JP2002015847A

JP2002015847A - セラミックヒータ

Info

Publication number: JP2002015847A
Application number: JP2001109297A
Authority: JP
Inventors: Seiji Hiramatsu; 靖ニ平松; Yasutaka Ito; 康隆伊藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2002-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】抵抗発熱体に欠けや断線等が発生することが
なく、抵抗発熱体を２以上の回路に分割した温度制御に
適しており、半導体ウエハ加熱面において、抵抗発熱体
パターンに近似した温度分布が発生せず、半導体ウエハ
加熱面の温度均一性を確保することができるセラミック
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、該セラミック
基板の抵抗発熱体が形成されてなる面の反対側が加熱面
であり、前記抵抗発熱体の面積抵抗率は、０．０５Ω／
□〜１０Ω／□であることを特徴とする。

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、特開平
４−３００２４９号公報等に、炭化物や窒化物を使用し
た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】しかしながら、特開平
１１−４０３３０号公報に記載されたペーストは、面積
抵抗率が１０ｍΩ／□以下と小さく、抵抗発熱体パター
ンを印刷する場合に、幅を０．１〜１ｍｍ程度と非常に
細くしなければ発熱量を高くすることができない。この
ため、抵抗発熱体パターンのわずかな欠けなどで断線し
たり、抵抗値が変動する。また、抵抗発熱体パターンは
導体ペーストの印刷で形成されるが、その厚みは必ずし
も均一ではなく、この印刷厚みのばらつきで発熱量が変
わり、加熱面の温度が不均一になるという未解決課題を
有し、なお改良の余地があった。また、特開平４−３０
０２４９号公報では、抵抗発熱体の密着性を問題にして
いることから、抵抗発熱体形成面に被加熱物を載置する
ことを前提としており、このような技術では、抵抗発熱
体のパターンに近似した温度分布が発生していまい、ウ
エハを均一に加熱することができない。本発明は、加熱
面の温度が均一なセラミックヒータを提供する。

【０００５】

【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、セラミック基板の
表面に抵抗発熱体が形成されてなる半導体製造・検査装
置用セラミックヒータであって、該セラミック基板の抵
抗発熱体が形成されてなる面の反対側が加熱面であり、
上記抵抗発熱体の面積抵抗率は、０．０５Ω／□〜１０
Ω／□、特には０．１Ω／□〜１０Ω／□であることを
特徴とする半導体製造・検査装置用セラミックヒータを
提案する。

【０００６】本発明によれば、抵抗発熱体の面積抵抗率
が、０．０５Ω／□〜１０Ω／□、０．１Ω／□〜１０
Ω／□と高いため、幅の広いパターン（パターン幅１ｍ
ｍ以上）にすることができる。通常、導体ペーストの印
刷厚みは必ずしも均一にならないため、パターン幅が小
さい場合、印刷厚みのばらつきで、パターンの場所によ
って抵抗値が異なり、発熱量が変わってしまい、加熱面
の温度が不均一になるという問題がある。しかしなが
ら、本発明では、上述したように、抵抗発熱体を幅の広
いパターンにすることができるため、印刷厚みのばらつ
きの影響を小さくでき、加熱面の温度を均一にできる。

【０００７】また、本発明によれば、上記セラミック基
板の抵抗発熱体が形成されてなる面の反対側が加熱面で
あるため、抵抗発熱体側から加熱面側へ熱が拡散伝搬し
て、加熱面に抵抗発熱体パターンに近似した温度分布が
生じにくい。また、上述したように、パターン幅を広く
することができるため、欠けによる断線や抵抗値変動を
発生しにくくすることができる。

