JP2002246159A

JP2002246159A - ホットプレートユニット

Info

Publication number: JP2002246159A
Application number: JP2001041025A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Sakaguchi; 洋之坂口
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2001-02-16
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2002-08-30

Abstract

(57)【要約】【課題】抵抗発熱体が形成されたセラミック基板の降
温時間を短縮することができるホットプレートユニット
を提供すること。【解決手段】その表面または内部に抵抗発熱体が形成
されたセラミック基板と、上記セラミック基板を支持す
る支持容器とを含んだホットプレートユニットであっ
て、上記支持容器には、吸気ノズルが設けられるととも
に、上記吸気ノズルを介して、上記支持容器内の気体を
吸引する吸気手段が設けられていることを特徴とするホ
ットプレートユニット。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に半導体産業に
おいて、乾燥、スパッタリング等に用いられるホットプ
レートユニット、および、ホットプレート、静電チャッ
ク、ウエハプローバ等として用いられるホットプレート
ユニットに関し、特には、半導体製造、検査用ホットプ
レートユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製品は、半導体ウエハ上に感光性
樹脂をエッチングレジストとして形成し、半導体ウエハ
のエッチングを行う工程等を経て製造される。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半導
体ウエハ表面に塗布されるのであるが、塗布後に乾燥さ
せなければならず、塗布した半導体ウエハをヒータ上に
載置して加熱することになる。

【０００３】かかるシリコンウエハを加熱するためのヒ
ータとして、従来から、アルミニウム製の基板の裏側に
電気的抵抗体等の抵抗発熱体を備えたものが多用されて
いたが、アルミニウム製の基板は、厚さ１５ｍｍ程度を
要するので、重量が重くなり、また、嵩張るため取り扱
いが容易ではなく、さらに、通電電流に対する温度追従
性という観点でも温度制御性が不充分であり、シリコン
ウエハを均一に加熱することは容易ではなかった。

【０００４】そこで、最近では、窒化アルミニウム等の
セラミックを基板として用いたセラミックヒータが開発
されている。これらのヒータでは、曲げ強度等の機械的
特性に優れるため、その厚さを薄くすることができ、ま
た、熱容量を小さくすることができるため、温度追従性
等の諸特性に優れる。

【０００５】ところで、近年の半導体製品の製造におい
ては、スループットに要する時間の短縮化が要求されて
おり、昇温時間のみならず、降温時間の短縮化の強い要
請がある。そこで、半導体製造・検査装置では、通常、
セラミックヒータを支持容器に設置してホットプレート
ユニットとし、このホットプレートユニットの冷却を行
う際には、冷却機構を用い、例えば、支持容器に強制冷
却用の冷媒を供給して、上記セラミックヒータを強制冷
却する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た構成のホットプレートユニットでは、支持容器に強制
冷却用の冷媒を供給しても、上記支持容器内での冷媒の
滞留時間が長いと、その滞留した上記冷媒がセラミック
ヒータによって温められてしまい、低温側の上記冷媒
と、高温側の上記セラミックヒータとの温度差が小さく
なり、上記冷媒と上記セラミックヒータとの間で充分な
熱交換が行われないため、セラミックヒータの降温時間
を短縮することが困難であるという問題があった。

【０００７】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたもので、抵抗発熱体が形成されたセラミック
基板の降温時間を短縮することができるホットプレート
ユニットを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明のホットプ
レートユニットは、その表面または内部に抵抗発熱体が
形成されたセラミック基板と、上記セラミック基板を支
持する支持容器とを含んだホットプレートユニットであ
って、上記支持容器には、吸気ノズルが設けられるとと
もに、上記吸気ノズルを介して、上記支持容器内の気体
を吸引する吸気手段が設けられていることを特徴とする
ホットプレートユニットである。

【０００９】本発明のホットプレートユニットによれ
ば、セラミックヒータによって温められた支持容器内に
滞留する気体が、吸気手段により吸引され、かつ、該吸
気手段により支持容器内の気体が吸引されることによっ
て、支持容器内が負圧となり、上記支持容器の周囲から
内部へ気体が流入するため、上記支持容器内にセラミッ
クヒータによって温められた気体が滞留することがな
く、低温側の支持容器内の気体と、高温側のセラミック
ヒータとの温度差を大きく保つことができ、上記支持容
器内の気体と上記セラミックヒータとの間で充分な熱交
換を行うことができる。その結果、セラミックヒータの
降温時間を短縮することできる。

【００１０】上記支持容器には、冷媒導入管が設けられ
ていることが望ましい。冷媒導入管から支持容器内へ冷
媒を供給することにより、迅速にセラミックヒータを冷
却することができるからである。また、そのようなホッ
トプレートユニットは、冷媒を支持容器内へ供給する手
段である冷媒導入管と、冷媒を吸引することにより支持
容器外へ排出する吸気手段とを有することになるため、
冷媒が支持容器内を循環する速度を速めて、低温側の上
記冷媒と、高温側のセラミックヒータとの温度差を大き
く保つことができ、上記冷媒と上記セラミックヒータと
の間で充分な熱交換を行うことができる。従って、セラ
ミックヒータの降温時間をより短縮することが可能とな
る。

【００１１】さらに、上記支持容器には、貫通孔が形成
されていることが望ましい。上記吸気手段から支持容器
内の気体が吸引されることにより、支持容器に形成され
た貫通孔を通して、上記支持容器の周囲から内部へ気体
をスムーズに流入させることをできるため、上記支持容
器内の気体が循環する速度が速くなり、低温側の支持容
器内の気体と、高温側のセラミックヒータとの温度差を
大きく保つことができ、上記支持容器内の気体と上記セ
ラミックヒータとの間で充分な熱交換を行うことができ
る。その結果、セラミックヒータの降温時間をより短縮
することできる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明のホットプレートユニット
は、その表面または内部に抵抗発熱体が形成されたセラ
ミック基板と、上記セラミック基板を支持する支持容器
とを含んだホットプレートユニットであって、上記支持
容器には、吸気ノズルが設けられるとともに、上記吸気
ノズルを介して、上記支持容器内の気体を吸引する吸気
手段が設けられていることを特徴とする。

【００１３】図１（ａ）は、本発明のホットプレートユ
ニットを模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、その部
分拡大断面図である。また、図２は、本発明のホットプ
レートユニットを模式的に示す平面図である。

【００１４】ホットプレートユニット１００は、セラミ
ック基板１ａおよび支持容器１０を含んで構成されてい
る。円板形状のセラミック基板１ａの内部には、図２に
示すように、複数の回路からなる抵抗発熱体２が埋設さ
れるとともに、有底孔４、リフターピン用貫通孔５が形
成されている。リフターピン用貫通孔５には、リフター
ピン（図示せず）を挿通させることにより、被加熱物で
ある半導体ウエハ２９を支持することができるようにな
っており、また、リフターピンを上下させることによ
り、半導体ウエハ２９の受渡し等が可能である。有底孔
４には、セラミック基板１ａの温度を測定するための、
リード線１９が接続された測温素子３が埋め込まれてい
る。なお、上述のように、その内部または表面に抵抗発
熱体が形成されるとともに、有底孔および貫通孔が形成
されているセラミック基板を、以下の説明においては、
セラミックヒータともいうこととする。

【００１５】セラミックヒータ１を構成する円板形状の
セラミック基板１ａ内部には、抵抗発熱体２が形成され
ている。そして、抵抗発熱体２は、図２に示すように、
セラミック基板１ａの最外周に、同心円の一部を描くよ
うにして繰り返して形成された円弧パターンである抵抗
発熱体２ａ〜２ｄが配置され、その内部に一部が切断さ
れた同心円パターンである抵抗発熱体２ｅ〜２ｇが配置
されている。

