JP2002305073A

JP2002305073A - セラミックヒータ

Info

Publication number: JP2002305073A
Application number: JP2001389961A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Ito; 康隆伊藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2002-10-18

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体ウエハを安定して支持することがで
き、かつ、半導体ウエハ等に撓みが発生せず、半導体ウ
エハ等の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】円板形状のセラミック基板の表面または
内部に発熱体が形成され、前記セラミック基板に、リフ
ターピンを挿通するための貫通孔が設けられた半導体製
造・検査装置用セラミックヒータであって、前記貫通孔
は、３個以上形成されるとともに、前記セラミック基板
の中心から外縁までの距離に対して、前記中心から１／
２以上の距離となる領域に形成されていることを特徴と
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、主に半導体産業に
おいて、乾燥、スパッタリング等に用いるセラミックヒ
ータに関し、特には、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】エッチング装置や、化学的気相成長装置
等を含む半導体製造、検査装置等においては、従来、ス
テンレス鋼やアルミニウム合金などの金属製基材を用い
たヒータが用いられてきた。しかしながら、金属製のヒ
ータでは温度制御特性が悪く、また厚みも厚くなるため
重く嵩張るという問題があり、腐食性ガスに対する耐蝕
性も悪いという問題を抱えていた。

【０００３】これに対し、特開平１１−４０３３０号公
報等では、金属製のものに代えて、窒化アルミニウムな
どのセラミックを使用したヒータが開示されている。

【０００４】通常、このようなヒータには、リフターピ
ンを挿通するための貫通孔が中央付近に形成されてい
る。該リフターピンを上下動させることにより、比較的
に容易に、半導体ウエハを前工程から受け入れることが
でき、また、半導体ウエハを後工程へ搬送することがで
きるからである。一般的にはリフターピン用貫通孔は、
セラミック基板の中央付近に配置する。リフターピンを
ひとつのモータで作動させるためには、リフターピンは
近い位置にあった方が好ましいからである。

【０００５】このようなヒータを用いて半導体ウエハ等
の被加熱物を加熱する際、加熱物がヒータの加熱面に接
触した状態で加熱すると、セラミックヒータ表面の温度
分布が半導体ウエハ等に反映されてしまい、半導体ウエ
ハ等を均一に加熱することは困難である。また、半導体
ウエハ等を均一に加熱するため、セラミックヒータの表
面温度を均一にしようとすると、非常に複雑な制御が必
要となり、温度の制御は容易ではない。

【０００６】そこで、通常、半導体ウエハを加熱する
際、半導体ウエハの搬送用に設けられているリフターピ
ンにより、半導体ウエハを支持する方法を用いることが
できる。すなわち、セラミック基板の表面からわずかに
突出した状態でリフターピンを保持し、このリフターピ
ンを用いて、セラミック基板の表面から一定の距離離間
した状態で半導体ウエハを支持し、該半導体ウエハを加
熱する。

【０００７】このリフターピンを用いる方法によると、
半導体ウエハをセラミック基板の表面から一定の距離離
間した状態で保持するため、セラミック基板からの輻射
や対流により半導体ウエハが加熱されることになる。従
って、通常は、セラミック基板表面の温度分布が半導体
ウエハに直接反映されず、半導体ウエハがより均一に加
熱され、半導体ウエハに温度分布が発生しにくい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リフタ
ーピンを用いて半導体ウエハを搬送しようとした際、半
導体ウエハを安定して支持することができないことがあ
り、この場合には、半導体ウエハが傾いてずれてしまう
という問題があった。

【０００９】また、半導体ウエハや液晶基板を載置して
昇温する際（加熱状態のセラミックヒータに半導体ウエ
ハや液晶基板を載置し、もとの温度に回復するまでの状
態、すなわち過渡状態も含む）、半導体ウエハや液晶基
板等の被加熱物に温度差が生じてしまうという問題が発
生した。さらに、被加熱物にパーティクルが付着すると
いう問題も見られた。そこで本発明者等は、このような
半導体ウエハや液晶基板等の被加熱物（以下、半導体ウ
エハ等ともいう）が傾いたり、半導体ウエハ等を昇温加
熱する際に、温度不均一が生じる原因について解析した
ところ、リフターピンが中央部分に集中していると、半
導体ウエハ等の被加熱物を安定して支持することができ
ず、また、セラミック基板の中央部分における単位面積
（体積）当たりの熱容量が、外周部分に比べて小さくな
り、昇温時にセラミック基板の中央部分の温度が上昇し
やすくなるからであるということが分かった。また、半
導体ウエハや液晶基板等の板状の被加熱物を持ち上げる
際に、リフタ―ピンが中央付近に存在していると、被加
熱物がたわんでしまうため、被加熱物の外周部がセラミ
ック基板と接触して、パーティクルが発生してしまうこ
とがわかった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らはさ
らに検討を重ね、その表面または内部に発熱体が形成さ
れたセラミック基板に、リフターピンを挿通する貫通孔
が設けられたセラミックヒータを用いる場合、貫通孔
を、セラミック基板の比較的外周部分に形成することに
より、半導体ウエハや液晶基板等の被加熱物を安定して
支持することができ、また、セラミック基板の単位面積
（体積）当たりの熱容量が均一となり、半導体ウエハ等
を均一に加熱することができることを見出した。