【０００８】上記面積抵抗率が０．１Ω／□未満では、
上述の問題により加熱面の温度を均一にすることが困難
である。特に０．０５Ω／□未満では、パターン幅を小
さくする必要があり、熱サイクルにより、抵抗発熱体の
膨れなどの問題が生じやすい。また、面積抵抗率は、抵
抗発熱体の厚さを乗すると比抵抗になるが、このこと
は、抵抗発熱体の厚さのばらつきにより、比抵抗が変動
することを意味し、結局、上記面積抵抗率が１０Ω／□
を超えると、比抵抗が大きく変動してしまうため、発熱
量が変動し、加熱面の温度を均一にすることが困難にな
る。以下、実施形態に則して説明する。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の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
ミック等を使用する。また、必要に応じて絶縁層として
酸化物セラミック層を形成してもよい。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
導電性を有しているため、抵抗発熱体の回路間に短絡が
発生するおそれがあるが、酸化物セラミックを絶縁層と
して形成することにより、上記セラミックヒータを高温
で使用する場合、または、上記セラミック基板が不純物
を含有している場合、抵抗発熱体における回路間の短絡
を防止して温度制御性を確保できるからである。

【００１０】上記セラミック基板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。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。

【００１１】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、Ｙ_２Ｏ
_３、Ｎａ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏ、Ｒｂ_２Ｏ_３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。

【００１２】また、炭化珪素の場合は、焼結助剤は、Ｂ
_４Ｃ、Ｃ、ＡｌＮである。本発明では、セラミック基板
中に５〜５０００ｐｐｍ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、５０〜２０００ｐｐｍがより好ましい。

【００１３】本発明のセラミック基板としては、その厚
さが５０ｍｍ以下であることが望ましく、２５ｍｍ以下
であることがより望ましい。特に、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、温度制御手段を設けて加熱、冷却する場合、
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。また、２５ｍｍ以下の場合、抵抗発熱体の抵抗値の
ばらつきの影響を強く受けるおそれがあるが、本発明の
セラミックヒータによれば、面積抵抗率が０．０５〜１
０Ω／□、特に、０．１〜１０Ω／□に調整されている
ため、半導体ウエハや液晶基板の加熱面の温度均一性を
確保することができる。特に、本発明では、セラミック
基板の厚さは、５ｍｍ以下であることがさらに望まし
い。温度制御性に優れるからである。なお、セラミック
基板の厚みは、１．５ｍｍを超えることが望ましい。

【００１４】上記セラミック基板の表面に形成される絶
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。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て乾燥、焼成を行っ
たり、スパッタリング、ＣＶＤ等で形成してもよい。ま
た、セラミック基板表面に酸化処理を施して、酸化物層
を設けてもよい。

【００１５】上記絶縁層の厚さは、０．１〜１０００μ
ｍであることが望ましい。０．１μｍ未満では、絶縁性
を確保できず、１０００μｍを超えると抵抗発熱体から
セラミック基板への熱伝導性を阻害してしまうからであ
る。さらに、上記絶縁層の体積抵抗率は、同一の測定温
度において、上記セラミック基板の体積抵抗率の１０倍
以上であることが望ましい。１０倍未満では、回路の短
絡を防止できないからである。

【００１６】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
た状態で載置してもよく、セラミック基板のウエハ載置
面に支持ピンや支持球等を設け、半導体ウエハを支持ピ
ンや支持球等で支持することにより、セラミック基板か
ら一定距離離間した状態で保持することも可能である。
その場合、セラミック基板と半導体ウエハとの離間距離
は、５〜５０００μｍであることが望ましい。なお、セ
ラミック基板に形成された貫通孔にリフターピンを挿通
させ、上下させることにより、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、半導体ウエハをセラミック基板から一定距離
離間した状態で加熱したりすることができる。

【００１７】本発明のセラミック基板の直径は、１９０
ｍｍ以上であることが望ましく、２００ｍｍ以上である
ことがより望ましい。特に１２インチ（３００ｍｍ）以
上であることが望ましい。このような大きなヒータほど
加熱面の温度不均一の問題が発生しやすく、本発明が有
効だからである。

【００１８】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の装置に用いられる。具体
的に、上記装置としては、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。静電チャックと
して使用される場合、セラミック基板には、抵抗発熱体
に加えて、静電電極、ＲＦ電極等が形成される。また、
ウエハプローバとして使用される場合、セラミック基板
の表面に、導電体としてチャックトップ導体層が形成さ
れ、上記セラミック基板の内部には、導電体としてガー
ド電極、グランド電極等が形成される。また、本発明の
セラミックヒータは、１００℃以上、望ましくは２００
℃以上で使用されることが最適である。