【００１６】最外周の抵抗発熱体２ａは、同心円を円周
方向に４分割した円弧状のパターンが繰り返して形成さ
れ、隣り合う円弧の端部は、屈曲線により接続され一連
の回路を構成している。そして、これと同パターンであ
る抵抗発熱体２ａ〜２ｄの４つの回路が、外周を取り囲
むように近接して形成され、全体的に円環状のパターン
を構成している。

【００１７】また、抵抗発熱体２ａ〜２ｄの端部は、ク
ーリングスポット等の発生を防止するために、円環状パ
ターンの内側に形成されており、そのため、外側の回路
の端部は内側の方に向かって延設されている。

【００１８】最外周に形成された抵抗発熱体２ａ〜２ｄ
の内側には、そのごく一部が切断された同心円パターン
の回路からなる抵抗発熱体２ｅ〜２ｇが形成されてい
る。この抵抗発熱体２ｅ〜２ｇでは、隣り合う同心円の
端部が、順次直線からなる抵抗発熱体で接続されること
により一連の回路が構成されている。

【００１９】また、抵抗発熱体２ａ〜２ｄ、２ｅ、２
ｆ、２ｇの間には、帯状（円環状）の発熱体非形成領域
が設けられており、中心部分にも、円形の発熱体非形成
領域が設けられている。

【００２０】従って、全体的に見ると、円環状の抵抗発
熱体形成領域と発熱体非形成領域とが、外側から内側に
交互に形成されており、これらの領域をセラミック基板
の大きさ（口径）や厚さ等を考慮して、適当に設定する
ことにより、加熱面の温度を均一にすることができるよ
うになっている。

【００２１】上述した抵抗発熱体２はセラミック基板１
ａに埋設されているため、その回路の端部が存在する部
分の直下には袋孔７が形成され、この袋孔７に導電性の
緩衝材であるワッシャー９が嵌め込まれるとともに、ワ
ッシャー９の中心孔にリード線１９が挿入され、これら
ワッシャー９やリード線１９がろう付けされることによ
り、スルーホール８を介して抵抗発熱体２の端部とリー
ド線１９とが接続されている。なお、ワッシャー９は、
リード線１９とセラミック基板１ａとの熱膨張率の違い
により、リード線１９となる材料を、直接セラミック基
板に埋設した際に発生するクラックを防止するために、
緩衝材として設置されたもので、両者の中間の熱膨張率
を有する。

【００２２】セラミックヒータ１は、断面視Ｌ字形状の
断熱リング１７ａを介して略円筒形状の支持容器１０の
上部に嵌め込まれている。この支持容器１０には、略円
筒形状の外枠部１７の内側に、セラミックヒータ１と断
熱リング１７ａとを支持する円環形状の基板受け部１８
が設けられている。断熱リング１７ａおよびセラミック
ヒータ１は、基板受け部１８とボルト１８ｂを介した固
定金具１８ａとで固定されている。すなわち、ボルト１
８ｂには、固定金具１８ａが取り付けられ、セラミック
ヒータ１等を押しつけて固定している。

【００２３】図１に示すように、支持容器１０におい
て、外枠部１７の内部には、中底板１１が取り付けら
れ、中底板１１の下方に底板１２が固定されている。た
だし、中底板１１は、本発明のホットプレートユニット
において、設けられていてもよく、設けられていなくて
もよい。底板１２は、遮熱等を目的として設けられてお
り、また、底板１２には、冷媒導入管１６が取り付けて
あり、支持容器１０の内部に強制冷却用の冷媒等を導入
することができるようになっている。また、底板１２に
は、支持容器１０内の気体や、導入した強制冷却用の冷
媒等を排出するための吸気ノズル２０が設けられてお
り、吸気ノズル２０の先には、吸気手段（図示せず）が
接続されている。その吸気手段を動作させることによ
り、吸気ノズル２０を介して、支持容器１０内の気体を
排出することができる。さらに、底板１２には、貫通孔
（以下、通気用貫通孔ともいう）２１が形成されている
ため、吸気手段（図示せず）から支持容器１０内の気体
を吸引することにより、通気用貫通孔２１を通して、支
持容器１０の周囲から内部へ気体をスムーズに流入させ
ることができるとともに、流入の際に上記気体と支持容
器１０との間で熱交換がなされ、支持容器１０の冷却速
度が向上する。その結果、支持容器１０の輻射熱量の低
下等に起因して、セラミックヒータ１を迅速に冷却する
ことができる。また、通気用貫通孔２１は、熱交換をし
やすいように、その通路が長くなるように形成されてい
てもよい。

【００２４】なお、本発明のホットプレートユニットに
おいて、通気用貫通孔は必須のものではない。すなわ
ち、支持容器に通気用貫通孔が形成されていないホット
プレートユニットであっても、吸気ノズルおよび吸気手
段が設けられていれば、本発明のホットプレートユニッ
トとして機能する。また、本発明のホットプレートユニ
ットにおいて、冷媒導入管は必須のものではない。すな
わち、支持容器に冷媒導入管が設けられていないホット
プレートユニットであっても、吸気ノズルおよび吸気手
段が設けられていれば、本発明のホットプレートユニッ
トとして機能する。

【００２５】中底板１１は、配線等の固定や遮熱等を目
的として設けられており、また、中底板１１には、底板
１２に固定されている冷媒導入管１６、および、リフタ
ーピン（図示せず）を保護するガイド管１５等の邪魔に
ならないように貫通孔が形成されている。なお、図１に
示したように、底板１２および中底板１１は、必ずしも
板状体である必要はなく、外枠部１７と一体として設け
られていてもよい。

【００２６】さらに、ホットプレートユニット１００
は、その下部に制御機器や電源等収めた制御装置（図示
せず）が存在しており、リード線１９を、制御装置内の
制御機器や電源等に接続し、通電することにより、ホッ
トプレートユニットとして機能する。

【００２７】図１、２では、抵抗発熱体２がセラミック
基板１ａの内部に埋設されているが、本発明のホットプ
レートユニットにおいて、抵抗発熱体はセラミック基板
の表面に形成されていてもよい。

【００２８】図３は、本発明のホットプレートユニット
の他の実施形態を模式的に示す断面図であり、図４は、
図３のホットプレートユニットを構成するセラミック基
板を模式的に示す底面図である。

【００２９】ホットプレートユニット５００は、セラミ
ック基板５１ａおよび支持容器６０を含んで構成されて
いる。円板形状のセラミック基板５１ａの表面（底面）
には、図４に示すように、複数の回路からなる抵抗発熱
体５２が形成されるとともに、有底孔５４、リフターピ
ン用貫通孔５５が形成されている。ホットプレートユニ
ット１００と同様で、リフターピン用貫通孔５５には、
リフターピン（図示せず）を挿通させることにより、被
加熱物である半導体ウエハ２９を支持することができ、
また、リフターピンを上下させることにより、半導体ウ
エハ２９の受渡し等が可能である。有底孔５４には、セ
ラミック基板５１ａの温度を測定するための、リード線
６９が接続された測温素子５３が埋め込まれている。

【００３０】セラミックヒータ５１を構成する円板形状
のセラミック基板５１ａ表面（底面）には、抵抗発熱体
５２が形成されている。

【００３１】そして、抵抗発熱体５２は、図４に示すよ
うに、セラミック基板５１ａを最外周に、屈曲線の繰り
返しパターンである抵抗発熱体５２ａ〜５２ｄが配置さ
れ、その内部にも、抵抗発熱体５２ａ〜５２ｄと同形状
の屈曲線の繰り返しパターンである抵抗発熱体５２ｅ〜
５２ｈおよび５２ｉ〜５２ｌが配置されている。