【００１１】すなわち、本発明のセラミックヒータは、
円板形状のセラミック基板の表面または内部に発熱体が
形成され、上記セラミック基板に、リフターピンを挿通
するための貫通孔が設けられたセラミックヒータであっ
て、上記貫通孔は、３個以上形成されるとともに、上記
セラミック基板の中心から外縁までの距離に対して、上
記中心から１／２以上の距離となる領域に形成されてい
ることを特徴とするセラミックヒータである。

【００１２】上記セラミックヒータによれば、３個以上
の貫通孔が、セラミック基板の外周部分に存在している
ため、貫通孔に挿通されるリフターピンもセラミック基
板の外周部分に存在し、中心部分に集中せず、リフター
ピンに支持される半導体ウエハ等が不安定にならない。
その結果、使用時における衝撃等があった場合でも、半
導体ウエハ等がずれにくく、リフターピンにより半導体
ウエハ等の被加熱物を安定して支持することができる。

【００１３】また、半導体ウエハ等を昇温加熱する場
合、貫通孔が比較的面積（体積）の大きな外周部分に存
在しているため、セラミック基板の中央部分と外周部分
との単位面積（体積）当たりの熱容量の差がほとんど無
視できる程度になり、セラミック基板の中央部分の単位
面積（体積）当たりの熱容量が、外周部分と比べて変わ
らなくなり、昇温時（過渡時）であっても半導体ウエハ
等を均一に加熱することができるのである。さらに、貫
通孔が中心付近に存在している場合は、リフタ―ピンで
板状被加熱物を押し上げると、半導体ウエハや液晶基板
などの板状被加熱物がたわんでしまうため、板状被加熱
物の外周がセラミック基板表面をこすってしまい、パー
ティクルが発生してしまうが、本発明では、このような
問題がない。

【００１４】また、上記貫通孔は、上記セラミック基板
と同心円の関係となる一つの円周上に、略等間隔に形成
されていることが望ましい。貫通孔に挿通するリフター
ピンが、セラミック基板上に広く分散し、かつ、等間隔
となるため、半導体ウエハ等をより安定して支持するこ
とが可能となる。また、半導体ウエハ等をより水平に保
つことができ、セラミック基板と半導体ウエハ等との距
離が一定となり、その結果、半導体ウエハ等をさらに均
一に加熱することが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明のセラミックヒータは、円
板形状のセラミック基板の表面または内部に発熱体が形
成され、上記セラミック基板に、リフターピンを挿通す
るための貫通孔が設けられたセラミックヒータであっ
て、上記貫通孔は、３個以上形成されるとともに、上記
セラミック基板の中心から外縁までの距離に対して、上
記中心から１／２以上の距離となる領域に形成されてい
ることを特徴とするセラミックヒータである。

【００１６】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のセラミックヒ
ータを模式的に示した部分拡大断面図である。なお、こ
のセラミックヒータでは、セラミック基板の内部に発熱
体が形成されている。

【００１７】セラミックヒータ１０において、セラミッ
ク基板１１は円板状に形成されており、セラミックヒー
タ１０の加熱面１１ａの全体の温度が均一になるように
加熱するため、セラミック基板１１の内部に、同心円状
のパターンからなる発熱体１２が形成されている。

【００１８】発熱体１２の端部の直下には、スルーホー
ル１３ａが形成され、さらに、このスルーホール１３ａ
を露出させる袋孔１３ｂが底面１１ｂに形成され、袋孔
１３ｂには外部端子１３が挿入され、ろう材等（図示せ
ず）で接合されている。また、外部端子１３には、例え
ば、導電線を有するソケット（図示せず）が取り付けら
れ、この導電線は電源等に接続されている。

【００１９】また、セラミック基板１１の底面には、測
温素子（図示せず）を挿入するための有底孔１４が形成
されている。

【００２０】さらに、セラミック基板１１には、セラミ
ック基板１１の中心から外縁までの距離に対して、中心
から５５％の距離となる円周上に、等間隔となるよう
に、リフターピン１６を挿通するための貫通孔１５が３
個形成されている。そして、リフターピン１６を上下動
させることにより、比較的に容易に、半導体ウエハ等を
前工程から受け入れることができ、また、半導体ウエハ
等を後工程へ搬送することが可能となる。

【００２１】また、半導体ウエハ等とセラミック基板と
が摺動しないため、セラミック基板からパーティクルが
発生することがない。さらに、半導体ウエハ３９を加熱
する際、セラミック基板１１の加熱面１１ａからわずか
に突出した状態でリフターピン１６を保持することによ
り、このリフターピン１６を介し、セラミック基板の加
熱面１１ａから一定の距離離間した状態で半導体ウエハ
３９を保持し、半導体ウエハ３９を加熱することができ
る。なお、セラミック基板の表面に、ピン等の突起構造
を有するものを配置することにより、リフターピンをセ
ラミック基板の加熱面からわずかに突出した状態で保持
することと同じように、半導体ウエハ等とセラミック基
板の加熱面とが離間した状態で半導体ウエハ等を加熱す
ることが可能である。

