ セラミック基板 １２（１２ａ〜１２ｄ） 抵抗発熱体 １３ 端子部 １４ 有底孔 １５ 貫通孔 １６ タフターピン １７ 外部端子 １８ 測温素子 １７０ 半田層 １８０ 絶縁層

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

【手続補正書】

【提出日】平成１３年５月２９日（２００１．５．２
９）

【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・検査装置用セラミックヒ
ータ

【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 3/20 ３９３ Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６７ (72)発明者 井戸 義幸 岐阜県揖斐郡揖斐川町北方１−１ イビデ ン株式会社内 Ｆターム(参考） 3K034 AA02 AA15 AA21 AA22 AA34 AA37 BB06 BB14 BC04 BC12 BC29 CA02 CA26 DA04 DA08 EA01 HA01 HA10 JA02 3K092 PP20 QA05 QB02 QB04 QB17 QB18 QB31 QB44 QB45 QB47 QB51 QB61 QB69 QB74 QB76 QC02 QC16 QC38 QC52 RF03 RF11 RF17 RF22 UA05 UA17 UA18 UC07 VV03 VV22 4M106 AA01 BA14 CA60 DJ02 5F046 KA04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック基板の表面に抵抗発熱体が形
   成されてなるセラミックヒータであって、前記抵抗発熱
   体は、被覆されることなく露出していることを特徴とす
   るセラミックヒータ。
2. 【請求項２】 前記抵抗発熱体は、面積抵抗率が５０ｍ
   Ω／□以上である請求項１に記載のセラミックヒータ。
3. 【請求項３】 前記セラミック基板は、炭化物または窒
   化物セラミックである請求項１または２に記載のセラミ
   ックヒータ。
4. 【請求項４】 前記抵抗発熱体は、空気と接触してなる
   請求項１〜３のいずれか１に記載のセラミックヒータ。