JP2002190370A

JP2002190370A - 半導体製造・検査装置用セラミックヒータ

Info

Publication number: JP2002190370A
Application number: JP2001258312A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Ito; 康隆伊藤; Atsushi Ito; 淳伊藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2002-07-05

Abstract

(57)【要約】【課題】正確な被加熱物の温度の測定が可能であり、
この温度の測定結果に基づいて発熱体の発熱状態を調整
することにより、半導体ウエハ全体を均一に加熱するこ
とができる半導体製造・検査装置用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または内部に発熱
体を形成してなるセラミックヒータであって、前記セラ
ミック基板には、測温素子が接触して設けられており、
前記測温素子と接触するセラミック基板の面粗度は、Ｒ
ａ≦５μｍ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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種物体の加熱に
使用可能な半導体製造・検査装置用セラミックヒータに
関し、詳しくは、主に半導体産業におけるシリコンウエ
ハ等の乾燥用、スパッタリング用等の用途に好適に使用
できる半導体製造・検査装置用セラミックヒータであっ
て、特に温度制御しやすく、加熱面の温度均一性に優れ
る半導体製造・検査装置用セラミックヒータに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製品は、シリコンウエハ上に感光
性樹脂をエッチングレジストとして形成し、シリコンウ
エハのエッチングを行う工程を含む数段階の工程を経て
製造される。この感光性樹脂は液状であり、スピンコー
ターなどを用いてシリコンウエハ表面に塗布されるが、
塗布後は乾燥させなければならず、その際には塗布した
シリコンウエハをヒータ上に載置して加熱することにな
る。従来、このような用途に使用されるヒータは、金属
製のヒータであり、この金属製ヒータとして、例えば、
アルミニウム板の裏面に発熱体を配置したものが採用さ
れている。

【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、
セラミック基板の厚みは、１５ｍｍ程度と厚くしなけれ
ばならない。その理由は、薄い金属板では、加熱に起因
する熱膨張により、反り、歪みが発生してしまい、金属
板上に載置したシリコンウエハが破損、変形あるいは傾
斜したりしてしまうからである。しかしながら、セラミ
ック基板の厚みを厚くすると、ヒータの重量が重くな
り、またかさばってしまう。

【０００４】さらに、加熱時には、発熱体に印加する電
圧や電流量を変えることにより、加熱温度を制御するの
であるが、金属板が厚いために、電圧や電流量の変化に
対してセラミック基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。そのため特公平８−８
２４７号公報などで開示されているように、発熱体を具
備する窒化物セラミックを使用し、発熱体近傍の温度を
測定しながら、温度制御する技術が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らも、この技
術を採用してシリコンウエハを加熱しようとしたが、そ
の際、ヒータ表面に温度分布が発生してしまうという問
題が発生した。そこで、本発明者らは、温度分布の原因
について鋭意研究を行った結果、温度制御を行っている
にもかかわらず温度分布が発生する理由は、熱電対と接
触しているセラミック基板の面粗度が大きく、熱電対と
測温素子が点接触となるため、セラミック基板の熱が充
分に熱電対まで伝達されず、これが熱電対の測定結果を
狂わせていることを突き止めた。

【０００６】そこで、本発明者らは、この問題を解消す
るために更に研究を進めた結果、熱電対と接触している
セラミック基板の面を研磨するか、あるいは、さらに上
記セラミック基板の表面に絶縁層を形成することにより
その表面を平滑化し、表面の粗度Ｒａを、５μｍ以下、
特に望ましくは２μｍ以下とすることにより、このよう
な問題が解消できることを知見し、本発明を完成させ
た。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記知見に基
づいて完成されたものであって、熱電対の応答性に優
れ、温度分布が発生しにくい半導体製造・検査装置用セ
ラミックヒータを提供するものである。

【０００８】すなわち、本発明の半導体製造・検査装置
用セラミックヒータは、セラミック基板の表面または内
部に発熱体を形成してなるセラミックヒータであって、
上記セラミック基板に測温素子が接触して設けられ、上
記測温素子と接触するセラミック基板の面粗度は、Ｒａ
≦５μｍ、望ましくはＲａ≦２μｍであることを特徴と
するものである。

【０００９】本発明の半導体製造・検査装置用セラミッ
クヒータにおいて、熱電対などの測温素子が、Ｒａ≦２
μｍの面粗度を持つセラミック基板と接触した場合に
は、上記測温素子と上記セラミック基板との接触が面接
触に近くなるため、セラミック基板より測温素子に熱が
充分に伝達し、セラミック基板の正確な温度測定が可能
になる。なお、本発明において、セラミック基板の表面
に絶縁層が形成されている場合には、セラミック基板の
面粗度は、絶縁層表面の面粗度をいうものとする。Ｒａ
＞２μｍでは、測温素子との接触が点接触となるため、
熱が充分に伝達せず、正確な温度測定ができない場合が
ある。ただし、Ｒａが２〜５μｍでは、測温素子を横に
して接触させるなど、接触面積をある程度確保すること
で、温度測定の狂いを是正することができる。しかしな
がら、Ｒａが５μｍを超えるとどのような手段をもって
しても、正確な温度測定が困難であることがわかった。

【００１０】面粗度Ｒａ≦５μｍ、望ましくはＲａ≦２
μｍとするためには、セラミック基板の表面を研磨する
か、あるいは、セラミック基板の表面にセラミック基板
より体積抵抗率が高い絶縁層であって、上記面粗度を有
するものを形成する方法が望ましい。上記絶縁層を形成
する際には、セラミック基板の表面を研磨して面粗度を
調整した後、絶縁層を形成するか、または、絶縁層を形
成した後、表面の研磨を行って表面粗度を調整する。絶
縁層を形成する前後で表面粗度を調整してもよい。な
お、セラミック基板の面粗度は、Ｒａで０．００１μｍ
より大きい方が好ましい。余りにも平滑であると、測温
素子が滑ってしまい、セラミック基板の表面に接触させ
にくくなるからである。面粗度Ｒａは、特に、０．０５
〜１μｍが最適である。

【００１１】セラミック基板表面の面粗度の調整方法と
しては、例えば、ダイヤモンド砥石で♯１００〜♯１０
００の粗さのものを使用し、両面から０．１〜５０ｋｇ
／ｃｍ ^２の荷重をかけ、同時研磨する方法が挙げられ
る。砥石の回転速度は５０〜３００ｒｐｍが好ましい。
さらに、表面仕上げのために、ダイヤンドペースト（粒
径０．１〜５μｍ）とクロスを併用してポリシングする
ことが望ましい。また、セラミック基板に凹部を形成し
て、凹部内に測温素子を配置することもできる。凹部の
内部を研摩、ポリシングする場合は、棒状の砥石やポリ
シング材を使用すればよい。

【００１２】また、上記半導体製造・検査装置用セラミ
ックヒータにおいて、上記セラミック基板と上記測温素
子とは、上記セラミック基板よりも熱伝導率が高い伝熱
板を介して接触していることが望ましい。上記伝熱板に
より測温素子との接触面積を大きくすることができ、セ
ラミック基板の温度をより正確に測定することができる
とからである。