【００３２】抵抗発熱体５２の表面には、抵抗発熱体の
酸化等を防止するための金属被覆層（図示せず）が形成
され、抵抗発熱体５２の端部には、外部端子６３がろう
付けされており、さらに外部端子６３には、ソケット６
４を介してリード線６９が接続されている（図３参
照）。

【００３３】セラミックヒータ５１は、断面視Ｌ字形状
の断熱リング６７ａを介して略円筒形状の支持容器６０
の上部に嵌め込まれている。支持容器６０において、底
板６２には、支持容器６０内の気体や、導入した強制冷
却用の冷媒等を排出するための吸気ノズル３０が設けら
れており、吸気ノズル３０の先には、吸気手段（図示せ
ず）が接続されている。その吸気手段を動作させること
により、吸気ノズル３０を介して、支持容器６０内の気
体を排出することができる。なお、支持容器６０は、外
枠部６７に通気用貫通孔が形成されていない以外は、図
１に示した支持容器１０と同様の構成であるので、その
説明を省略する。

【００３４】さらに、ホットプレートユニット５００
は、その下部に制御機器や電源等収めた制御装置（図示
せず）が存在しており、リード線６９を、制御装置内の
制御機器や電源等に接続し、通電することにより、ホッ
トプレートユニットとして機能する。

【００３５】本発明のホットプレートユニットにおい
て、支持容器には、吸気ノズルが設けられるとともに、
上記吸気ノズルを介して、上記支持容器内の気体を吸引
する吸気手段が設けられている。

【００３６】吸気ノズルとしては、吸気手段により支持
容器内の気体を吸引する際、上記気体を通過させること
ができるものであれば、特に限定されるものではなく、
例えば、図１に示した形状の吸気ノズル２０や、円管等
を挙げることができる。

【００３７】上記吸気ノズルの個数は、特に限定される
ものではないが、１〜６個であることが望ましい。吸気
ノズルの個数が６個を超えると、上記吸気ノズルの個数
が多く、ホットプレートユニットの製造工程が煩雑とな
るからである。

【００３８】また、上記吸気ノズルは、全て同形状であ
り、規則的に、かつ、等間隔に配列されていることが望
ましい。上記吸気ノズルが局所的に設けられていると、
場所によって支持容器内の気体が滞留するおそれがある
からである。

【００３９】上記吸気ノズルの吸引口の位置は、図１に
示したように、必ずしも中底板１１より上にある必要は
なく、中底板１１より下にあってもよく、特に限定され
るものではない。ただし、支持容器内の気体の循環を促
進させる点から、上記吸気ノズルの吸引口が中底板より
下に位置する場合、中底板には、貫通孔が形成されてい
ることが望ましい。また、支持容器に中底板が設けられ
ていない場合、上記吸気ノズルの吸引口の位置は、特に
限定されるものではない。ただし、支持容器内の気体が
循環する際、その循環する気体が、セラミック基板と極
力長い時間接触する流れ方になるように、上記吸気ノズ
ルが設けられていることが望ましい。

【００４０】また、上記吸気ノズルの内径は、０．５ｍ
ｍ以上であることが望ましい。０．５ｍｍ未満である
と、支持容器内の気体の吸引時における圧力損失が大き
くなるため、スムーズに支持容器内の気体を吸引するこ
とが困難となるからである。

【００４１】上述のような吸気ノズルを、支持容器に設
け、吸気手段と接続することにより、支持容器内の気体
を吸引し、支持容器外へ排出することが可能となる。

【００４２】上記吸気手段としては、上記支持容器内の
気体を吸引することができるものであれば、特に限定さ
れるものではなく、例えば、真空ポンプ等を挙げること
ができる。

【００４３】本発明のホットプレートユニットに冷媒等
が供給されない場合、上記吸気手段の吸気量（排気量）
は、１リットル／分以上であることが望ましい。１リッ
トル／分未満であると、吸気量が少なすぎて、支持容器
内の気体があまり循環せず、上記支持容器内に、セラミ
ックヒータによって温められた気体が滞留してしまうか
らである。その結果、低温側の支持容器内の気体と、高
温側のセラミックヒータとの温度差が小さくなり、充分
な熱交換が行われなくなる。

【００４４】上記吸気手段は、上記支持容器内の圧力
が、１×１０⁵ 〜９×１０⁵ Ｐａとなるように、動作さ
せることが望ましい。１×１０⁵ Ｐａ未満であると、吸
気手段の気体を吸引する力が強すぎて、支持容器内に冷
媒等を供給する際、供給した冷媒がすぐに吸気手段によ
り吸引されてしまい、冷媒を供給していることによる冷
却効果が充分に得られなくなるからである。一方、９×
１０⁵ Ｐａを超えると、吸気手段の気体を吸引する力が
弱く、支持容器の周囲から内部へ気体が充分に流入せ
ず、上記支持容器内に、セラミックヒータによって温め
られた気体が滞留してしまう。その結果、低温側の支持
容器内の気体と、高温側のセラミックヒータとの温度差
が小さくなり、充分な熱交換が行われなくなる。

【００４５】また、本発明のホットプレートユニットに
おいて、上記支持容器には、冷媒導入管が設けられてい
ることが望ましい。上記冷媒導入管から冷媒を供給する
ことにより、セラミックヒータを迅速に冷却することが
できるからである。また、そのようなホットプレートユ
ニットは、冷媒を支持容器内へ供給する手段である冷媒
導入管と、冷媒を吸引することにより支持容器外へ排出
する吸気手段とを有することになるため、冷媒が支持容
器内を循環する速度を速めて、低温側の上記冷媒と、高
温側のセラミックヒータとの温度差を大きく保つことが
できる。従って、セラミックヒータの降温時間を短縮す
ることができる。

【００４６】冷媒導入管としては、支持容器内に冷媒を
供給させる際、上記冷媒を通過させることができるもの
であれば、特に限定されるものではなく、例えば、図１
に示した形状の冷媒導入管１６や、円管等を挙げること
ができる。

【００４７】上記冷媒導入管の個数は、特に限定される
ものではないが、１〜２０個であることが望ましい。冷
媒導入管の個数が１個以下、すなわち、冷媒導入管が設
けられていないと、冷媒を支持容器内へ供給することを
できず、一方、２０個を超えると、上記冷媒導入管の個
数が多く、ホットプレートユニットの製造工程が煩雑と
なるからである。

【００４８】上記冷媒導入管は、規則的に、かつ、等間
隔に配列されていることが望ましい。冷媒導入管から供
給される冷媒を支持容器内に広く拡散させ、冷媒とセラ
ミックヒータとの接触面積を広くすることができるた
め、冷媒とセラミックヒータとの間の熱交換を充分に行
うことができるからである。

【００４９】また、上記冷媒導入管は、吸気ノズルから
極力離れた位置に設けられることが望ましい。上記冷媒
導入管が、上記吸気ノズル近傍に設けられていると、供
給した冷媒がすぐに吸気手段により吸引されてしまい、
冷媒を供給していることによる冷却効果が充分に得られ
なくなるからである。

【００５０】上記冷媒導入管の吐出口の位置は、特に限
定されるものではないが、支持容器に中底板が設けられ
ている場合、図１に示したように、上記冷媒導入管の吐
出口は、中底板１１より上にあることが望ましい。冷媒
導入管より供給される冷媒を直接セラミックヒータに吹
き付けることができるため、セラミックヒータを迅速に
冷却することができるからである。