【００２２】また、本発明のセラミックヒータにおい
て、発熱体はセラミック基板の内部に形成されていても
よく、セラミック基板の外部に形成されていてもよい。

【００２３】図３は、本発明のセラミックヒータの他の
一例を模式的に示した底面図であり、図４は、図３のセ
ラミックヒータを模式的に示した部分拡大断面図であ
る。なお、このセラミックヒータでは、セラミック基板
の表面に発熱体が形成されている。

【００２４】セラミックヒータ２０において、セラミッ
ク基板２１は円板状に形成され、また、セラミック基板
２１の表面に、同心円状のパターンからなる発熱体２２
が形成されており、その両端に、入出力の端子となる外
部端子２３が金属被覆層２２０を介して接続されてい
る。また、セラミック基板２１の底面には、測温素子
（図示せず）を挿入するための有底孔２４が形成されて
いる。

【００２５】さらに、セラミック基板２１には、セラミ
ック基板２１の中心から外縁までの距離に対して、中心
から７５％の距離となる円周上に、等間隔となるよう
に、貫通孔２５が３個形成されている。セラミックヒー
タ２０は、セラミックヒータ１０と同様で、貫通孔２５
に、リフターピン２６を挿通し、上下動させることによ
り、半導体ウエハ等を搬送することが可能となり、ま
た、リフターピン２６を、セラミック基板２１の加熱面
２１ａから突出させることにより、半導体ウエハ３９を
セラミック基板２１ａから離間させて保持することが可
能となる。

【００２６】本発明のセラミックヒータにおいて、セラ
ミック基板に形成される貫通孔は、３個以上である。貫
通孔が３個未満、すなわち、２個以下であると、貫通孔
に挿通するリフターピンによって、半導体ウエハ等の被
加熱物を安定して支持することが困難となるからであ
る。なお、貫通孔は、３個以上であれば、特に限定され
るものではない。ただし、使用時における、クーリング
スポットの発生を抑える点等から、セラミック基板に形
成する貫通孔は、１１個以下であることが望ましい。

【００２７】また、上記貫通孔は、上記セラミック基板
の中心から外縁までの距離に対して、上記中心から１／
２以上の距離となる領域に形成されていれば、貫通孔が
形成される位置は、特に限定されるものではない。ただ
し、半導体ウエハ等をより水平に保つ点から、上記貫通
孔は、上記セラミック基板の中心から外縁までの距離に
対して、上記中心から５０〜７５％の距離となる領域に
形成されることが望ましい。貫通孔が、上記セラミック
基板の中心から外縁までの距離に対して、上記中心から
７５％を超える距離となる領域に形成される場合、半導
体ウエハ等を安定して支持することはできるが、半導体
ウエハ等の中心部分が支持されないため、半導体ウエハ
等に撓みが発生するおそれがあるからである。

【００２８】また、半導体ウエハ等をより安定に支持す
ることができ、半導体ウエハ等をさらに均一に加熱する
ことができる点から、上記貫通孔は、上記セラミック基
板と同心円の関係となる一つの円周上に、略等間隔に形
成されていることが望ましい。貫通孔に挿通されるリフ
ターピンが、セラミック基板上に広く分散し、かつ、等
間隔となるため、半導体ウエハ等をより安定して支持す
ることができ、また、半導体ウエハ等をより水平に保つ
ことができ、セラミック基板と半導体ウエハ等との距離
が一定となり、その結果、半導体ウエハ等をさらに均一
に加熱することが可能となる。

【００２９】上述のような貫通孔の配置としては、３個
の貫通孔が形成される場合、例えば、図１に示したよう
に、セラミック基板１１の中心から外縁までの距離に対
して、中心から１／２以上の距離となる領域において、
セラミック基板と同心円の関係となる一つの円周上に、
３個の貫通孔１５が等間隔となるように形成された配置
等を挙げることができ、また、貫通孔が４個形成される
場合、例えば、セラミック基板と同心円の関係となる一
つの円周上に、４個の貫通孔が等間隔となるように形成
された配置等を挙げることができる。なお、セラミック
基板に貫通孔が４個以上形成される場合、１個の貫通孔
をセラミック基板の中心に設けてもよい。リフターピン
により、半導体ウエハ等をセラミック基板から離間して
保持し、加熱する際、半導体ウエハ等の中心部分の撓み
を防止することができ、その結果、半導体ウエハ等とセ
ラミック基板との距離が一定となり、半導体ウエハ等を
均一に加熱することができる。

【００３０】上記リフターピンにより、半導体ウエハ等
を離間して保持し、加熱する際、貫通孔に挿通されるリ
フターピンがセラミック基板の加熱面から突出する高さ
は、５〜５０００μｍであること、すなわち、半導体ウ
エハ等をセラミック基板の加熱面から５〜５０００μｍ
離間した状態で保持することが望ましい。５μｍ未満で
は、セラミック基板の温度分布の影響をうけて半導体ウ
エハ等の温度が不均一になり、５０００μｍを超える
と、半導体ウエハ等の温度が上昇しにくくなり、特に、
半導体ウエハ等の外周部分の温度が低くなってしまうか
らである。被加熱物とセラミック基板の加熱面とは５〜
５００μｍ離間することがより望ましく、２０〜２００
μｍ離間することが更に望ましい。