【００１３】また、上記測温素子は、上記セラミック基
板に接触した状態で固定されてことが望ましく、上記セ
ラミック基板に圧着されていることが望ましい。確実に
セラミック基板の表面と接触させることができ、セラミ
ック基板からの熱の伝達をより良好にすることができる
からである。なお、セラミック基板に測温素子を圧着さ
せる方法としては、バネ等を用いる方法が望ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の半導体製造・検査装置用
セラミックヒータは、セラミック基板の表面または内部
に発熱体を形成してなるセラミックヒータであって、上
記セラミック基板に測温素子が接触して設けられ、上記
測温素子と接触するセラミック基板の面粗度が、Ｒａ≦
５μｍ、望ましくはＲａ≦２μｍであることを特徴とす
るものである。なお、以下の説明においては、半導体製
造・検査装置用セラミックヒータを、単に、セラミック
ヒータともいうことにする。

【００１５】以下、本発明のセラミックヒータを、その
実施形態に沿って説明する。本発明で使用される絶縁層
としては、酸化物セラミックが望ましく、具体的には、
例えば、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。

【００１６】酸化物セラミックは、窒化物セラミックや
炭化物セラミックより体積抵抗率が高いため、絶縁層と
して、特に有利である。このような絶縁層は、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、ＣＶＤ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処理することに
より、酸化物層を形成し、これを絶縁層としてもよい。
また、絶縁層５００として、アルミナ板や石英板のよう
なものを使用してもよい。

【００１７】本発明では、面粗度Ｒａ≦５μｍ、望まし
くはＲａ≦２μｍとするために、セラミック基板の表面
を研磨処理して平滑化するか、または、面粗度Ｒａ≦５
μｍ、望ましくはＲａ≦２μｍの粗度を有する絶縁層を
形成する。上記絶縁層の厚さは、０．１〜３０００μｍ
が好ましい。０．１μｍ未満であると、絶縁層として機
能せず、３０００μｍを超えると、測温素子を設けた際
に、その応答性が低下するからである。

【００１８】絶縁層は、セラミック基板全体に形成され
ていてもよい。この場合には、絶縁層上に発熱体を形成
することができる。また、測温素子を接触させる部分に
のみに絶縁層が形成されていてもよい。例えば、図５に
示すように、ステンレス性のシースＳに熱電対４４を格
納し、アルミナ、シリカ、マグネシアなどの絶縁粉末４
６を封入し、このシースＳごと、図４に示すようにバネ
４５の力で絶縁層５００が形成されたセラミック基板１
１の表面に押しつけてもよい。この場合、シースＳの側
面に突起部４８を形成し、この突起部４８と底板または
中底板である板状体４１との間にバネ４５を配置する。
バネは、図４に示すようにコイル状であってもよく、板
状であってもよい。

【００１９】また、この際、熱電対４４等の測温素子を
内部に有するシースＳを、セラミック基板１１と接触す
るように、アルミナパイプＰに嵌め込んで固定してもよ
く、図４に示すように、熱電対４４を有するシースＳと
絶縁層５００との間に、金属板等の伝熱板４２を配置し
て熱伝導性を高くしておいてもよい。金属板としては、
アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅、貴金属など
を使用することができる。また、図４に示したように、
伝熱板４２とシースＳとの接触面積が大きくなるよう
に、伝熱板４２に、シースＳの先端部分と同様の形状の
凹部を設けることが望ましい。

【００２０】シースＳとしては、金属の他にアルミナな
どのセラミックを使用してもよい。但し、シースＳによ
り、測温素子の応答性が低下しないように、厚さや材質
を制御する必要がある。

【００２１】本発明のセラミックヒータは、上記した手
段を採用することにより、正確な被加熱物の温度の測定
が可能となり、この温度の測定結果に基づいて制御を行
うことにより、発熱体の発熱状態を的確に調整すること
ができ、シリコンウエハ等の各種の被加熱物全体を均一
に加熱することができる。すなわち、本発明のセラミッ
クヒータでは、測温素子がセラミック基板とほぼ面接触
となっており、このため、セラミック基板の正確な温度
測定が可能となり、この温度の測定結果に基づいて発熱
体の発熱状態を調整することにより、被加熱物を均一に
加熱することが可能となる。

【００２２】上記セラミック基板と測温素子は、上記し
た金属板や窒化物セラミック、炭化物セラミック等の材
料からなる伝熱板を介して接触していてもよい。このよ
うな金属板等の伝熱板は、熱伝導率が高く、熱電対の応
答性を改善することができる。また、上記したように、
これら伝熱板４２に窪みをもうけ、熱電対との接触面積
を大きくすると、応答性をさらに改善することができ
る。

【００２３】上記測温素子は、上記セラミック基板に接
触した状態で固定されていることが望ましい。具体的に
は、図２（ｂ）に示すように、耐熱性樹脂やセラミック
からなる保護部材６００により接着・固定されているこ
とが望ましい。

【００２４】また、図４に示したように、バネ４５のよ
うな弾性体を用い、セラミック基板の表面に押しつける
ことにより、あるいは、図７に示すように、セラミック
基板の加熱面の反対側面に凹部を形成し、弾性体によ
り、この凹部の底面に測温素子を押しつけることによ
り、セラミック基板に接触させてもよい。

【００２５】図７は、上述した熱電対の接触構造を模式
的に示す断面図である。セラミック基板７１の加熱面の
反対側面には、凹部７４が形成されており、この凹部７
４の底面に、シース７６に格納された熱電対７３が、ア
ルミニウム板７２を介して、板状体８１に固定された弾
性体であるバネ７５により押しつけられ、これによりセ
ラミック基板７１と熱電対７３とが接触している。

【００２６】図４や図７に示すような接触構造によれ
ば、熱膨張収縮による寸法変化を吸収できるため有利で
ある。また、測温素子は、そのままセラミック基板表面
に接触させてもよく、シースで被覆して横向きに接触さ
せてもよい（図７）。さらに、図７に示すように、金属
などの熱伝導率の高い部材によって押しつけてあっても
よい。

【００２７】また、発熱体を保持する窒化物セラミック
や炭化物セラミックは、熱膨張係数が金属よりも小さ
く、機械的な強度が金属に比べて格段に高いため、セラ
ミック基板の厚さを薄くしても、加熱により反ったり、
歪んだりしない。そのため、セラミック基板を薄くて軽
いものとすることができる。さらに、セラミック基板の
熱伝導率が高く、セラミック基板自体が薄いため、セラ
ミック基板の表面温度が、発熱体の温度変化に迅速に追
従する。即ち、電圧、電流値を変えて発熱体の温度を変
化させることにより、セラミック基板の表面温度を的確
に制御することができる。

【００２８】本発明のセラミックヒータは、上記したと
おり、セラミック基板の表面または内部に発熱体を形成
してなるセラミックヒータである。そこで、このセラミ
ックヒータの概要を、図１、２を使用してまず説明す
る。