【００５１】また、上記冷媒導入管の内径は、０．５ｍ
ｍ以上であることが望ましい。０．５ｍｍ未満である
と、支持容器内への冷媒の供給時における圧力損失が大
きくなるため、スムーズに支持容器内へ冷媒を供給する
ことが困難となるからである。

【００５２】上記冷媒導入管から供給される冷媒は、気
体であれば特に限定されるものではなく、例えば、空気
や、窒素、アルゴン、ヘリウム、フロン等の不活性気体
等を挙げることができる。なお、場合によっては、冷媒
として液体を用いることができる。また、上記冷媒は、
常温で供給されてもよく、セラミックヒータの冷却速度
を向上させるため、冷却されて供給されてもよい。

【００５３】さらに、本発明のホットプレートユニット
において、上記支持容器には、通気用貫通孔が形成され
ていることが望ましい。上記吸気手段から支持容器内の
気体が吸引される際、支持容器に形成された通気用貫通
孔を通して、上記支持容器の周囲から内部へ気体をスム
ーズに流入させることができるため、上記支持容器内の
気体が循環する速度が速くなり、低温側の支持容器内の
気体と、高温側のセラミックヒータとの温度差を大きく
保つことができ、上記支持容器内の気体と上記セラミッ
クヒータとの間で充分な熱交換を行うことができるから
である。なお、上記通気用貫通孔は、支持容器の底板に
形成されることが望ましい。

【００５４】上記支持容器に形成される通気用貫通孔
は、全て同形状であり、規則的に、かつ、等間隔に形成
されていることが望ましい。通気用貫通孔が局所的に形
成されていると、支持容器内の気体が場所によって滞留
してしまうため、低温側の上記支持容器内の気体と、高
温側のセラミックヒータとの温度差が小さくなり、上記
冷媒と上記セラミックヒータとの間で充分な熱交換を行
うことが困難となるからである。

【００５５】次に、本発明のホットプレートユニットを
構成する、セラミックヒータや支持容器等について、さ
らに詳しく説明する。

【００５６】上記セラミックヒータに用いられるセラミ
ック基板は、円板形状であり、また、その直径は２００
ｍｍを超えるものが望ましい。このような大きな直径を
持つ基板は、大口径の半導体ウエハを載置することがで
きるからである。セラミック基板の直径は、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。

【００５７】また、上記セラミック基板の厚さは、２５
ｍｍ以下であることが望ましい。上記セラミック基板の
厚さが２５ｍｍを超えると温度追従性が低下するからで
ある。また、その厚さは、０．５ｍｍ以上であることが
望ましい。０．５ｍｍより薄いと、セラミック基板の強
度自体が低下するため破損しやすくなる。より望ましく
は、１．５を超え５ｍｍ以下である。５ｍｍより厚くな
ると、熱が伝搬しにくくなり、加熱の効率が低下する傾
向が生じ、一方、１．５ｍｍ以下であると、セラミック
基板中を伝搬する熱が充分に拡散しないため加熱面に温
度ばらつきが発生することがあり、また、セラミック基
板の強度が低下して破損する場合があるからである。

【００５８】本発明のホットプレートユニットを構成す
るセラミックヒータにおいて、セラミック基板には、図
１（ａ）に示すように、被加熱物を載置する加熱面の反
対側から加熱面に向けて有底孔４を設けるとともに、有
底孔４の底を抵抗発熱体２よりも相対的に加熱面に近く
形成し、この有底孔４に熱電対等の測温素子３を設ける
とが望ましい。また、有底孔４の底とセラミックヒータ
１の加熱面との距離は、０．１ｍｍ〜セラミック基板の
厚さの１／２であることが望ましい。これにより、測温
場所が抵抗発熱体２よりもセラミックヒータ１の加熱面
に近くなり、より正確な半導体ウエハの温度の測定が可
能となるからである。

【００５９】有底孔４の底とセラミックヒータ１の加熱
面との距離が０．１ｍｍ未満では、放熱してしまい、セ
ラミックヒータ１の加熱面に温度分布が形成され、厚さ
の１／２を超えると、抵抗発熱体の温度の影響を受けや
すくなり、温度制御できなくなり、やはりセラミックヒ
ータ１の加熱面に温度分布が形成されてしまうからであ
る。

【００６０】有底孔４の直径は、０．３ｍｍ〜５ｍｍで
あることが望ましい。これは、大きすぎると放熱性が大
きくなり、また小さすぎると加工性が低下してセラミッ
クヒータ１の加熱面との距離を均等にすることができな
くなるからである。

【００６１】有底孔４は、図２に示したように、セラミ
ック基板１ａの中心に対して対称で、かつ、十字を形成
するように複数配列することが望ましい。これは、加熱
面全体の温度を測定することができるからである。

【００６２】上記測温素子としては、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−１６０２（１
９８０）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。

【００６３】上記熱電対の接合部の大きさは、素線の径
と同じか、または、それよりも大きく、０．５ｍｍ以下
であることが望ましい。これは、接合部が大きい場合
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。

【００６４】上記測温素子は、金ろう、銀ろうなどを使
用して、有底孔４の底に接着してもよく、有底孔４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。

【００６５】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。

【００６６】本発明のホットプレートユニットにおい
て、セラミックヒータを形成するセラミックは、窒化物
セラミックまたは炭化物セラミックであることが望まし
い。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、抵抗発
熱体の温度変化に迅速に追従する。即ち、電圧、電流値
を変えて抵抗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制御することができるのであ
る。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】これらのなかでは、窒化アルミニウムが最
も好ましい。熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高く、
温度追従性に優れるからである。

【００７０】なお、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際、必要によ
り、絶縁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
しており、絶縁層を形成することにより、高温時あるい
は不純物を含有していても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。また、上記セラミック
基板は、焼結助剤を含有していてもよい。上記焼結所材
としては、例えば、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類
金属酸化物、希土類酸化物等が挙げられる。これらの焼
結助剤のなかでは、ＣａＯ、Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ｎａ₂ Ｏ、Ｌｉ
₂ Ｏ、Ｒｂ₂ Ｏが好ましい。これらの含有量としては、
０．１〜２０重量％が好ましい。また、アルミナを含有
していてもよい。また、セラミック基板の気孔率は、０
または５％以下が好ましい。機械的な強度が高く、絶縁
性にも優れるからである。

【００７１】上記絶縁層としては、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、
コージェライト、ベリリア等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を酸化処理し
て酸化物層を設けてもよい。

【００７２】上記絶縁層は、０．１〜１０００μｍ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、上記セラミック基
板の体積抵抗率の１０倍以上（同一測定温度）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。

【００７３】また、本発明のホットプレートユニットに
おいて、セラミックヒータに用いられるセラミック基板
は、カーボンを含有し、その含有量は、２００〜５００
０ｐｐｍであることが望ましい。電極を隠蔽することが
でき、また黒体輻射を利用しやすくなるからである。

【００７４】なお、上記セラミック基板は、明度がＪＩ
ＳＺ８７２１の規定に基づく値でＮ６以下のもので
あることが望ましい。この程度の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。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１
０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〜Ｎ１０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。

【００７５】本発明において、セラミックヒータに形成
される抵抗発熱体は、複数の回路に分割されていれば、
そのパターンについては、特に限定されるものではな
く、例えば、図２に示した、円弧の繰り返しパターンと
同心円形状のパターンとを併用したパターン、図４に示
した屈曲線の繰り返しパターン、渦巻き状のパターン、
偏心円状のパターン、同心円形状パターン等を挙げるこ
とができる。また、これらのパターンは、単独で形成し
てもよく、これらのパターンを任意に組み合わせて形成
してもよい。