【００１９】本発明では、必要に応じて、セラミック基
板の有底孔に熱電対を埋め込んでおくことができる。熱
電対によりセラミック基板の温度を測定し、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半導体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。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。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。

【００２０】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。

【００２１】抵抗発熱体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、ウエハ加熱面１
１ａの温度を調整することができるからである。

【００２２】抵抗発熱体１２のパターンとしては、図１
に示した同心円形状のほか、例えば、渦巻き形状、偏心
円形状、屈曲線形状などが挙げられる。本発明において
は、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ことが望ましい。絶縁層の形成は、
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、焼成を行ったり、スパ
ッタリング、ＣＶＤなどで形成してもよい。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。なお、この絶縁層の形成の際に絶縁層の収
縮でセラミック基板を一方向へ反らせることが可能とな
る。その結果、セラミックヒータの加熱面を平坦にする
ことができる。抵抗発熱体をセラミック基板１１の表面
に形成する際、金属粒子を含む導電ペーストをセラミッ
ク基板１１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１
１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。

【００２３】本発明によれば、セラミック基板１１の表
面に抵抗発熱体を形成することになるが、この抵抗発熱
体の厚さは、１〜３０μｍが好ましく、１〜１０μｍが
より好ましい。また、抵抗発熱体の幅は、１〜５０ｍｍ
が好ましい。

【００２４】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、抵抗発熱体が薄く、また、細
くなる程大きくなる。

【００２５】抵抗発熱体の形成位置をこのように設定す
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、被加熱物（半
導体ウエハ）を加熱する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。

【００２６】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。

【００２７】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、セラミック基板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であることが望まし
いのである。なお、断面のアスペクト比は、１０〜２０
０であることがより望ましい。

【００２８】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。

【００２９】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）が好ましく、２種以上を
併用することが望ましい。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。

【００３０】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。０．１μ
ｍ未満と微細すぎると、酸化されやすく、一方、１００
μｍ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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】導体ペーストには、上述したように、金属
粒子に酸化物を添加し、抵抗発熱体を金属粒子および酸
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、酸化物を金属粒子とともに焼結させることにより、
セラミック基板であ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。

【００３４】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。

【００３５】上記酸化物としては、例えば、酸化鉛、酸
化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ _３）、アルミナ、
イットリア、チタニア、酸化ルテニウム、酸化ビスマス
からなる群から選ばれる少なくとも１種が好ましい。

【００３６】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。

【００３７】上記酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ
素（Ｂ_２Ｏ_３）、アルミナ、イットリア、チタニア、酸
化ルテニウムの割合は、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２０〜７
０、アルミナが１〜１０、イットリアが１〜５０、チタ
ニアが１〜５０、酸化ルテニウムが１〜５０重量部であ
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。

【００３８】なお、上記酸化物の金属粒子に対する添加
量は、０．１重量％以上であり、１０重量％未満である
ことが望ましい。また、このような構成の導体ペースト
を使用して発熱体を形成した際の面積抵抗率は０．０５
〜１０Ω／□であり、特に０．１〜１０Ω／□が好まし
い。面積抵抗率が１０Ω／□を超えると、抵抗値の制御
のために、発熱体パターン幅を大きくしなければなら
ず、発熱体パターンを２以上の回路に分割して制御する
場合にパターン設計の自由度が奪われ、温度の均一性を
確保できず、また、逆に面積抵抗率０．１Ω／□未満で
は、パターン幅を小さくしなければ抵抗値を確保でき
ず、前述したような加熱面の温度が不均一になるという
問題が発生してしまう。また、特に０．０５／□未満で
は、発熱量を多くするために、パターン幅を小さくする
ため、セラミック基板との接触面積が小さくなり、熱サ
イクルで膨れが生じる。