【００２９】図１は、本発明のセラミックヒータの一例
を模式的に示す底面図である。また、図２（ａ）は、こ
のセラミックヒータの概要を示すブロック図であり、
（ｂ）は、測温素子の近傍を示す断面図である。なお、
図２（ａ）においては、図１に示したセラミック基板の
断面の一部を示している。

【００３０】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、発熱体１２は、セラミック
基板１１の加熱面（図示した底面に対向する面）１１ａ
の全体の温度が均一になるように加熱する必要があるた
め、セラミック基板１１の底面１１ｂに同心円状のパタ
ーンに形成されている。

【００３１】これら発熱体１２は、互いに近接する二本
の同心円同士のヒータを１組として、１本の線になるよ
うに接続されており、その両端に入出力の端子となる端
子ピン１３が接続されている。また、中央に近い部分に
は、シリコンウエハ等の各種の被加熱物を加熱面上に保
持するリフターピン１６を挿入するための貫通孔１５が
形成され、さらに、測温部１４ａ〜１４ｉには、熱電対
２７が保護部材６００を用いて固定されている。

【００３２】本発明のセラミックヒータにおけるセラミ
ック基板の厚さは、５０ｍｍ以下が望ましく、特に２５
ｍｍ以下がより望ましい。セラミック基板の厚さが２５
ｍｍ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こ
とがある。

【００３３】セラミック基板の厚さは、特に５ｍｍ以下
が最適である。なお、厚みは、１．５ｍｍを超えること
が望ましい。１．５ｍｍより薄いと、強度が低下するた
め破損しやすくなり、一方、５ｍｍより厚くなると、熱
が伝搬しにくくなり、加熱の効率が悪くなる。また、セ
ラミック基板１１の材料（素材）については、熱伝導性
のよい各種セラミックが使用可能であるが、窒化物セラ
ミックまたは炭化物セラミックが望ましい。

【００３４】上記窒化物セラミックとしては、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。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。また、炭化物セラミックとし
ては、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。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、窒化アルミニウムが最も
好ましい。その理由は、熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋと
最も高く、温度追従性に優れるものであるからである。
その結果、温度分布の不均一を招きやすいことはあるも
のの、測温素子２７について本発明の配置・形成構造を
とることより、その問題も回避することができるからで
ある。

【００３５】また、図２に示すように、セラミック基板
１１の底面１１ｂには、絶縁層５００が形成されてお
り、その絶縁層５００に熱電対２７等の測温素子を接触
させ、セラミック基板１１の温度を測定する。熱電対２
７等の測温素子を接触させる際には、図２、３に示した
ように、耐熱性樹脂やセラミックからなる保護部材６０
０を用いて固定してもよく、図４に示したようにバネ４
５を用い、シースＳ内に設置された熱電対４４等の測温
素子を、シースＳを介してセラミック基板１１の底面１
１ｂに接触させてもよい。

【００３６】このような測温素子としては、例えば、熱
電対、白金測温抵抗体、サーミスタ等が挙げられる。ま
た、上記熱電対としては、例えば、ＪＩＳ−Ｃ−１６０
２（１９８０）に挙げられるように、Ｋ型、Ｒ型、Ｂ
型、Ｓ型、Ｅ型、Ｊ型、Ｔ型熱電対等が挙げられるが、
これらのなかでは、Ｋ型熱電対が好ましい。熱電対とセ
ラミック板との接合部の大きさについては、素線の径よ
りも大きく、０．５ｍｍ以下であることが望ましい。そ
れは、接合部が大きい場合には、熱容量が大きくなって
応答性が低下してしまうからである。なお、素線の径よ
り小さくすることは困難である。

【００３７】上記測温素子を、測温部１４ａ〜１４ｉに
固定し、上記したとおり耐熱性樹脂あるいはセラミック
からなる保護部材６００で封止することになるが、その
際に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。また、セラミックとしては、アルミ
ナゾル、シリカゾルなどを使用することができ、これら
のセラミックゾルを乾燥させてゲル化することにより測
温素子を固定する。このように熱電対を固定する他、図
４において説明したように、接触させる方式であっても
構わない。

【００３８】上記セラミックヒータにおける発熱体は、
図１、２に示すように、セラミック基板１１の底面１１
ｂに形成してもよく、図３に示すように、セラミック基
板２１の内部に形成してもよい。前者の場合には、図２
に図示するように対向する表面をシリコンウエハなどの
被加熱物を載置して加熱する加熱面１１ａとすることが
望ましく、後者の場合には、図３に示すように、セラミ
ック基板の厚さ方向に中心より偏芯させて配置し、発熱
体から遠い方の面を加熱面２１ａとすることが望まし
い。本発明では、発熱体の設置位置をこのように設定す
ることにより、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（例えば
シリコンウエハ）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。

【００３９】セラミックヒータの設置位置について更に
言及すると、本発明の発熱体２２（２２ｘ、２２ｙ）を
図３に示すように、セラミック基板２１の内部に偏芯し
て形成する場合には、その位置は、セラミック基板２１
の加熱面２１ａに対向する面（底面）に近い位置で、加
熱面２１ａから底面２１ｂまでの距離に対して５０％を
超え、９９％までの位置とすることが望ましい。これ
は、５０％以下であると、加熱面に近すぎるため、温度
に不均一な分布が発生してしまい、逆に、９９％を超え
ると、セラミック基板１１自体に反りが発生して、シリ
コンウエハ等の被加熱物が破損するからである。

【００４０】さらに、発熱体２２をセラミック基板２１
の内部に形成する場合には、発熱体を形成する層を一層
とするのではなく、複数の層に分けて形成してもよい。
その場合は、各層のパターンは、加熱面に直交する方向
でみて、相互に補完するようにどこかの層に発熱体２２
が形成され、加熱面の上方から見ると、すべての領域に
も発熱体のパターンが存在するように形成されている状
態が望ましい。このような構造としては、例えば、互い
に千鳥の配置になっている構造が挙げられる。

【００４１】上記発熱体の配置パターン（形状）につい
ては、図１に示した同心円のほかに、例えば、渦巻き、
偏心円、屈曲線などが挙げられるが、同心円状の配置が
好ましい。また、同心円状パターンの場合には、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、シ
リコンウエハ等の加熱面の温度を調整することができる
からである。

【００４２】発熱体の断面形状については、特に制限さ
れるわけではなく、断面が矩形であっても楕円であって
もよいが、図２及び図３に図示するように、偏平である
ことが望ましい。それは偏平の方が加熱面に向かって放
熱しやすいため、加熱面の温度分布ができにくいからで
ある。その際の断面のアスペクト比（発熱体の幅／発熱
体の厚さ）については、１０〜５０００であることが望
ましい。それは、この範囲に調整することにより、発熱
体の抵抗値を大きくすることができると共に加熱面の温
度の均一性を確保することができるからである。

【００４３】その理由は、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
基板のウエハ加熱面方向への熱の伝搬量が小さくなり、
発熱体のパターンに近似した熱分布が加熱面に発生して
しまい、逆にアスペクト比が大きすぎると発熱体の中央
の直上部分が高温となってしまい、結局、発熱体のパタ
ーンに近似した熱分布が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、１
０〜５０００であることが好ましいのである。