【００３１】上記貫通孔および上記リフターピンの平面
視における形状は、通常、円形である。また、上記貫通
孔の直径は、１〜１００ｍｍであることが望ましく、１
〜２０ｍｍであることがより望ましい。１ｍｍ未満の場
合、貫通孔に挿通するリフターピンが細くなりすぎるた
め、リフターピン上に半導体ウエハ等を安定して載置す
ることが困難となり、一方、１００ｍｍを超える場合、
貫通孔が大きすぎて、セラミックヒータの加熱面にクー
リングスポットがしてしまい、半導体ウエハ等を均一に
加熱することができないおそれがある。なお、上記リフ
ターピンの直径は、リフターピンを挿通する貫通孔の直
径と略同じであることが望ましい。リフターピンの直径
が、貫通孔の直径と大きく異なる場合、すなわち、リフ
ターピンの直径が、貫通孔の直径より、非常に小さい場
合、リフターピンと貫通孔の側面との間に隙間が生じる
ため、その隙間より放熱してしまい、セラミックヒータ
の加熱面にクーリングスポットが発生し、半導体ウエハ
等を均一に加熱することができないおそれがある。

【００３２】本発明のセラミックヒータにおける、セラ
ミック基板の直径は、２００ｍｍ以上が望ましい。大き
な直径を持つセラミックヒータほど、撓みの発生しやす
くなる大口径の半導体ウエハ等を載置することができる
ため、本発明の構成が有効に機能するからである。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。

【００３３】また、セラミック基板の厚さは、２５ｍｍ
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。

【００３４】本発明のセラミックヒータにおいて、セラ
ミック基板には、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を設けるとともに、有底孔の
底を発熱体よりも相対的に加熱面に近く形成し、この有
底孔に熱電対等の測温素子（図示せず）を設けるとが望
ましい。

【００３５】また、有底孔の底と加熱面との距離は、
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、測温場所が発熱体よりも加熱
面に近くなり、より正確な半導体ウエハ等の温度の測定
が可能となるからである。

【００３６】有底孔の底と加熱面との距離が０．１ｍｍ
未満では、放熱してしまい、加熱面に温度分布が形成さ
れ、厚さの１／２を超えると、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、やはり加熱面に
温度分布が形成されてしまうからである。

【００３７】有底孔の直径は、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。

【００３８】有底孔は、セラミック基板の中心に対して
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。

【００３９】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。

【００４０】上記熱電対の接合部の大きさは、素線の径
と同じが、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。

【００４１】上記測温素子は、金ろう、銀ろうなどを使
用して、有底孔の底に接着してもよく、有底孔に挿入し
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。

【００４２】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。

【００４３】本発明のセラミックヒータを構成するセラ
ミック基板の材料は特に限定されるものではないが、例
えば、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックが望ま
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、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
基板の表面温度を制御することができるのである。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】また、本発明のセラミック基板は、カーボ
ンを含有し、その含有量は、２００〜５０００ｐｐｍ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。

【００５１】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。

【００５２】発熱体を設ける場合は、セラミック基板の
表面（底面）に形成してもよく、セラミック基板の内部
に埋設してもよい。発熱体をセラミック基板の内部に形
成する場合は、上記発熱体は、加熱面の反対側の面から
厚さ方向に６０％以下の位置に形成されていることが望
ましい。６０％を超えると、加熱面に近すぎるため、上
記セラミック基板内を伝搬する熱が充分に拡散されず、
加熱面に温度ばらつきが発生してしまうからである。

【００５３】発熱体をセラミック基板の内部に形成する
場合には、発熱体形成層を複数層設けてもよい。この場
合は、各層のパターンは、相互に補完するようにどこか
の層に発熱体が形成され、加熱面の上方から見ると、ど
の領域にもパターンが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。なお、発熱体をセラミッ
ク基板の内部に設け、かつ、その発熱体を一部露出させ
てもよい。

【００５４】また、セラミック基板の表面に発熱体を設
ける場合は、加熱面は発熱体形成面の反対側であること
が望ましい。セラミック基板が熱拡散の役割を果たすた
め、加熱面の温度均一性を向上させることができるから
である。

【００５５】発熱体をセラミック基板の表面に形成する
場合には、金属粒子を含む導体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
成した後、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。

【００５６】セラミック基板の内部に発熱体を形成する
場合には、その厚さは、１〜５０μｍが好ましい。ま
た、セラミック基板の表面に発熱体を形成する場合に
は、この発熱体の厚さは、１〜３０μｍが好ましく、１
〜１０μｍがより好ましい。

【００５７】また、セラミック基板の内部に発熱体を形
成する場合には、発熱体の幅は、５〜２０μｍが好まし
い。また、セラミック基板の表面に発熱体を形成する場
合には、発熱体の幅は、０．１〜２０ｍｍが好ましく、
０．１〜５ｍｍがより好ましい。

【００５８】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。発熱体は、セラミック基板の内部に形成した場合の
方が、厚み、幅とも大きくなるが、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
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
は、上記した厚みや幅とすることが望ましい。

【００５９】発熱体の形成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（半導体ウ
エハ等）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。