【００３９】抵抗発熱体がセラミック基板１１の表面に
形成される場合には、抵抗発熱体の表面部分に、金属被
覆層（図２参照）１２ａが形成されていることが望まし
い。

【００４０】金属被覆層を形成する際に使用される金属
は、非酸化性の金属であれば特に限定されないが、具体
的には、例えば、金、銀、パラジウム、白金、ニッケル
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。これらのなかでは、ニッケル
が好ましい。

【００４１】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。接続端子としては、例えば、コバール製の
外部端子１３が挙げられる。

【００４２】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。

【００４３】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。ここでは、セラミック基板の内部
に抵抗発熱体が形成されたセラミックヒータ１０（図１
及び２参照）の製造方法について説明する。（１）セラミック基板の作製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。

【００４４】次に、生成形体に、必要に応じて、半導体
ウエハを支持するための支持ピンを挿入する貫通孔１５
となる部分や熱電対などの測温素子を埋め込むための有
底孔１４となる部分を形成する。

【００４５】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、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックでは、１
０００〜２５００℃である。

【００４６】（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は、２種以上の貴金属からなる金属粒子、
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等を用い、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か
らなる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望ましい。

【００４７】（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、
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。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１２とセラミック基板１
１との密着性が向上する。

【００４８】（４）金属被覆層の形成抵抗発熱体１２の表面には、金属被覆層１２ａを設ける
ことが望ましい。金属被覆層は、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。

【００４９】（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
の端子（外部端子１３）を半田で取り付ける。また、有
底孔１４に銀ろう、金ろうや樹脂、セラミックなどで熱
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、静電電極を設けて静電チャックと
してもよく、チャップトップ導体層を設けてウエハプロ
ーバとしてもよい。また、本発明のセラミックヒータ
は、半導体製造・検査装置に用いられ、１００℃〜８０
０℃で使用できる。

【００５０】

【実施例】以下、本発明をさらに詳細に説明する。（実施例１）炭化珪素製セラミックヒータ（図１及び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Ｂ_４Ｃを０．５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。

【００５１】（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２１００℃、圧力：
１８０ｋｇ／ｃｍ^２（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、セ
ラミック基板１１とした。セラミック基板１１に、ガラ
スペースト（昭栄化学工業製Ｇ−５２３２Ｎ）を塗布
して、１０００℃で１時間焼成してＳｉＣセラミック基
板１１表面に厚さ２μｍのＳｉＯ_２からなる絶縁層１８
を形成した。

【００５２】この成形体にドリル加工を施し、シリコン
ウエハを支持するリフターピンを挿入する貫通孔１５と
なる部分、熱電対を埋め込むための有底孔１４となる部
分（直径：１．１ｍｍ、深さ：２ｍｍ）を形成した。

【００５３】（４）上記（３）で得たセラミック基板１
１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のパターン
とした。このパターンは、９本のパターンからなり、１
〜３本目、４〜６本目、７〜９本目までをそれぞれ１つ
の制御区画とし、温度制御を行うことにした。導体ペー
ストとしては、銀９０重量部、白金１０重量部、シリカ
７．５重量部、酸化硼素１．５重量部、酸化亜鉛６重量
部、有機ビヒクルとして酢酸セルロース３０重量部から
なるものを使用した。

【００５４】（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
スト中の銀、鉛を焼結させるとともにセラミック基板１
１に焼き付け、抵抗発熱体１２を形成した。銀−白金の
抵抗発熱体１２は、厚さが５μｍ、幅１０ｍｍ、面積抵
抗率が０．１３Ω／□であった。

【００５５】（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
製したセラミック基板１１を浸漬し、銀−鉛の抵抗発熱
体１２の表面に厚さ１μｍの金属被覆層（ニッケル層）
を析出させた。

【００５６】（７）電源との接続を確保するための端子
を取り付ける部分に、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１３を
載置して、４２０℃で加熱リフローし、外部端子１３を
抵抗発熱体１２の表面に取り付けた。

【００５７】（８）温度制御のための熱電対を有底孔１
４にはめ込み、セラミック接着剤（東亜合成製アロン
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。