【００４４】発熱体をセラミック基板の表面に形成する
場合には、アスペクト比を１０〜２００、また発熱体を
セラミック基板の内部に形成する場合には、アスペクト
比を２００〜５０００とすることが望ましい。以上のと
おりであるから、発熱体は、セラミック基板の内部に形
成した場合の方が、アスペクト比が大きくなるが、それ
は、発熱体を内部に設けると、加熱面と発熱体との距離
が短くなり、表面の温度均一性が低下するため、発熱体
自体を偏平にする必要があるからである。

【００４５】発熱体の具体的厚さについては、図１に示
したように、セラミック基板１１の表面に発熱体１２を
形成する場合には、１〜３０μｍが好ましく、１〜１０
μｍがより好ましい。また、図３に示したように、セラ
ミック基板２１の内部に発熱体２２を形成する場合に
は、１〜５０μｍが好ましい。さらに、発熱体の幅につ
いては、セラミック基板１１の表面に発熱体１２を形成
する場合には、その幅は、０．１〜２０ｍｍが好まし
く、０．１〜５ｍｍがより好ましい。発熱体２２をセラ
ミック基板２１の内部に形成する場合には、その厚み
は、５〜２０μｍが好ましい。

【００４６】発熱体は、その幅や厚さにより抵抗値が変
化し、加熱能力に変化を持たせることができるが、発熱
体を内部に形成した場合も表面に形成した場合も、それ
ぞれ上記した範囲が最も実用的である。なお、抵抗値
は、薄く、また、細くなる程大きくなる。発熱体は、セ
ラミック基板の内部に形成した場合の方が、表面に形成
した場合に比し、上記したとおり厚み、幅とも大きくな
る。

【００４７】それは、発熱体をセラミック基板の内部に
設けると、加熱面と発熱体との距離が短くなり、表面の
温度の均一性が低下するため、発熱体自体の幅を広げる
必要があること、内部に発熱体を設けるために、窒化物
セラミック等との密着性を考慮する必要性がないため、
タングステン、モリブデンなどの高融点金属やタングス
テン、モリブデンなどの炭化物を使用することができ、
抵抗値を高くすることが可能となるため、断線等を防止
する目的で厚み自体を厚くしてもよい。そのため、発熱
体１２は、上記した厚みや幅とすることが望ましい。

【００４８】本発明におけるセラミック基板の表面への
発熱体の形成は、金属粒子を含む導電ペーストをセラミ
ック基板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、その後、これを焼き付けセラミック基板の
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。その際の導電ペースト
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、金属酸化物などを含むものが
好ましい。

【００４９】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、単独で
用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの金
属は、比較的酸化しにくく、発熱するのに必要な充分な
抵抗値を有するからである。また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。

【００５０】これら金属粒子又は導電性セラミック粒子
の粒径は、０．１〜１００μｍが好ましい。これは、
０．１μｍ未満と微細すぎると酸化されやすく、逆に、
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。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、又は球状物とリン片
状物との混合物の場合は、金属粒子間に配合された金属
酸化物を保持しやすくなり、発熱体１２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。

【００５１】導電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。導電ペーストには、上記したように、
金属粒子に金属酸化物を添加し、発熱体１２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。

【００５２】上記したように金属酸化物を混合すること
により生ずる金属粒子と窒化物セラミック又は炭化物セ
ラミックとの密着性が改善される技術的理由について
は、明確ではないが、金属粒子表面、窒化物セラミック
及び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
又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。

【００５３】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 _２Ｏ_３）、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。それは、これらの酸化物
が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。

【００５４】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、チタニア等の
各酸化物相互の配合割合については、金属酸化物の全量
を１００重量部とした場合に、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１
００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。

【００５５】上記金属酸化物の金属粒子に対する添加量
は、０．１重量％以上１０重量％未満が好ましい。ま
た、このような構成の導電ペーストを使用して発熱体１
２を形成した際の面積抵抗率は、０．１〜１０Ω／□が
好ましい。面積抵抗率が０．１Ω／□未満の場合、発熱
量を確保するために、抵抗発熱体パターンの幅を０．１
〜１ｍｍ程度と非常に細くしなければならず、このた
め、パターンのわずかな欠け等で断線したり、抵抗値が
変動し、また、面積抵抗率が１０Ω／□を超えると、抵
抗発熱体パターンの幅を大きくしなければ、発熱量を確
保できず、その結果、パターン設計の自由度が低下し、
加熱面の温度を均一にすることが困難となるからであ
る。

【００５６】発熱体１２をセラミック基板１１の表面に
形成する場合には、発熱体１２の表面部分に金属被覆層
（図２参照）２４を形成することが望ましい。それは内
部の金属焼結体が酸化されて抵抗値が変化するのを防止
することができるためである。その際に形成する金属被
覆層の厚さは、０．１〜１０μｍが好ましい。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。

【００５７】これらのなかでは、ニッケルが好ましい
が、それは、発熱体１２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、半田を介して発熱体１２
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
端子ピン１３が挙げられる。

【００５８】また、発熱体２２をセラミック基板２１の
内部に形成する場合には、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。発熱体２２をセラミッ
ク基板２１の内部に形成する場合、発熱体の一部が表面
に露出していてもよく、発熱体を接続するためのスルー
ホールが接続端子部分に設けられ、このスルーホールに
接続端子が接続、固定されていてもよい。その際の接続
端子を接続するための半田としては、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、０．１〜５０μｍ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。

【００５９】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加熱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、５〜５００
０μｍが望ましい。半導体ウエハは、リフターピンを上
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。

【００６０】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外形は半
導体ウエハと同等かそれより大きいことが望ましい。半
導体ウエハとセラミック基板とが非接触の状態で加熱が
行われていてもよい。

【００６１】図６は、上記した構成のセラミックヒータ
を支持容器に格納した状態を模式的に示す断面図であ
る。このセラミックヒータ１０では、セラミック基板
は、図１、２に示したセラミック基板と同様に構成さ
れ、すなわち、セラミック基板１１の表面（底面）には
図示しない絶縁層が形成されており、この絶縁層上に発
熱体１２が形成されている。

【００６２】支持容器５１の内部には、複数のボルト形
状の支持柱５６が立設され、この支持柱５６には、バネ
５３が挿通され、このバネ５３により中底板５２が支持
されている。また、発熱体１２には、給電端子５４が、
この給電端子５４を挿通し、中底板５２上に載置された
バネ５５により押しつけられ、接続されており、この給
電端子５４には、導電線５８が接続され、導電線５８は
支持容器５１の外に引き出されている。

【００６３】また、シースＳに格納された熱電対４４
は、中底板５２に載置され、このシースＳを挿通するバ
ネ４５により伝熱板４２に押しつけられている。この伝
熱板４２には、シースＳの先端と同形状の窪みが形成さ
れており、従って、熱電対４４は、伝熱板４２を介して
セラミック基板１１に接触していることになる。