【００６０】また、本発明のセラミックヒータにおける
発熱体のパターンとしては、図１に示した、同心円形状
のパターンに限らず、例えば、渦巻き状のパターン、偏
心円状のパターン、屈曲線の繰り返しパターン等も用い
ることができる。また、これらは併用してもよい。ま
た、最外周に形成された発熱体パターンを、円周方向に
分割されたパターンとすることで、温度が低下しやすい
セラミックヒータの最外周で細かい温度制御を行うこと
が可能となり、セラミックヒータの温度のばらつきを抑
えることが可能である。さらに、円周方向に分割された
発熱体のパターンは、セラミック基板の最外周に限ら
ず、その内部にも形成してもよい。

【００６１】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
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（発熱体
の幅／発熱体の厚さ）は、１０〜５０００であることが
望ましい。この範囲に調整することにより、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。

【００６２】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、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、１０〜５０００である
ことが好ましいのである。

【００６３】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、発熱体をセラミ
ック基板の内部に形成する場合は、アスペクト比を２０
０〜５０００とすることが望ましい。

【００６４】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、これは、
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。

【００６５】また、発熱体を形成する際に用いる、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。

【００６６】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く、中でも、貴金属
（金、銀、白金、パラジウム）がより好ましい。また、
これらは、単独で用いてもよいが、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。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。

【００６７】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。

【００６８】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、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。

【００６９】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。

【００７０】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、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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】これらの酸化物は、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。

【００７４】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。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。

【００７５】また、発熱体として金属箔や金属線を使用
することもできる。上記金属箔としては、ニッケル箔、
ステンレス箔をエッチング等でパターン形成して発熱体
としたものが望ましい。パターン化した金属箔は、樹脂
フィルム等ではり合わせてもよい。金属線としては、例
えば、タングステン線、モリブデン線等が挙げられる。

【００７６】また、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
０．１Ω／□未満であると、抵抗率が小さすぎ、発熱量
も小さくなるために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、セラミック基板の表
面に発熱体を設けたセラミック基板では、その発熱量を
制御しにくいからである。発熱量の制御の点からは、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／□とする
ことが好ましい場合もある。

【００７７】発熱体がセラミック基板２１の表面に形成
される場合には、発熱体の表面部分に、金属被覆層（図
４参照）２２０が形成されていることが望ましい。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
るためである。形成する金属被覆層２２０の厚さは、
０．１〜１０μｍが好ましい。

【００７８】金属被覆層２２０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。

【００７９】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
外部端子１３が挙げられる。

【００８０】なお、発熱体をセラミック基板の内部に形
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。発熱体をセラミック基板１１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端子部
分に設けられ、このスルーホールに端子が接続、固定さ
れていてもよい。

【００８１】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。なお、本発明のセラミックヒータ
は、１００〜８００℃の温度範囲で使用することができ
る。

【００８２】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。まず、セラミック基板１１の内部
に発熱体１２が形成されたセラミックヒータ（図１、２
参照）の製造方法について、図５に基づいて説明する。

【００８３】（１）セラミック基板の作製工程まず、窒化物セラミック等のセラミックの粉末をバイン
ダ、溶剤等と混合してペーストを調製し、これを用いて
グリーンシート５０を作製する。

【００８４】上述した窒化物等のセラミック粉末として
は、窒化アルミニウム等を使用することができ、必要に
応じて、イットリア等の焼結助剤、Ｎａ、Ｃａを含む化
合物等を加えてもよい。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。

【００８５】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を作製す
る。グリーンシートの厚さは、０．１〜５ｍｍが好まし
い。

【００８６】（２）グリーンシート上に導体ペーストを
印刷する工程グリーンシート５０上に、発熱体１２を形成するための
金属ペーストまたは導電性セラミックを含む導体ペース
トを印刷し、導体ペースト層１２０を形成し、貫通孔に
スルーホール１３ａ用の導体ペースト充填層１３０を形
成する。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。

【００８７】タングステン粒子またはモリブデン粒子の
平均粒子径は、０．１〜５μｍが好ましい。平均粒子が
０．１μｍ未満であるか、５μｍを超えると、導体ペー
ストを印刷しにくいからである。このような導体ペース
トとしては、例えば、金属粒子または導電性セラミック
粒子８５〜８７重量部；アクリル系、エチルセルロー
ス、ブチルセロソルブ、ポリビニルアルコールから選ば
れる少なくとも１種のバインダ１．５〜１０重量部；お
よび、α−テルピネオール、グリコールから選ばれる少
なくとも１種の溶媒を１．５〜１０重量部を混合した組
成物（ペースト）が挙げられる。

【００８８】(3) グリーンシートの積層工程導体ペーストを印刷していないグリーンシート５０を、
導体ペーストを印刷したグリーンシート５０の上下に積
層する（図５（ａ）参照）。このとき、導体ペーストを
印刷したグリーンシート５０が積層したグリーンシート
の厚さに対して、底面から６０％以下の位置になるよう
に積層する。具体的には、上側のグリーンシートの積層
数は２０〜５０枚が、下側のグリーンシートの積層数は
５〜２０枚が好ましい。

【００８９】(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
ートおよび内部の導体ペーストを焼結させる。また、加
熱温度は、１０００〜２０００℃が好ましく、加圧の圧
力は、１０〜２０ＭＰａが好ましい。加熱は、不活性ガ
ス雰囲気中で行う。不活性ガスとしては、例えば、アル
ゴン、窒素などを使用することができる。