【００７６】なお、抵抗発熱体は、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、シリコンウエハの加熱面の温度を調
整することができるからである。

【００７７】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、０．１〜２０ｍｍが好ましく、０．１〜５ｍｍ
がより好ましい。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。

【００７８】抵抗発熱体は、断面形状が矩形であっても
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。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、１０〜５０
００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、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。

【００７９】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、セラミック基板の加
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。

【００８０】抵抗発熱体の抵抗値のばらつきに関し、平
均抵抗値に対する抵抗値のばらつきは５％以下が望まし
く、１％がより望ましい。本発明の抵抗発熱体は複数回
路に分割しているが、このように抵抗値のばらつきを小
さくすることにより、抵抗発熱体の分割数を減らすこと
ができ温度を制御しやすくすることができる。さらに、
昇温の過渡時の加熱面の温度を均一にすることが可能と
なる。

【００８１】通常、このような抵抗発熱体は、導電性を
確保するための金属粒子や導電性セラミック粒子を含有
する導体ペーストをセラミック基板上に塗布し、焼成す
ることにより形成する。なお、めっき法やスパッタリン
グ等の物理蒸着法を用いて抵抗発熱体を形成してもよ
い。めっきの場合には、めっきレジストを形成すること
により、スパッタリング等の場合には、選択的なエッチ
ングを行うことにより、抵抗発熱体を形成することが可
能である。

【００８２】また、上記導体ペーストとしては特に限定
されないが、上記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。

【００８３】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、発熱するに充分な抵抗値を
有するからである。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。

【００８４】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。

【００８５】導体ペーストには、金属粒子に金属酸化物
を添加したものを使用し、これをセラミック基板上に塗
布した後、金属粒子等と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等と金属粒子とをより密着させるこ
とができるからである。

【００８６】金属酸化物を混合することにより、窒化物
セラミック等との密着性が改善される理由は明確ではな
いが、金属粒子表面や窒化物セラミック等の表面は、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等とが密着するのではないかと考え
られる。また、セラミック基板を構成するセラミックが
酸化物セラミックの場合は、当然に表面が酸化物からな
るので、密着性に優れた導体層が形成される。

【００８７】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。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
物セラミック等との密着性を改善することができるから
である。

【００８８】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
ク等との密着性を改善することができる。なお、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。

【００８９】また、このような構成の導体ペーストを使
用して抵抗発熱体を形成した際の面積抵抗率は、１ｍΩ
／□〜１０Ω／□が好ましい。面積抵抗率が１ｍΩ／□
未満であると、抵抗率が小さすぎ、発熱量も小さくなる
ため抵抗発熱体として機能しにくくなり、一方、面積抵
抗率が１０Ω／□を超えると、印加電圧量に対して発熱
量は大きくなりすぎて、抵抗発熱体の発熱量を制御しに
くいからである。発熱量の制御の点からは、抵抗発熱体
の面積抵抗率は、１〜５０ｍΩ／□がより好ましい。た
だし、面積抵抗率を大きくすると、パターン幅（断面
積）を広くすることができ、断線の問題が発生しにくく
なるため、場合によっては、５０ｍΩ／□以上とするこ
とが好ましい場合もある。

【００９０】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
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、ニッケルが
好ましい。また、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
製のものが挙げられる。

【００９１】図１に示すように、本発明のホットプレー
トユニット１００において、支持容器１０は有底円筒形
状であり、円筒形状の外枠部１７と、その内部に形成さ
れた基板受け部１８と、底板１２と、中底板１１とによ
り構成されている。

【００９２】上記外枠部は、円筒形状であることが望ま
しく、また、上記外枠部および基板受け部の厚みは、
０．１〜５ｍｍであることが望ましい。０．１ｍｍ未満
では、強度に乏しく、５ｍｍを超えると熱容量が大きく
なるからである。また、上記外枠部および基板受け部
は、加工等が容易で機械的特性に優れる点から、通常、
ＳＵＳ、アルミニウム、インコネル（クロム１６％、鉄
７％を含むニッケル系の合金）等の金属により構成され
る。

【００９３】底板は、遮熱等を目的として設けられてお
り、通常、底板は、上記外枠部に連結固定されている。
支持容器全体の強度が確保され、形態安定性が向上する
からである。また、上記底板には、上述したように、ホ
ットプレートユニット内にスムーズに気体を流入させる
ため、通気用貫通孔が形成されていることが望ましい。
なお、底板の材質は、遮熱性に優れるように、余り熱伝
導率が大きくなく、かつ、耐熱性にすぐれるものであれ
ば、特に限定されず、例えば耐熱性樹脂、セラミック
板、これらに耐熱性の有機繊維や無機繊維が配合された
複合板等が挙げられる。

【００９４】底板に設けられた貫通孔には、リード線等
が挿通された状態で動かないように、固定することが可
能な部材が設置されていてもよく、貫通孔に、そのま
ま、リード線等が挿通されていてもよい。

【００９５】また、底板には、吸気ノズルが設けられて
おり、吸気ノズルには、その吸気ノズルを介して、支持
容器内の気体を吸引する吸気手段が設けられている。な
お、底板には、上述した理由により、冷媒導入管が取り
付けてあることが望ましい。

【００９６】中底板は、配線等の固定や遮熱等を目的と
して設けられるものであるが、本発明のホットプレート
ユニットにおいて、支持容器に中底板は設けられていて
もよく、設けられていなくてもよい。また、図１に示す
ように、中底板１１には、底板１２に固定されている冷
媒導入管１６、および、リフターピン（図示せず）を保
護するガイド管１５等の邪魔にならないように貫通孔が
形成されている。なお、図１、３では、支持容器を構成
する断熱リングに、セラミックヒータが嵌め込まれるよ
うになっているが、支持容器の上面にセラミックヒータ
が設置されるように構成されていてもよい。

【００９７】次に、本発明のホットプレートユニット１
００を構成するセラミックヒータ１の製造方法の一例を
図５（ａ）〜（ｄ）に示した断面図に基づき説明し、さ
らに、このセラミックヒータ１を用いてホットプレート
ユニット１００を組み立てる方法を簡単に説明する。

【００９８】(1) グリーンシートの作製まず、窒化物セラミック、炭化物セラミックなどのセラ
ミックの粉体をバインダおよび溶剤と混合してグリーン
シート７０を得る。セラミック粉体としては、例えば、
窒化アルミニウム粉末、窒化珪素粉末などを使用するこ
とができる。また、イットリヤ等の焼結助剤を添加して
もよい。

【００９９】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。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７０を作製する。グリーン
シート７０の厚さは、０．１〜５ｍｍ程度が好ましい。

【０１００】また、グリーンシート７０には、パンチン
グ等によりスルーホールを形成する部分に貫通孔を形成
する。

【０１０１】次に、グリーンシート７０の貫通孔に導体
ペーストを充填し、充填層７８を得、次に、グリーンシ
ート７０上に抵抗発熱体となる導体ペーストを印刷す
る。印刷は、グリーンシート７０の収縮率を考慮して所
望のアスペクト比が得られるように行い、これにより導
体ペースト層７２を得る。導体ペーストは、導電性セラ
ミック、金属粒子などを含む粘度の高い流動物である。

【０１０２】これらの導体ペースト中に含まれる導電性
セラミック粒子としては、タングステンまたはモリブデ
ンの炭化物が最適である。酸化しにくく、熱伝導率が低
下しにくいからである。また、金属粒子としては、例え
ば、タングステン、モリブデン、白金、ニッケルなどを
使用することができる。