【００５８】（実施例２）炭化珪素製セラミックヒータ
の製造平均粒径１．０μｍのＳｉＣを使用し、焼結温度を１９
００℃とし、さらに得られた基板の表面を１５００℃で
２時間焼成して表面に厚さ１μｍのＳｉＯ_２層からなる
絶縁層を形成したほかは、実施例１と同様にし、炭化珪
素製のセラミックヒータを製造した。

【００５９】（実施例３）窒化アルミニウム製セラミッ
クヒータの製造（１）窒化アルミニウム粉末（平均粒径：０．６μｍ）
１００重量部、イットリア（平均粒径：０．４μｍ）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。

【００６０】（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１８００℃、圧力：
２００ｋｇ／ｃｍ^２（２０ＭＰａ）でホットプレスし、
厚さが３ｍｍの窒化アルミニウム板状体を得た。次に、
この板状体から直径２１０ｍｍの円板体を切り出し、セ
ラミック基板１１とした。この基板の表面に、実施例１
のガラスペーストを塗布し、乾燥焼成して厚さ２μｍの
ＳｉＯ_２からなる絶縁層を形成した。

【００６１】この成形体にドリル加工を施し、シリコン
ウエハを支持するリフターピンを挿入する貫通孔１５と
なる部分、熱電対を埋め込むための有底孔１４となる部
分（直径：１．１ｍｍ、深さ：２ｍｍ）を形成した。

【００６２】（４）上記（３）で得たセラミック基板１
１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のパターン
とした。このパターン９本のパターンに分割されてお
り、１〜３本目、４〜６本目、７〜９本目までをそれぞ
れ１つの制御区画とし、温度制御を行うことにした。導
体ペーストとしては、銀５０重量部、パラジウム５０重
量部、酸化亜鉛１０重量％、シリカ８重量％、酸化ホウ
素２重量％、有機ビヒクルとして酢酸セルロース３０重
量部からなるものを使用した。

【００６３】（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
スト中の銀、鉛を焼結させるとともにセラミック基板１
１に焼き付け、抵抗発熱体１２を形成した。銀−鉛の抵
抗発熱体１２は、厚さが５μｍ、幅１５ｍｍ、面積抵抗
率が５．０９Ω／□であった。

【００６４】（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
した基板１１を浸漬し、銀−鉛の抵抗発熱体１２の表面
に厚さ１μｍの金属被覆層１２ａ（ニッケル層）を析出
させた。

【００６５】（７）電源との接続を確保するための端子
を取り付ける部分に、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１３を
載置して、４２０℃で加熱リフローし、外部端子１３を
抵抗発熱体１２の表面に取り付けた。

【００６６】（８）温度制御のための熱電対を有底孔１
４にはめ込み、セラミック接着剤（東亜合成製アロン
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。

【００６７】（実施例４）窒化アルミニウム製セラミ
ックヒータの製造導体ペーストとして、銀ペーストであり、銀１００重量
部に対して、酸化鉛（５重量％）、酸化亜鉛（３５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％）、酸化ルテニウム（２
０重量％）からなる金属酸化物を７．５重量部含むもの
を使用したほかは、実施例３と同様にして窒化アルミニ
ウム製のセラミックヒータを製造した。なお、銀粒子
は、平均粒径が４．５μｍであり、抵抗発熱体の幅は、
厚さが５μｍ、幅０．９ｍｍ、面積抵抗率は、０．０８
Ω／□であった。

【００６８】（比較例１）炭化珪素製セラミックヒー
タの製造導体ペーストとして、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ＰＳ
６０３Ｄを使用し、また、抵抗発熱体のパターン線幅を
０．５ｍｍとしたほかは、実施例１と同様にして炭化珪
素製セラミックヒータを製造した。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４．５μ
ｍで、リン片状のものであり、面積抵抗率が７．７ｍΩ
／□であった。