【００９０】次に、得られた焼結体に、半導体ウエハ３
９を支持するためのリフターピン１６を挿通する貫通孔
１５を、セラミック基板の中心から外縁までの距離に対
して、中心から１／２以上の距離となる領域に３個以上
形成する。

【００９１】なお、貫通孔１５を、セラミック基板１１
と同心円の関係となる一つの円周上に、略等間隔に形成
することが望ましい。貫通孔１５に挿通するリフターピ
ン１６が、セラミック基板１１上に広く分散し、かつ、
等間隔となるため、半導体ウエハ３９をより水平に保つ
ことができ、セラミック基板１１と半導体ウエハ３９と
の距離が一定となり、その結果、半導体ウエハ３９をさ
らに均一に加熱することができるからである。

【００９２】さらに、セラミック基板に熱電対等の測温
素子を埋め込むための有底孔１４を形成する（図５
（ｂ）参照）。その後、発熱体１２を外部端子１３と接
続するスルーホール１３ａを露出させるため袋孔１３ｂ
を形成する。（図５（ｃ）参照）

【００９３】上述の有底孔および貫通孔を形成する工程
は、上記グリーンシート積層体に対して行ってもよい
が、上記焼結体に対して行うことが望ましい。焼結過程
において、変形するおそれがあるからである。

【００９４】なお、貫通孔および有底孔は、表面研磨後
に、サンドブラスト等のブラスト処理を行うことにより
形成することができる。また、内部の発熱体１２と接続
するためのスルーホール１３ａに外部端子１３を接続
し、加熱してリフローする。加熱温度は、２００〜５０
０℃が好適である。

【００９５】さらに、有底孔１４に測温素子としての熱
電対（図示せず）などを銀ろう、金ろうなどで取り付
け、ポリイミドなどの耐熱性樹脂で封止し、セラミック
ヒータ１０の製造を終了する（図５（ｄ）参照）。

【００９６】次に、セラミック基板２１の底面に発熱体
２２が形成されたセラミックヒータ２０（図３、４参
照）の製造方法について、図６に基づいて説明する。

【００９７】(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。

【００９８】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２１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２１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。

【００９９】さらに、ドリル加工を実施し、半導体ウエ
ハ３９を支持するためのリフターピン２６を挿通する貫
通孔２５を、セラミック基板の中心から外縁までの距離
に対して、中心から１／２以上の距離となる領域に３個
以上形成する。なお、セラミックヒータ１０と同様で、
貫通孔２５を、セラミック基板２１と同心円の関係とな
る一つの円周上に、略等間隔に形成することが望まし
い。さらに、セラミック基板に熱電対などの測温素子を
埋め込むための有底孔２４を形成する。（図６（ａ）参
照）

【０１００】(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、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、発熱体２２を設けようとする部分
に印刷することにより、導体ペースト層を形成する。導
体ペースト層は、焼成後の発熱体２２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。

【０１０１】(3) 導体ペーストの焼成セラミック基板の底面２１ｂ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２１の底面に焼き付
け、発熱体２２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、発熱体２２とセラミック基板２１との密着性が向上
する。

【０１０２】(4) 金属被覆層の形成次に、発熱体２２表面に、金属被覆層２２０を形成する
（図６（ｃ）参照）。金属被覆層２２０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。 (5) 端子等の取り付け発熱体２２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２３）を半田で取り付ける。また、有底孔
２４に銀ろう、金ろうなどで熱電対（図示せず）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２０の製造を終了する（図６（ｄ）参照）。

【０１０３】なお、本発明のセラミックヒータは、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
電チャックとして使用することができる。また、表面に
チャックトップ導体層を形成することにより、ウエハプ
ローバ用のセラミック基板として使用することができ
る。このように、本発明のセラミックヒータは、半導体
製造・検査装置用セラミックヒータ、また、液晶基板加
熱用セラミックヒータとして使用することができる。

【０１０４】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明する。（実施例１）セラミックヒータ（図１、２および図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
０．６μｍ）１００重量部、アルミナ４重量部、アクリ
ル系樹脂バインダ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って、厚さ０．４７ｍｍのグリー
ンシート５０を作製した。

【０１０５】（２）次に、このグリーンシート５０を８
０℃で５時間乾燥させた後、スルーホール１３ａとなる
部分をパンチングにより設けた。

【０１０６】（３）平均粒径１μｍのタングステンカー
バイト粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０重
量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部および分散
剤０．３重量部を混合して導体ペーストＡを調整した。
平均粒径３μｍのタングステン粒子１００重量部、アク
リル系バインダ１．９重量部、α−テルピネオール溶媒
３．７重量部および分散剤０．２重量部を混合して導体
ペーストＢを調整した。

【０１０７】この導体ペーストＡをグリーンシート上に
スクリーン印刷で印刷し、発熱体用の導体ペースト層１
２０を形成した。印刷パターンは、図１に示すような同
心円状のパターンとした。さらに、外部端子１３を接続
するためのスルーホール１３ａとなる部分に導体ペース
トＢを充填し、充填層１３０を形成した。

【０１０８】上記処理の終わったグリーンシート５０
に、さらに、導体ペーストを印刷していないグリーンシ
ート５０を上側（加熱面）に３７枚、下側に１３枚積層
し、１３０℃、８ＭＰａの圧力で圧着して積層体を形成
した（図５（ａ）参照）。