【０１０３】導電性セラミック粒子、金属粒子の平均粒
子径は０．１〜５μｍが好ましい。これらの粒子は、大
きすぎても小さすぎても導体ペーストを印刷しにくいか
らである。このようなペーストとしては、金属粒子また
は導電性セラミック粒子８５〜９７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、α−テルピネオール、グリコー
ル、エチルアルコールおよびブタノールから選ばれる少
なくとも１種の溶媒を１．５〜１０重量部混合して調製
した導体用ぺーストが最適である。

【０１０４】(2) グリーンシート積層体の作製次に、図５（ａ）に示すように、充填層７８および導体
ペースト層７２を有するグリーンシート７０と、充填層
７８および導体ペースト層７２を有さないグリーンシー
ト７０とを積層する。抵抗発熱体形成側に、充填層７８
および導体ペースト層７２を有さないグリーンシート７
０を積層するのは、スルーホールの端面が露出して、抵
抗発熱体形成の焼成の際に酸化してしまうことを防止す
るためである。もしスルーホールの端面が露出したま
ま、抵抗発熱体形成の焼成を行うのであれば、ニッケル
などの酸化しにくい金属をスパッタリングする必要があ
り、さらに好ましくは、Ａｕ−Ｎｉの金ろうで被覆して
もよい。

【０１０５】(3) 積層体の焼成次に、図５（ｂ）に示すように、積層体の加熱および加
圧を行い、グリーンシートの積層体を形成する。この
後、グリーンシートおよび導体ペーストを焼結させる。
焼成の際の温度は、１７００〜２０００℃、焼成の際の
加圧の圧力は１０〜２０ＭＰａ（１００〜２００ｋｇ／
ｃｍ² ）が好ましい。これらの加熱および加圧は、不活
性ガス雰囲気下で行う。不活性ガスとしては、アルゴ
ン、窒素などを使用することができる。この焼成工程
で、スルーホール８、抵抗発熱体２等が形成される。

【０１０６】(4) 端子等の取り付け次に、外部端子接続のための袋孔７を設け、この袋孔７
にワッシャー９を嵌め込む。ワッシャー９は、セラミッ
ク基板１ａとリード線１９との間の熱膨張率を有し、緩
衝材として機能するものであり、導電性のものが好まし
い。さらに、セラミック基板１ａに、半導体ウエハを支
持するリフターピンを挿通するリフターピン用貫通孔
５、熱電対等の測温素子３を埋め込む有底孔４を形成す
る（図５（ｃ）参照）。

【０１０７】最後に、図５（ｄ）に示すように、ワッシ
ャー９の中心孔にリード線１９を挿入し、このワッシャ
ー９およびリード線１９を半田付け、ろう付け等によ
り、セラミック基板１ａに接着するとともに、リード線
１９をスルーホール８を介して抵抗発熱体２と接続す
る。半田は銀−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が望ましい。半田による接続を確保す
るに充分な範囲だからである。

【０１０８】さらに、セラミック基板１ａの底面に設け
られた有底孔４の内部に、熱電対等の測温素子３を挿入
し、シリコーン樹脂等の耐熱性絶縁部材で固定すること
により、セラミックヒータ１の製造を完了する。

【０１０９】(5) 支持容器の作製次に、図１に示したような支持容器１０を作製する。外
枠部１７および基板受け部１８は、ＳＵＳ、アルミニウ
ム、インコネル（クロム１６％、鉄７％を含むニッケル
系の合金）を使用することができ、底板１２には、耐熱
性樹脂、セラミック板、これらに耐熱性の有機繊維や無
機繊維が配合された複合板等を用いることができる。そ
して、底板１２には、吸気手段（図示せず）により支持
容器１０内の気体を吸引することができるように、吸気
ノズル２０を設ける。また、底板１２には、冷媒導入管
１６を設けることが望ましい。さらに、支持容器１０の
底板１２には、通気用貫通孔２１を形成することが望ま
しい。 (6) ホットプレートユニットの組み立てこの後、得られたセラミックヒータ１を、断熱リング１
７ａを介して、上述した支持容器１０に嵌め込み、固定
金具１８ａを介して、ボルト１８ｂを断熱リング１７ａ
に設けることにより、セラミックヒータ１を支持容器１
０に固定する。さらに、支持容器１０に設けられた吸気
ノズル２０に配管を接続し、上記配管を真空ポンプ等の
吸気手段（図示せず）に接続する。また、測温素子３や
抵抗発熱体２からの配線を設け、底板１２からリード線
１９を引き出すことにより、ホットプレートユニット１
００の組み立てを完了する。

【０１１０】次に、本発明のホットプレートユニット５
００を構成するセラミックヒータ５１の製造方法の一例
を図６（ａ）〜（ｄ）に示した断面図に基づき説明し、
さらに、このセラミックヒータ５１を用いてホットプレ
ートユニット５００を組み立てる方法を簡単に説明す
る。

【０１１１】(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や炭化珪素などの窒化物等の
セラミックの粉末に必要に応じてイットリア（Ｙ₂ Ｏ
₃ ）やＢ₄ Ｃ等の焼結助剤、Ｎａ、Ｃａを含む化合物、
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。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５１ａを製造するが、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。

【０１１２】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５１ａ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、窒化物セラミックや炭化物セラミックでは、１００
０〜２５００℃である。また、酸化物セラミックでは、
１５００℃〜２０００℃である。

【０１１３】次に、セラミック基板５１ａに、必要に応
じて、半導体ウエハを支持するためのリフターピンを挿
入するリフターピン用貫通孔５５となる部分や、熱電対
等の測温素子５３を埋め込むための有底孔５４となる部
分を形成する（図６（ａ）参照）。

【０１１４】(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種以上の貴金属等からなる金属粒
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などを用い、抵抗発熱体
パターンとなる導体ペースト層を形成する。

【０１１５】このとき、セラミック基板５１ａの最外周
に、円周方向に分割された少なくとも２以上の回路とな
るように導体ペースト層を形成するともに、最外周に印
刷された上記導体ペースト層の内側に、別の回路となる
導体ペースト層を形成することが望ましい。なお、抵抗
発熱体パターンとして、セラミック基板の最外周に形成
するパターンは、例えば、円弧の繰り返しパターン、屈
曲線の繰り返しパターン等が挙げられる。また、その内
部に形成するパターンは、例えば、同心円形状のパター
ン等が挙げられる。また、導体ペースト層は、焼成後の
抵抗発熱体５２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。

【０１１６】(3) 導体ペーストの焼成セラミック基板５１ａ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５１ａの底面に焼き付
け、抵抗発熱体５２を形成する（図６（ｂ）参照）。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酸化物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。

【０１１７】(4) 金属被覆層の形成抵抗発熱体５２表面には、金属被覆層５２０を設ける
（図６（ｃ）参照）。金属被覆層５２０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。

【０１１８】(5) 端子等の取り付け抵抗発熱体５２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６３）を半田で取り付ける。また、有
底孔５４に銀ろう、金ろうなどで熱電対等の測温素子５
３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５１の製造を終了する（図６（ｄ）参照）。