【００６４】また、セラミック基板１１の周辺部に形成
された貫通孔には支持柱５６が挿通され、これによりセ
ラミック基板の水平方向の位置が固定されている。一
方、セラミック基板１１の発熱体１２には給電端子５４
が接続され、また、伝熱板４２が配置された部分には、
シースＳが接触し、このシースＳや給電端子５４により
セラミック基板１１が上方に押し上げられている。支持
柱５６の頭部５６ａは、Ｔ字形状となっており、シース
Ｓ等により押し上げられたセラミック基板１１は、頭部
５６ａで止められ、固定されている。

【００６５】さらに、支持容器５１の底板５１ａには、
冷媒供給ポート５９が形成されるとともに、開口５１０
が形成されており、冷却媒体である液体、気体、具体的
には水、不活性ガス、空気等が冷媒供給ポート５９から
流入し、開口５１０から流出し、セラミック基板１１を
冷却する。また、開口５１０を形成することにより、輻
射熱の反射量を減らすことができる。

【００６６】次いで、本発明のセラミックヒータ、特に
セラミック基板の底面に発熱体を形成したセラミックヒ
ータ（すなわち、図１、２に図示された構造のセラミッ
クヒータ）の製造方法について、図１、２に基づいて説
明する。

【００６７】(1) セラミック基板の製造工程上記した窒化アルミニウムなどの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。そ
れに続いて、生成形体に、必要に応じて、シリコンウエ
ハを支持するためのリフターピンを挿入する貫通孔１５
となる部分をドリル加工等により形成する。セラミック
基板を製造した後、上記加工処理を行ってもよい。

【００６８】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、具体的には窒化物セラミックまたは炭化物セラミッ
クでは、１０００〜２５００℃である。さらに、表面に
酸化物セラミックの膜５００を形成する。具体的にはエ
チルシリケート、水、酸からなるゾル溶液を塗布し、こ
れを乾燥して１０００℃以上で焼成するゾルーゲル法
や、ガラスペーストを塗布し、１０００℃以上で焼成す
る方法、セラミック基板の表面を、空気中、１０００℃
以上で焼成して酸化膜を形成する方法などを採用するこ
とができる。酸化物セラミックからなる板、例えばアル
ミナ板やシリカ板を張りつけてもよい。この後、セラミ
ック基板をダイヤモンド砥石で研磨するか、あるいは、
ダイヤモンドペーストでポリシングし、表面の面粗度を
Ｒａ≦５μｍ、望ましくはＲａ≦２μｍに調整する。

【００６９】(2) セラミック基板に導電ペーストを印刷
する工程導電ペーストは、上記したとおり、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。この導電ペ
ーストをスクリーン印刷などを用い、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。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。

【００７０】(3) 導体ペースト層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、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、
発熱体１２を形成する。加熱焼成の温度は、５００〜１
０００℃が好ましい。導電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、セラミック基板およ
び金属酸化物が焼結して一体化するため、発熱体とセラ
ミック基板との密着性が向上する。

【００７１】(4) 金属被覆層の形成発熱体１２の表面には、金属被覆層２４を設けることが
望ましい。金属被覆層２４は、電解めっき、無電解めっ
き、スパッタリング等の各種手段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。

【００７２】(5) 端子等の取り付け発熱体１２のパターンの端部に電源との接続のための端
子（端子ピン１３）を半田で取り付け、さらに、図４に
示したようにバネを用い、シースおよび伝熱板を介して
測温素子をセラミック基板と接触させ、セラミックヒー
タの製造を終了する。

【００７３】以上のセラミックヒータの製造方法は、セ
ラミック基板の底面に発熱体を具備する構造のセラミッ
クヒータの製造方法であるから、つぎにセラミック基板
内部に発熱体を具備するセラミックヒータの製造方法に
ついて説明する。

【００７４】(1) セラミック基板の製造工程まず、窒化物セラミックまたは炭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
を用いてドクターブレード法等でシート状に成形してグ
リーンシートを作製する。グリーンシートの厚さは、
０．１〜５ｍｍが好ましい。

【００７５】その際のセラミック粉末としては、窒化ア
ルミニウム、炭化ケイ素など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、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。

【００７６】次いで、得られたグリーンシートに、必要
に応じて、被加熱物のシリコンウエハ等を支持するため
のリフターピンを挿入する貫通孔となる部分、発熱体を
外部の端子ピンと接続するためのスルーホールとなる部
分等を形成する。なお、上記加工は後述するグリーンシ
ート積層体を形成した後に行ってもよく、焼結体を製造
した後に行ってもよい。

【００７７】(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上に、金属または導電性セラミックを含
む導電ペーストを印刷する。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。金属粒子はタングステン粒子またはモリブデン粒子
がよく、その粒子の平均粒子径は、０．１〜５μｍが好
ましい。それは平均粒子径が０．１μｍ未満であるか、
５μｍを超えると、導電ペーストを印刷しにくいからで
ある。

【００７８】このような導電ペーストとしては、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
ブおよび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。

【００７９】(3) グリーンシートの積層工程導電ペーストを印刷していないグリーンシートを、導電
ペーストを印刷したグリーンシートの上下に積層する。
このとき、上側に積層するグリーンシートの数を下側に
積層するグリーンシートの数よりも多くして、発熱体の
形成位置を底面の方向に偏芯させる。具体的には、上側
のグリーンシートの積層数は２０〜５０枚、下側のグリ
ーンシートの積層数は５〜２０枚が好ましい。

【００８０】(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
ート及び内部の導体ペースト層を焼結させる。加熱温度
は、１０００〜２０００℃が好ましく、加圧の圧力は、
１００〜２００ｋｇ／ｃｍ^２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。

【００８１】さらに、表面に酸化物セラミックの膜５０
０を形成する。具体的にはエチルシリケート、水、酸か
らなるゾル溶液を塗布し、これを乾燥して１０００℃以
上で焼成するゾルーゲル法やガラスペーストを塗布し、
１０００℃以上で焼成する方法、表面を１０００℃以上
で空気中で焼成して酸化膜を形成する方法などを採用す
ることができる。また、酸化物セラミックからなる板、
例えばアルミナ板やシリカ板を張りつけてもよい。この
セラミック基板をダイヤモンド砥石で研磨するか、ある
いは、ダイヤモンドペーストでポリシングし、表面の面
粗度をＲａ≦５μｍ、望ましくはＲａ≦２μｍに調整す
る。

【００８２】さらに、内部の発熱体と接続するためのス
ルーホールに端子を接続し、加熱してリフローする。加
熱温度は、２００〜５００℃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、セラミックで
固定するか、図４のようにバネで接触させて、セラミッ
クヒータの製造を終了する。

【００８３】本発明のセラミックヒータは、セラミック
板の表面または内部に発熱体を形成し、測温素子を設
け、耐熱性樹脂又はセラミックで固定またはバネ等で押
しつけて固定したことを特徴とするものであるが、これ
に更に上記発熱体に電力を供給する制御部と、上記測温
素子により測定された温度データを記憶する記憶部と、
上記温度データから上記発熱体に必要な電力を演算する
演算部とを備えてセラミックヒータ装置とすることが望
ましい。