【０１０９】（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１５Ｍ
Ｐａで１０時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍのセラミッ
ク板状体を得た。これを２１０ｍｍの円板状に切り出
し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの発熱体１２を有す
るセラミック板状体とした。

【０１１０】（５）次に、（４）で得られたセラミック
板状体を、ダイヤモンド砥石で研磨した後、底面には、
熱電対を挿入するための有底孔１４を形成した。さら
に、半導体ウエハ等を運搬等するためのリフターピン１
６（直径：５ｍｍ）を挿入するための貫通孔１５（直
径：５．６ｍｍ）を３個形成した（図５（ｂ）参照）。
なお、貫通孔１５は、セラミック基板１１と同心円の関
係となる直径１１６ｍｍの円周上に、等間隔になるよう
に形成した。この貫通孔１５を形成した位置は、セラミ
ック基板１１の中心から外縁までの距離に対して、中心
から５５％の距離となる位置であり、中心から１／２以
上の距離となる領域内に存在する。

【０１１１】（６）次に、スルーホール１３ａが形成さ
れている部分をえぐりとって袋孔１３ｂとし（図５
（ｃ）参照）、この袋孔１３ｂ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
外部端子１３を接続させた（図５（ｄ）参照）。

【０１１２】（７）温度制御のための熱電対（図示せ
ず）を有底孔１４に埋め込んで、本発明のセラミックヒ
ータ１０の製造を終了した。

【０１１３】（実施例２）セラミックヒータ（図３、４および図６参照）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。

【０１１４】（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。

【０１１５】（３）次に、この生成形体を１８００℃、
圧力：２０ＭＰａでホットプレスし、厚さが３ｍｍの窒
化アルミニウム板状体を得た。次に、この板状体から直
径２１０ｍｍの円板体を切り出し、セラミック製の板状
体（セラミック基板２１）とした。このセラミック基板
２１にドリル加工を施し、リフターピン２６（直径：３
ｍｍ）を挿入する貫通孔２５（直径：３．５ｍｍ）を３
個と、熱電対を埋め込むための有底孔２４とを形成した
（図６（ａ）参照）。なお、貫通孔２５は、セラミック
基板２１と同心円の関係となる直径１５８ｍｍの円周上
に、等間隔になるように形成した。この貫通孔２５を形
成した位置は、セラミック基板２１の中心から外縁まで
の距離に対して、中心から７５％の距離となる位置であ
り、中心から１／２以上の距離となる領域内に存在す
る。

【０１１６】（４）上記（３）で得たセラミック基板２
１に、スクリーン印刷にて導体ペースト層を形成した。
印刷パターンは、図３に示す同心円状のパターンとし
た。上記導体ペーストとしては、Ａｇ４８重量％、Ｐｔ
２１重量％、ＳｉＯ₂ １．０重量％、Ｂ₂ Ｏ₃ １．２重
量％、ＺｎＯ４．１重量％、ＰｂＯ３．４重量％、酢酸
エチル３．４重量％、ブチルカルビトール１７．９重量
％からなる組成のものを使用した。この導体ペースト
は、Ａｇ−Ｐｔペーストであり、銀粒子は、平均粒径が
４．５μｍで、リン片状のものであった。また、Ｐｔ粒
子は、平均粒子径０．５μｍの球状であった。

【０１１７】（５）さらに、導体ペースト層を形成した
後、セラミック基板２１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セラ
ミック基板２１に焼き付け、発熱体２２を形成した（図
６（ｂ）参照）。発熱体２２は、厚さが５μｍ、幅が
２．４ｍｍ、面積抵抗率が７．７ｍΩ／□であった。

【０１１８】（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２１を浸漬し、銀−鉛の発熱体２
２の表面に厚さ１μｍの金属被覆層（ニッケル層）２２
０を析出させた（図６（ｃ）参照）。

【０１１９】（７）次に、電源との接続を確保するため
の外部端子２３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（図示せず）を形成した。次いで、半田層の上
にコバール製の外部端子２３を載置して、４２０℃で加
熱リフローし、外部端子２３を発熱体２２の表面に取り
付けた。（図６（ｄ）参照）

【０１２０】（８）有底孔２４に温度制御のための熱電
対（図示せず）をポリイミドで封止し、本発明のセラミ
ックヒータ２０の製造を終了した。

【０１２１】（実施例３）（１）ＳｉＣ粉末（屋久島電工製、平均粒径１．１μ
ｍ）１００重量部、Ｂ_４Ｃ４重量部、アクリル系樹脂バ
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
り成形を行って、厚さ０．４７ｍｍのグリーンシートを
作製した。さらに、表面に平均粒径１．０μｍのほう珪
酸ガラス８０重量部とポリエチレングリコール５重量
部、アルコール１５重量部を混合してガラスペーストを
得た。そして、作製したグリーンシートに、このガラス
ペーストを塗布した。