【０１１９】(6) 支持容器の作製次に、図３に示したような支持容器６０を作製する。外
枠部６７および基板受け部６８は、ホットプレートユニ
ット１００と同様で、ＳＵＳ、アルミニウム、インコネ
ル（クロム１６％、鉄７％を含むニッケル系の合金）を
使用することができ、底板６２には、耐熱性樹脂、セラ
ミック板、これらに耐熱性の有機繊維や無機繊維が配合
された複合板等を用いることができる。そして、底板６
２には、吸気手段（図示せず）により支持容器６０内の
気体を吸引することができるように、吸気ノズル３０を
設ける。また、底板６２には、冷媒導入管６６を設ける
ことが望ましい。さらに、支持容器６０の外枠部６７に
は、通気用貫通孔２１を形成することが望ましい。 (7) ホットプレートユニットの組み立てこの後、得られたセラミックヒータ５１を、断熱リング
６７ａを介して、上述した支持容器６０に嵌め込み、固
定金具６８ａを介して、ボルト６８ｂを断熱リング６７
ａに設けることにより、セラミックヒータ５１を支持容
器６０に固定する。さらに、支持容器６０に設けられた
吸気ノズル３０に配管を接続し、上記配管を真空ポンプ
等の吸気手段（図示せず）に接続する。また、測温素子
５３や抵抗発熱体５２からの配線を設け、底板６２から
リード線６９を引き出すことにより、ホットプレートユ
ニット５００の組み立てを完了する。

【０１２０】以上、ホットプレートユニットについて説
明したが、本発明のホットプレートユニットでは、セラ
ミック基板の表面または内部に抵抗発熱体を設けるとと
もに、セラミック基板の内部に静電電極を設けることに
より、静電チャックとしてもよい。また、セラミック基
板に、チャップトップ導体層を設けてウエハプローバ用
のチャックトップ板としてもよい。

【０１２１】

【実施例】以下、本発明をさらに詳細に説明する。

【０１２２】（実施例１）ホットプレートユニット（図
１、２および５参照）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、アクリルバインダ１１．５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り成形を行て厚さ０．４
７ｍｍのグリーンシート７０を得た。

【０１２３】(2) 次に、このグリーンシート７０を８０
℃で５時間乾燥させた後、パンチングにより直径１．８
ｍｍ、３．０ｍｍおよび５．０ｍｍの貫通孔をそれぞれ
形成した。これらの貫通孔は、リフターピンを挿入する
ためのリフターピン用貫通孔５となる部分、スルーホー
ル８となる部分等である。 (3) 平均粒子径１μｍのタングステンカーバイド粒子１
００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を調整した。

【０１２４】平均粒子径３μｍのタングステン粒子１０
０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を調整した。

【０１２５】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５２となる導体ペー
スト層７２を形成した。印刷パターンは、図２に示した
ように、円弧の繰り返しパターンと、同心円からなるパ
ターンとを併用した。また、スルーホール８となる貫通
孔部分に導体ペーストＢを充填した。上記処理の終わっ
たグリーンシートに、印刷処理を施していないグリーン
シートを上側（加熱面）に３７枚、下側に１３枚積層
し、１３０℃、８ＭＰａ（８０Ｋｇ／ｃｍ² ）の圧力で
一体化することにより積層体を作製した（図５（ａ）参
照）。

【０１２６】(4) 次に、得られた積層体を窒素ガス中、
６００℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５ＭＰａ
（１５０ｋｇ／ｃｍ² ）で１０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３１
０ｍｍの円板状に切り出し、内部に厚さ６μｍ、幅１０
ｍｍの抵抗発熱体２を有するセラミック基板１ａとし
た。なお、スルーホール８の大きさは、直径０．２ｍ
ｍ、深さ０．２ｍｍであった（図５（ｂ）参照）。

【０１２７】(5) 次に、上記（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、
ＳｉＣ等によるブラスト処理で表面に測温素子３のため
の有底孔４を設けた。

【０１２８】(6) さらに、ドリル加工により直径５ｍ
ｍ、深さ０．５ｍｍの袋孔７を形成し、この袋孔７にＷ
製のワッシャー９を嵌め込み、ワッシャー９の中心孔に
リード線１９を挿入した後、Ｎｉ−Ａｕ合金（Ａｕ：８
１．５重量％、Ｎｉ：１８．４重量％、不純物：０．１
重量％）からなる金ろうを用い、９７０℃で加熱リフロ
ーすることにより、これらワッシャー９とリード線１９
とをセラミック基板１ａに固定した。また、測温素子３
を有底孔４に埋め込み、抵抗発熱体２を埋設したセラミ
ックヒータ１の製造を完了した。

【０１２９】(7) 次に、図１に示したようなＳＵＳ製の
支持容器１０を作製した。支持容器１０において、底板
１２に、４個の吸気ノズル２０（内径：１．５ｍｍ）を
設けるとともに、１１個の冷媒導入管１６（内径：１．
５ｍｍ）を設けた。さらに、それぞれの吸気ノズル２０
に配管を接続し、上記配管を一本にまとめて、吸気手段
である真空ポンプ（図示せず）に接続した。なお、上記
真空ポンプは、吸気量が１リットル／分のものであっ
た。また、支持容器１０の底板１２に、１０個の通気用
貫通孔２１を形成した。

【０１３０】(8) この後、セラミックヒータ１を上述し
た支持容器１０に嵌め込み、また、抵抗発熱体２および
測温素子３からのリード線１９を引き出し、ホットプレ
ートユニット１００の製造を完了した。

【０１３１】（実施例２）ホットプレートユニット（図
３、４および６参照）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。

【０１３２】(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：２
０ＭＰａ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３１０
ｍｍ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）５１ａとした。

【０１３３】この成形体にドリル加工を施し、半導体ウ
エハを支持するリフターピンを挿入する貫通孔５５とな
る部分、熱電対等の測温素子５３を埋め込むための有底
孔５４となる部分（直径：１．１ｍｍ、深さ：２ｍｍ）
を形成した（図６（ａ）参照）。

【０１３４】(4) 上記(3) で得たセラミック基板５１ａ
に、スクリーン印刷にて導体ペーストを印刷し、屈曲線
の繰り返しからなるパターンを有する抵抗発熱体５２と
なるように、導体ペースト層を形成した。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。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。

【０１３５】(5) 次に、導体ペーストを印刷したセラミ
ック基板５１ａ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５
１ａに焼き付け、抵抗発熱体５２を形成した（図６
（ｂ）参照）。銀−鉛の抵抗発熱体５２は、厚さが５μ
ｍ、幅２．４ｍｍ、面積抵抗率が７．７ｍΩ／□であっ
た。

【０１３６】(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５１ａを浸漬し、銀−鉛の抵抗発熱体
５２の表面に厚さ１μｍの金属被覆層（ニッケル層）を
析出させた（図６（ｃ）参照）。

【０１３７】(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（田中貴金属社製）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６３を
載置して、４２０℃で加熱リフローし、外部端子６３を
抵抗発熱体５２の表面に取り付けた。

【０１３８】(8) 温度制御のための測温素子５３を有底
孔５４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５１を得た（図６（ｄ）参照）。

【０１３９】(9) 次に、図３に示したようなＳＵＳ製の
支持容器６０を作製した。支持容器６０において、底板
６２に、１個の吸気ノズル３０（内径：１．５ｍｍ）を
設けるとともに、８個の冷媒導入管６６（内径：１．５
ｍｍ）を設けた。さらに、それぞれの吸気ノズル３０に
配管を接続し、上記配管を一本にまとめて、吸気手段で
ある真空ポンプ（図示せず）に接続した。なお、上記真
空ポンプは、吸気量が１リットル／分のものであった。
また、支持容器６０の底板６２に、１０個の通気用貫通
孔２１を等間隔になるように形成した。

【０１４０】(10)この後、セラミックヒータ５１を上述
した支持容器６０に嵌め込み、また、抵抗発熱体５２お
よび測温素子５３からのリード線６９を引き出し、ホッ
トプレートユニット５００の製造を完了した。

【０１４１】（実施例３）ホットプレートユニットの製
造（図１、２および５参照）支持容器１０に、通気用貫通孔を形成しなかった以外
は、実施例１と同様にして、ホットプレートユニットを
製造した。