【００８４】このようにすることにより、温度の測定結
果を記憶部に記憶し、上記記憶部で記憶された温度デー
タに基づき、均一加熱のために発熱体に投入する電圧を
演算部で計算し、この計算結果に基づき、制御部より制
御電圧を発熱体に印加するので、シリコンウエハ等の被
加熱物全体を均一に加熱することが可能となる。

【００８５】また、窒化物セラミックや炭化物セラミッ
クは、熱膨張係数が金属よりも小さく、機械的な強度が
金属に比べて格段に高いため、セラミック基板を薄くて
軽いものとすることができる。さらに、セラミック基板
の熱伝導率が高く、セラミック基板自体が薄いため、セ
ラミック基板の表面温度が、発熱体の温度変化に迅速に
追従する。

【００８６】図３は、セラミック基板と、そのセラミッ
ク基板の発熱体に電力を供給する制御部と、上記測温素
子により測定された温度データを記憶する記憶部と、上
記温度データから上記発熱体に必要な電力を演算する演
算部とを備えたセラミックヒータ装置を図示するもので
あり、この図においては、セラミックヒータは部分断面
図で、そのセラミックヒータが具備する他の設備はブロ
ック線図で図示されている。

【００８７】この図に示したセラミックヒータは、図１
の場合とは異なり、発熱体２２ｘ、２２ｙがセラミック
基板２１の内部に埋設されており、これら発熱体２２
ｘ、２２ｙは、同様に図１とは異なり２重の同心円を１
組としたものでははなく、一重の円を同心円としたもの
である。その発熱体２２ｘ、２２ｙは、スルーホール２
８を介して底面に設けられた端子ピン１３に接続されて
いる。さらに、端子ピン１３には、ソケット３２が取り
付けられ、このソケット３２は、電源を有する制御部２
９に接続されている。

【００８８】そして、セラミック基板２１には、熱電対
２７が固定されている。その熱電対２７は、記憶部３０
に接続され、各熱電対２７の温度を一定時間毎に測定
し、そのデータを記憶することができるようになってい
る。さらに、この記憶部３０は、制御部２９に接続され
るとともに、演算部３１に接続され、記憶部３０に記憶
されたデータに基づき、演算部３１で制御する電圧値等
の計算を行い、これに基づき、制御部２９から各発熱体
２２に対して所定の電圧を印加し、加熱面２１ａの温度
を均一化することができるようになっている。

【００８９】また、セラミック基板２１には貫通孔２５
が複数個（図中では、１個のみ）設けられている。その
貫通孔２５にはリフターピン１６が挿入され、このリフ
ターピン１６上に被加熱物、例えばシリコンウエハ１９
が載置されるようになっている。さらに、このリフター
ピン１６を上下させることにより、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ようになって
いる。なお、セラミックヒータ１０を構成する各部材や
セラミック基板１１に形成する測温素子は、特に上記し
たところ以外の部分については図１のセラミックヒータ
の場合と同様に構成されているので、ここではその詳細
な説明は省略する。

【００９０】次に、本発明のセラミックヒータの動作に
ついて、発熱体をセラミック基板に埋設した構造を採用
している図３のセラミックヒータにより説明する。ま
ず、制御部２９を作動させることによりセラミックヒー
タ１０に電力を投入すると、セラミック基板２１自体の
温度が上がり始め、外周部の方の表面温度がやや低温に
なる。熱電対２７がこの変化を測温しており、その測温
したデータは、記憶部３０に一端格納される。

【００９１】その後、この測温された温度データは、演
算部３１に送られ、演算部３１において、各測定点にお
ける温度の差ΔＴを演算し、さらに、加熱面２１ａの温
度の均一化のために必要なデータΔＷを演算する。例え
ば、発熱体２２ｘと発熱体２２ｙにおける温度差ΔＴが
あり、発熱体２２ｘの方が低ければ、ΔＴを０にするよ
うな電力データΔＷを演算し、これを制御部２９に送信
して、これに基づいた電力を発熱体２２ｘに投入して昇
温させるのである。

【００９２】電力の計算アルゴリズムについては、セラ
ミック基板２１の比熱と加熱域の重量から昇温に必要な
電力を演算する方法が最も簡便であり、これに発熱体パ
ターンに起因する補正係数を加味してもよい。また、予
め、特定の発熱体パターンについて昇温試験を行い、測
温位置、投入電力、温度の関数を予め求めておき、この
関数から投入電力を演算してもよい。そして、演算部３
１で演算された電力に対応する印加電圧と時間とを制御
部２９に送信し、制御部２９でその値に基づいて各発熱
体２２に電力を投入することになる。

【００９３】図１および図２（ａ）に示したセラミック
ヒータは、図３に示したセラミックヒータと同様に、セ
ラミック基板と、セラミック基板の発熱体に電力を供給
する制御部と、上記測温素子により測定された温度デー
タを記憶する記憶部と、上記温度データから上記発熱体
に必要な電力を演算する演算部とを備えたセラミックヒ
ータ装置を図示するものであり、発熱体は図３の場合の
ようにセラミック基板内に埋設されているのではなく、
セラミック基板の底面に設置されている。図２（ｂ）
は、セラミックヒータの一部、特に測温素子を部分拡大
した断面図である。

【００９４】このセラミック基板１１の底面１１ｂに形
成された発熱体１２ｘ、１２ｙの周囲には金属被覆層２
４が形成されており、その発熱体１２ｘ、１２ｙには更
に金属被覆層２４を介して端子ピン１３が接続、固定さ
れている。また、その端子ピン１３にはソケット３２が
取り付けられており、そのソケット３２には、電源を有
する制御部２３に接続されている。なお、そのほかは、
図３に示したセラミックヒータと同様に構成されてい
る。

【００９５】図１、２に示したセラミックヒータ１０の
動作も、図３に示したセラミックヒータと同様であり、
２個の熱電対の温度を一定時間毎に測定して記憶部２１
で記憶し、このデータから演算部２２で制御する電圧値
等の計算を行い、これに基づき、制御部２３から発熱体
１２ｘ、１２ｙに対して所定の電圧を印加して、セラミ
ックヒータ１０の加熱面１１ａ全体の温度を均一化する
ことができるようになっている。

【００９６】

【実施例】以下において、本発明に関し実施例に基づい
て更に詳細に説明するが、本発明は、この実施例により
何等限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に
基づいて把握されるものであることはいうまでもないこ
とである。

【００９７】（実施例１）窒化アルミニウム製のセラ
ミックヒータ（図１参照）の製造 (1) 窒化アルミニウム粉末（平均粒径：１．１μｍ）１
００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重量部及びアルコールか
らなる組成物をスプレードライし、顆粒状の粉末を作製
した。

【００９８】(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。こ
の生成形体にドリル加工を施し、シリコンウエハのリフ
ターピンを挿入する貫通孔１５となる部分を形成した。