【００６９】（比較例２）炭化珪素製セラミックヒー
タの製造導体ペーストとしては、昭栄化学工業製Ｒ−９００００
Ｎを使用し、また、抵抗発熱体パターンとして、同心円
のパターン（パターン幅：５５ｍｍ）を３本形成したほ
かは、実施例１と同様にして炭化珪素製セラミックヒー
タを製造した。なお、抵抗発熱体の面積抵抗率は１５Ω
／□であった。

【００７０】（試験例）炭化珪素製セラミックヒータ
の製造セラミック基板の厚さを２８ｍｍとしたほかは、比較例
１と同様にして炭化珪素製セラミックヒータを製造し
た。

【００７１】以上、実施例１〜４、比較例１〜２、及
び、試験例に係るセラミック基板について４００℃まで
昇温して、加熱面の最高温度と最低温度の差をサーモビ
ュア（日本データム社製ＩＲ−１６−２０１２−００
１２）で測定した。加熱面の最高温度と最低温度との差
について、実施例１では２℃、実施例２では３℃、実施
例３では２℃、実施例４では５℃であるが、比較例１で
は８℃であり、比較例２でも８℃であった。また、常温
から４００℃に昇温し、さらに常温まで降下させる試験
を５００回実施し、抵抗発熱体の剥離の有無を調べた。
その結果、実施例１〜３では剥離はないが、実施例４、
および、比較例１では剥離が見られた。また、実施例１
〜４では、ハンドリング時の欠けによる断線は全くない
が、比較例１では欠けによる断線が見られた。試験例で
は、セラミック基板が厚いため、加熱面の最高温度と最
低温度との差は、５℃と比較的小さかった。これは熱が
加熱面まで至るまでに拡散したためであると考えられ
る。しかしながら、試験例では、制御性が悪く、電力投
入してから、加熱面の温度が上昇するまで６０秒を要し
た。実施例１では、０．５秒であり、実施例１の方が制
御性には優れる。

【００７２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、加熱面の
温度を均一化でき、抵抗発熱体を２以上の回路に分割し
た分割制御に適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミックヒータにおける抵抗発熱体
のパターンを模式的に示した底面図である。

【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。

【符号の説明】

１０セラミックヒータ１１セラミック基板１２抵抗発熱体１３外部端子１４有底孔１５貫通孔

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 3/12 Ｈ０５Ｂ 3/16 3/16 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６７Ｆターム(参考） 3K034 AA02 AA03 AA08 AA10 AA15 AA16 AA19 AA34 AA37 BA02 BA13 BA15 3K092 PP20 QA05 QB02 QB04 QB31 QB43 QB47 QB61 QB68 QB74 QB75 QC02 QC18 QC20 QC25 QC31 QC49 QC52 RF03 RF11 RF17 RF22 VV22 5F031 CA02 HA02 HA03 HA16 HA33 HA37 JA46 MA28 PA11 PA18 5F046 KA04

Claims

【特許請求の範囲】

【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、該セラミック
基板の抵抗発熱体が形成されてなる面の反対側が加熱面
であり、前記抵抗発熱体の面積抵抗率は、０．０５Ω／
□〜１０Ω／□であることを特徴とするセラミックヒー
タ。
【請求項２】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、該セラミック
基板の抵抗発熱体が形成されてなる面の反対側が加熱面
であり、前記抵抗発熱体の面積抵抗率は、０．１Ω／□
〜１０Ω／□であることを特徴とするセラミックヒー
タ。
【請求項３】前記セラミック基板の表面に絶縁層が形
成され、該絶縁層の表面に抵抗発熱体が形成されてなる
請求項１または２に記載のセラミックヒータ。
【請求項４】前記セラミック基板は炭化物または窒化
物セラミックであり、絶縁層は酸化物セラミック層であ
る請求項１〜３のいずれか１に記載のセラミックヒー
タ。
【請求項５】前記抵抗発熱体は、少なくとも２種以上
の貴金属からなる請求項１〜４のいずれか１に記載のセ
ラミックヒータ。
【請求項６】前記抵抗発熱体は、２以上の回路で構成
されてなる請求項１〜５のいずれか１に記載のセラミッ
クヒータ。