【０１４２】（比較例１）ホットプレートユニットの製
造（図１、２および５参照）支持容器１０に、吸気ノズル２０および吸気手段を設け
なかった以外は、実施例１と同様にして、ホットプレー
トユニットを製造した。

【０１４３】（比較例２）ホットプレートユニットの製
造（図１、２および５参照）支持容器１０に、吸気ノズル２０および吸気手段を設け
ず、また、支持容器１０に、通気用貫通孔を形成しなか
った以外は、実施例１と同様にして、ホットプレートユ
ニットを製造した。

【０１４４】上記工程を経て得られた実施例１〜３、お
よび、比較例１〜２に係るホットプレートユニットにつ
いて、以下の指標で評価した。その結果を表１に示す。

【０１４５】評価方法（１）降温時間の測定実施例１〜３、および、比較例１〜２に係るホットプレ
ートユニットに通電し、２５０℃まで昇温した後、電力
の供給を停止して、２００℃まで降温し、その降温に要
した時間（降温時間）を測定した。そのとき、支持容器
に吸気ノズルおよび吸気手段が設けられた実施例１〜３
に係るホットプレートユニットでは、ホットプレートユ
ニットへの電力の供給を停止すると同時に、吸気手段で
ある真空ポンプによって、支持容器内の気体の吸引を開
始した。なお、支持容器に冷媒導入管が設けられた実施
例１〜３のホットプレートユニットでは、吸気量１リッ
トル／分で支持容器内の気体の吸引を行った。また、支
持容器に冷媒導入管が設けられた実施例１〜３および比
較例１、２に係るホットプレートユニットでは、ホット
プレートユニットへの電力の供給を停止する同時に、冷
媒導入管を通して、支持容器内へ冷媒の供給を開始し
た。なお、上記冷媒は、常温（２０℃）の空気であり、
１リットル／分で支持容器内に供給した。その結果を表
１に示す。

【０１４６】

【表１】

【０１４７】表１より明らかなように、実施例に係るホ
ットプレートユニットは、比較例に係るホットプレート
ユニットと比べて、降温時間が短かった。実施例に係る
ホットプレートユニットでは、セラミックヒータによっ
て温められた支持容器内に滞留する気体が、吸気手段に
より吸引され、かつ、吸気手段から支持容器内の気体が
吸引されることによって、上記支持容器の周囲から内部
へ気体が流入する。従って、上記支持容器内にセラミッ
クヒータによって温められた気体が滞留することがな
く、低温側の支持容器内の気体と、高温側のセラミック
ヒータとの温度差が大きく保たれ、上記支持容器内の気
体と、上記セラミックヒータとの間で、充分な熱交換が
行われるため、降温時間が短くなったと考えられる。

【０１４８】一方、比較例に係るホットプレートユニッ
トでは、支持容器内の気体を吸引する吸気手段が設けら
れていないため、上記支持容器内で気体が滞留してしま
い、その滞留した上記気体がセラミックヒータによって
温められ、低温側の上記気体と、高温側の上記セラミッ
クヒータとの温度差が小さくなり、上記気体と上記セラ
ミックヒータとの間で充分な熱交換が行われず、セラミ
ックヒータの降温時間が長くなったと考えられる。

【０１４９】また、実施例１に係るホットプレートユニ
ットは、実施例３に係るホットプレートユニットと比べ
て、降温時間が短かった。これは、実施例１に係るホッ
トプレートユニットには、支持容器に通気用貫通孔が形
成されているため、上記吸気手段から支持容器内の気体
が吸引されることにより、支持容器に形成された貫通孔
を通して、上記支持容器の周囲から内部へ気体をスムー
ズに流入させることをできる。その結果、上記支持容器
内の気体が循環する速度が速くなり、低温側の支持容器
内の気体と、高温側のセラミックヒータとの温度差を大
きく保つことができ、上記支持容器内の気体と上記セラ
ミックヒータとの間で充分な熱交換を行うことができた
ため、セラミックヒータの降温時間が短くなったと考え
られる。また、上記支持容器に形成された通気用貫通孔
を通じて、上記ホットプレートユニットの周囲から内部
へ、気体が流入する際、その気体と、上記支持容器との
間で熱交換が行われるため、上記セラミック基板（セラ
ミックヒータ）の冷却速度が向上しセラミックヒータの
降温時間が短くなったと考えられる。

【０１５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のホットプ
レートユニットによれば、セラミックヒータによって温
められた支持容器内に滞留する気体が、吸気手段により
吸引され、かつ、該吸気手段により支持容器内の気体が
吸引されることによって、支持容器内が負圧となり、上
記支持容器の周囲から内部へ気体が流入するため、上記
支持容器内にセラミックヒータによって温められた気体
が滞留することがなく、低温側の支持容器内の気体と、
高温側のセラミックヒータとの温度差を大きく保つこと
ができ、上記支持容器内の気体と、上記セラミックヒー
タとの間で、充分な熱交換が行われるため、セラミック
ヒータの降温時間を短くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明のホットプレートユニットを
模式的に示した断面図であり、（ｂ）は、その部分拡大
断面図である。

【図２】図１に示したホットプレートユニットを模式的
に示した平面図である。

【図３】本発明のホットプレートユニットの他の一例を
模式的に示した断面図である。

【図４】図３に示したホットプレートユニットの他の一
例を模式的に示す平面図である。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は、図１に示したホットプレー
トユニットに用いられるセラミックヒータの製造方法の
一部を模式的に示した断面図である。

【図６】（ａ）〜（ｄ）は、図３に示したホットプレー
トユニットに用いられるセラミックヒータの製造方法の
一部を模式的に示した断面図である。

【符号の説明】

１、５１セラミックヒータ１００、５００ホットプレートユニット１ａ、５１ａセラミック基板２（２ａ〜２ｇ）、５２（５２ａ〜５２ｌ）抵抗発熱体５２０金属被覆層３、５３測温素子４、５４有底孔５、５５貫通孔７袋孔８スルーホール９ワッシャー１０、６０支持容器１１、６１中底板１２、６２底板１２ａ貫通孔１３、６３外部端子１４、６４ソケット１５、６５ガイド管１６、６６冷媒導入管１７、６７外枠部１７ａ、６７ａ断熱リング１８、６８基板受け部１８ａ、６８ａ固定金具１８ｂ、６８ｂボルト２０、３０吸気ノズル２１通気用貫通孔

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 3/20 ３９３Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６７Ｆターム(参考） 3K034 AA02 AA03 AA05 AA08 AA12 AA16 AA19 AA28 AA34 AA37 BA12 BA17 BB06 BB14 BC04 BC12 BC16 CA02 CA15 CA26 DA04 DA05 FA18 GA02 GA03 GA04 GA11 3K092 PP20 QA05 QB02 QB08 QB17 QB26 QB43 QB48 QB75 QB76 QC02 QC16 QC52 RF03 RF11 RF19 RF22 RF27 SS15 TT30 UA05 UA06 VV15 5F031 CA02 HA33 HA37 MA26 MA28 MA29 MA33 5F046 KA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】その表面または内部に抵抗発熱体が形成
されたセラミック基板と、前記セラミック基板を支持す
る支持容器とを含んだホットプレートユニットであっ
て、前記支持容器には、吸気ノズルが設けられるととも
に、前記吸気ノズルを介して、前記支持容器内の気体を
吸引する吸気手段が設けられていることを特徴とするホ
ットプレートユニット。
【請求項２】前記支持容器には、冷媒導入管が設けら
れている請求項１に記載のホットプレートユニット。
【請求項３】前記支持容器には、貫通孔が形成されて
いる請求項１または２に記載のホットプレートユニッ
ト。