【００９９】(3) この加工処理の終った生成形体を１８
００℃、圧力：２００ｋｇ／ｃｍ^２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１２インチ（３００ｍｍ）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。さらに、表面にガラスペースト（昭栄化学
工業Ｇ−５１７７）を塗布し、１０００℃に加熱して
表面に厚さ２μｍのＳｉＯ_２膜を形成した。このセラミ
ック基板１１を＃２２０のダイヤモンド砥石で１ｋｇ／
ｃｍ^２の荷重で研磨し、ついでポリシングクロス（マル
トー社製）とダイヤモンドペースト（粒径：０．５μ
ｍ）で研磨し、表面の粗度Ｒａを０．０１μｍとした。
なお、面粗度の測定は、触針式表面粗さ計（東京精密社
製、サーフコム９２０Ａ）により行った。

【０１００】(4) 上記(3) で得たセラミック基板１１
に、スクリーン印刷にて導電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。導電ペーストとしては、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。この導電ペーストは、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％）及びアルミナ（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。

【０１０１】(5) 次に、導電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、導電ペース
ト中の銀、鉛を焼結させるとともにセラミック基板１１
に焼き付け、発熱体１２を形成した。銀−鉛の発熱体１
２は、厚さが５μｍ、幅が２．４ｍｍ、面積抵抗率が
７．７ｍΩ／□であった。

【０１０２】(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及び塩化アンモニウム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−鉛の発熱体１２
の表面に厚さ１μｍの金属被覆層（ニッケル層）２４を
析出させた。

【０１０３】(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端子ピン１３を
載置して、４２０℃で加熱リフローし、端子ピン１３を
発熱体１２の表面に取り付けた。

【０１０４】(8) 温度制御のための熱電対をポリイミド
樹脂で固定し、１９０℃で２時間硬化させ、セラミック
ヒータ１０を得た。

【０１０５】（実施例２）炭化ケイ素製のセラミック
ヒータの製造平均粒径１．０μｍの炭化ケイ素を使用し、焼結温度を
１９００℃とし、さらに得られたセラミック基板の表面
を１５００℃で２時間焼成して表面に厚さ１μｍのＳｉ
Ｏ_２層を形成したほかは、実施例１と同様にし、炭化ケ
イ素製のセラミックヒータを製造した。但し、この基板
を♯２２０のダイヤモンド砥石で１ｋｇ／ｃｍ^２の荷重
で研磨し、ついでポリシングクロス（マルトー社製）と
ダイヤモンドペースト（粒径０．２５μｍ）で研磨し、
Ｒａを０．００８μｍとした。ここに図４に示すような
熱電対４４を格納したシースＳをバネ４５で押しつけ
た。

【０１０６】（実施例３）発熱体を内部に有するセラ
ミックヒータの製造（図３参照） (1) 窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製平均粒径：
１．１μｍ）、イットリア（平均粒径：０．４μｍ）４
重量部、アクリルバインダ１１．５重量部、分散剤０．
５重量部及び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
ーブレート法により成形を行って、厚さ０．４７ｍｍの
グリーンシートを得た。

【０１０７】(2) それに続いて、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
１．８ｍｍ、３．０ｍｍ、５．０ｍｍのシリコンウエハ
リフターピンを挿入する貫通孔１５となる部分、端子ピ
ンと接続するためのスルーホールとなる部分を設けた。

【０１０８】(3) 次に、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重量部及
び分散剤０．３重量部を混合して導電ペーストＡを調製
した。さらに、平均粒子径１μｍのタングステンカーバ
イト粒子１００重量部、アクリル径バインダ１．９重量
部、α−テルピネオール溶媒３．７重量部及び分散剤
０．２重量部を混合して導電ペーストＢを調製した。

【０１０９】(4) この導電性ペーストＡを用いて、グリ
ーンシートにスクリーン印刷で印刷し、導体ペースト層
を形成した。印刷パターンは、図１に図示したような同
心円パターンとした。また、端子ピンを接続するための
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を上側（加
熱面）に３７枚、下側に１３枚、１３０℃、８０ｋｇ／
ｃｍ^２の圧力で積層した。

【０１１０】(5) このようにして得られた積層体を窒素
ガス中、６００℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力１
５０ｋｇ／ｃｍ^２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３００ｍｍの
円板状に切り出し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの発
熱体を有するセラミック製の板状体とした。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スピンコートで塗布
し、ついで８０℃で５時間乾燥させ、１０００℃で１時
間焼成してセラミック基板１１表面に厚さ２μｍのＳｉ
Ｏ_２膜からなる絶縁層５００を形成した。

【０１１１】(6) このセラミック基板を♯２２０のダイ
ヤモンド砥石で１ｋｇ／ｃｍ^２の荷重で研磨し、表面の
粗度Ｒａを０．６μｍとした。 (7) その後、スルーホール用の貫通孔の一部をえぐり取
って凹部とし、この凹部にＮｉ−Ａｕからなる金ろうを
用い、７００℃で加熱リフローしてコバール製の端子ピ
ンを接続させた。なお、端子ピンの接続は、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。それは接
続信頼性を確保することができるからである。

【０１１２】(8) さらに、温度制御のための複数の熱電
対をシリカゾルで固定し、１００℃で１時間乾燥させて
セラミックヒータの製造を完了した。

【０１１３】（実施例４）本実施例は実施例３とほぼ同
様にしてセラミックヒータを製造したが、以下の点が異
なる。すなわち、(5) の工程で絶縁層を有するセラミッ
ク基板を得た後、この基板を♯１２０のダイヤモンド砥
石で１ｋｇ／ｃｍ^２の荷重で研磨し、表面の粗度Ｒａを
１．０μｍとした。また、厚さ１ｍｍのアルミニウム板
からなる伝熱板４２を熱電対の配置場所に配置し、さら
に、電熱板４２を介し、図４に示すように熱電対４４を
備えたシースＳをバネ４５によりセラミック基板の表面
に接触させた。

【０１１４】（実施例５）本実施例は実施例１とほぼ同
様にしてセラミックヒータを製造したが、以下の点が異
なる。すなわち、(3) の工程で絶縁層を有するセラミッ
ク基板を得た後、この基板を♯２２０のダイヤモンド砥
石で１ｋｇ／ｃｍ^２の荷重で研磨し、ついでポリシング
クロス（マルトー社製）とダイヤモンドペースト（粒径
０．１μｍ）で研磨し、表面の粗度Ｒａを０．０００８
μｍとした。

【０１１５】（実施例６）本実施例は実施例１とほぼ同
様にしてセラミックヒータを製造したが、以下の点が異
なる。すなわち、(3) の工程で絶縁層を有するセラミッ
ク基板を得た後、この基板を♯１００のダイヤモンド砥
石で１ｋｇ／ｃｍ^２の荷重で研磨し、表面の粗度Ｒａを
１．５μｍとした。

【０１１６】（実施例７）本実施例は実施例１とほぼ同
様にしてセラミックヒータを製造したが、以下の点が異
なる。すなわち、(3) の工程で絶縁層を有するセラミッ
ク基板を得た後、この基板を♯８０のダイヤモンド砥石
で１ｋｇ／ｃｍ^２の荷重で研磨し、表面の粗度Ｒａを
２．０μｍとした。（実施例８）本実施例は実施例１とほぼ同様にしてセラ
ミックヒータを製造したが、以下の点が異なる。すなわ
ち、(3) の工程で絶縁層を有するセラミック基板を得た
後、この基板の半導体ウエハ等の被加熱物を加熱する面
の反対側の面にドリル加工して直径１０ｍｍの凹部を形
成し、さらに、♯１００の棒状ダイヤモンド砥石で１ｋ
ｇ／ｃｍ^２の荷重で研磨し、表面の粗度Ｒａを１．５μ
ｍとした。さらに、ステンレスのシースにＫ型熱電対を
マグネシアおよびアルミナとともに封入したシース型熱
電対を横向きにし、凹部の底面に図７に示すようにアル
ミニウム板およびバネにて押しつけて固定した。（実施例９）本実施例は実施例１とほぼ同様にしてセラ
ミックヒータを製造したが、以下の点が異なる。すなわ
ち、(3) の工程で絶縁層を有するセラミック基板を得た
後、この基板の半導体ウエハ等の被加熱物を加熱する面
の反対側の面にドリル加工して直径１０ｍｍの凹部を形
成し、さらに、♯５０の棒状ダイヤモンド砥石で１ｋｇ
／ｃｍ^２の荷重で研磨し、表面の粗度Ｒａを３μｍとし
た。さらに、ステンレスのシースにＫ型熱電対をマグネ
シアおよびアルミナとともに封入したシース型熱電対を
横向きにし、凹部の底面に図７に示すようにアルミニウ
ム板およびバネにて押しつけて固定した。（実施例１０）本実施例は実施例１とほぼ同様にしてセ
ラミックヒータを製造したが、以下の点が異なる。すな
わち、(3) の工程で絶縁層を有するセラミック基板を得
た後、この基板の半導体ウエハ等の被加熱物を加熱する
面の反対側の面にドリル加工して直径１０ｍｍの凹部を
形成し、さらに、♯３０の棒状ダイヤモンド砥石で１ｋ
ｇ／ｃｍ^２の荷重で研磨し、表面の粗度Ｒａを５μｍと
した。さらに、ステンレスのシースにＫ型熱電対をマグ
ネシアおよびアルミナとともに封入したシース型熱電対
を横向きにし、凹部の底面に図７に示すようにアルミニ
ウム板およびバネにて押しつけて固定した。（実施例１１）実施例１とほぼ同様にしてセラミックヒ
ータを製造したが、表面の研磨を行わなかった点が実施
例１と異なる。得られたセラミックヒータの表面の粗度
Ｒａは、２．２μｍであった。（比較例１）本実施例は実施例１とほぼ同様にしてセラ
ミックヒータを製造したが、以下の点が異なる。すなわ
ち、(3) の工程で絶縁層を有するセラミック基板を得た
後、この基板の半導体ウエハ等の被加熱物を加熱する面
の反対側の面にドリル加工して直径１０ｍｍの凹部を形
成した。ドリル加工した時点では、面粗度はＲａで５．
５μｍであった。さらに、ステンレスのシースにＫ型熱
電対をマグネシアおよびアルミナとともに封入したシー
ス型熱電対を横向きにし、凹部の底に図７に示すように
アルミニウム板をおよびバネにて押しつけて固定した。

【０１１７】〈性能試験〉２５０℃まで昇温した場合の
セラミック基板の最高温度と最低温度の差を実施例、比
較例について調べた。性能評価に使用する装置は、電源
を有する制御部、演算部を備えた温調器（オムロン製
Ｅ５ＺＥ）を使用し、各実施例で製造したセラミックヒ
ータを制御した。さらに、２５０℃まで昇温した後、２
５℃のシリコンウエハを加熱面に載置し、もとの２５０
℃に回復するまでの時間を測定した。これらの結果を下
記の表１に示した。

【０１１８】

【表１】

【０１１９】上記表１に示した結果より明らかなよう
に、Ｒａは、０．００１μｍより小さくなると熱電対と
の接触面積が逆に小さくなりすぎるため、熱電対の応答
性が低下したと考えられる。また、実施例４では、アル
ミニウム板を介して熱電対が接触しており、Ｒａが大き
くなっているものの、応答性の低下は見られなかった。
さらに、実施例８〜１０では、熱電対をシース型にして
横にすることにより、接触面積が大きくなり、温度をよ
り正確に測定することができたため、最高温度と最低温
度の差が小さくなった。また、熱電対をシース型にして
横にすることで接触面積を大きくした場合、Ｒａが５μ
ｍまでなら、温度制御が可能であった。

【０１２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体製
造・検査装置用セラミックヒータによれば、正確な被加
熱物の温度の測定が可能となり、この温度の測定結果に
基づいて発熱体の発熱状態を調整することにより、シリ
コンウエハ全体を均一に加熱することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミックヒータの一例を模式的に示
す底面図である。

【図２】（ａ）は、発熱体がセラミック基板の底面に形
成されたセラミックヒータの概要を示すブロック図であ
り、（ｂ）は、上記セラミックヒータの熱電対を設置し
た部分を示した部分拡大断面図である。

【図３】本発明のセラミック基板の内部に発熱体を備え
たセラミックヒータの概要を示したブロック図である。

【図４】熱電対の接触構造の一例を模式的に示す断面図
である。

【図５】シース熱電対の構造を示す断面図である。

【図６】本発明のホットプレートユニットの構造を模式
的に示す断面図である。

【図７】熱電対の接触構造の他の一例を模式的に示す断
面図である。

【符号の説明】

１０、２０セラミックヒータ１１、２１セラミック基板１１ａ、２１ａ加熱面１１ｂ、２１ｂ底面１２、２２発熱体１３端子ピン１４測温部１５、２５貫通孔１６リフターピン１９シリコンウエハ２４金属被覆層２７、４４熱電対２８スルーホール２３、２９制御部２１、３０記憶部２２、３１演算部３２ソケット４５バネＳシース

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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発熱
体を形成してなるセラミックヒータであって、前記セラ
ミック基板には、測温素子が接触して設けられており、
前記測温素子と接触するセラミック基板の面粗度は、Ｒ
ａ≦５μｍ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。
【請求項２】前記測温素子と接触するセラミック基板
の面粗度は、Ｒａ≦２μｍである請求項１に記載の半導
体製造・検査装置用セラミックヒータ。
【請求項３】前記セラミック基板の表面には、セラミ
ック基板より体積抵抗率が高い絶縁層が形成されてなる
請求項１または２に記載の半導体製造・検査装置用セラ
ミックヒータ。
【請求項４】前記セラミック基板と前記測温素子と
は、前記セラミック基板よりも熱伝導率が高い伝熱板を
介して接触してなる請求項１〜３のいずれか１に記載の
半導体製造・検査装置用セラミックヒータ。
【請求項５】前記測温素子は、前記セラミック基板に
接触した状態で固定されてなる請求項１〜４のいずれか
１に記載の半導体製造・検査装置用セラミックヒータ。
【請求項６】前記測温素子は、前記セラミック基板に
圧着されてなる請求項１〜５のいずれか１に記載の半導
体製造・検査装置用セラミックヒータ。