【０１２２】（２）次に、このグリーンシートを８０℃
で５時間乾燥させた後、スルーホール１９となる部分を
パンチングにより設けた。

【０１２３】（３）平均粒径１μｍのタングステンカー
バイト粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０重
量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部および分散
剤０．３重量部を混合して導体ペーストＡを調整した。
平均粒径３μｍのタングステン粒子１００重量部、アク
リル系バインダ１．９重量部、α−テルピネオール溶媒
３．７重量部および分散剤０．２重量部を混合して導体
ペーストＢを調整した。この導体ペーストＡをグリーン
シート上にスクリーン印刷で印刷し、抵抗発熱体用の導
体ペースト層を形成した。印刷パターンは、図３に示す
ような同心円状のパターンとした。さらに、外部端子を
接続するためのスルーホールとなる部分に導体ペースト
Ｂを充填し、充填層を形成した。上記処理の終わったグ
リーンシートに、ガラスペーストを塗布し、さらに、導
体ペーストを印刷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℃、８Ｍ
Ｐａの圧力で圧着して積層体を形成した。

【０１２４】（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１５Ｍ
Ｐａで１０時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍのセラミッ
ク板状体を得た。これを２３０ｍｍの円板状に切り出
し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの抵抗発熱体を有す
るセラミック板状体とした。さらに、ドリル加工にて直
径５ｍｍのリフタ―ピン用の孔を中心から３箇所形成し
た。この貫通孔を形成した位置は、セラミック基板の中
心から外縁までの距離に対して、中心から９０％の距離
となる位置であり、中心から１／２以上の距離となる領
域内に存在する。

【０１２５】（５）次に、（４）で得られたセラミック
板状体を、ダイヤモンド砥石で研磨した後、さらに、表
面にスパッタリング装置（昭和真空製ＡＳＰ−３４）
を使用して厚さ２μｍのフッ化マグネシウムの膜を形成
した。

【０１２６】（６）次に、スルーホールが形成されてい
る部分をえぐりとって袋孔とし、この袋孔にＮｉ−Ａｕ
からなる金ろうを用い、７００℃で加熱リフローしてコ
バール製の外部端子を接続させた。

【０１２７】（７）温度制御のための熱電対（図示せ
ず）を有底孔に埋め込み、セラミックヒータを得た。

【０１２８】（試験例）基本的には実施例１と同様であ
るが、直径を３３０ｍｍとし、リフタ―ピン用貫通孔の
形成位置をセラミック基板の中心から外縁までの距離に
対して、中心から１０％、２０％、３０％、４０％、５
０％、６０％、７０％、８０％、９０％の距離となる位
置にそれぞれ形成し、後段で述べるように昇温時の加熱
面面内温度均一性およびパーティクル数を測定した。

【０１２９】（比較例１）セラミックヒータの製造リフターピン（直径：５．０ｍｍ）を挿通する貫通孔
（直径：５．６ｍｍ）を以下の位置の形成した以外は、
実施例１と同様にして、セラミックヒータを製造した。
すなわち、貫通孔は、セラミック基板と同心円の関係と
なる直径６３ｍｍの円周上に、等間隔になるように３個
形成した。この貫通孔を形成した位置は、セラミック基
板の中心から外縁までの距離に対して、中心から３０％
の距離となる位置であり、中心から１／２以上の距離と
なる領域内には存在しない。

【０１３０】実施例１〜３および比較例１に係るセラミ
ックヒータに、リフターピンを介してシリコンウエハを
載置し、通電することにより、３００℃まで昇温し、下
記の方法により評価した。その結果を表１に示す。ま
た、試験例に係る９種類のセラミックヒータについて
も、下記の方法により評価した。この結果を図７および
図８に示す。なお、リフターピンは、セラミックヒータ
の加熱面より、５０μｍ突出しており、シリコンウエハ
のリフターピンで支持されている部分は、加熱面より５
０μｍ離れていた。

【０１３１】評価方法（１）昇温時の加熱面面内温度均一性熱電対付きシリコンウエハを載置しながらセラミックヒ
ータを３００℃まで４５秒で昇温し、昇温過程でのシリ
コンウエハの最高温度と最低温度との差を調べた。（２）パーティクルの数直径２００ｍｍ、３００ｍｍの半導体ウエハを載置し、
これをリフタ―ピンで押し上げる試験を１００回実施
し、ウエハに付着しているパーティクルの数を測定し
た。パーティクルの数の測定は任意の１０箇所を電子顕
微鏡で観察してパーティクルの数を測定し、１ｃｍ^２あ
たりに換算した。

【０１３２】

【表１】

【０１３３】表１より明らかなように、実施例に係るセ
ラミックヒータは、昇温時の温度が均一であった。一
方、比較例に係るセラミックヒータは、昇温時の温度の
ばらつきが大きかった。これは、比較例に係るセラミッ
クヒータは、貫通孔が中央部分に３個集中しており、単
位面積（体積）当たりの熱容量が中央部分の方が小さく
なっているため、昇温すると、中央部分の温度が高くな
りやすかったからである。これに対して、実施例のセラ
ミックヒータでは、貫通孔が面積が広い（体積が大き
い）外周部分に形成されており、単位面積（体積）当た
りの熱容量が中央部分と外周部分とで殆ど差がなかった
ためであると推定される。また、図７においても、上述
の理由により、貫通孔の形成位置が、セラミック基板の
中心から外縁までの距離に対して、中心から５０％以上
の距離である場合には、昇温時の温度が均一となってい
ることがわかる。さらに、図８から、パーティクルの数
は、貫通孔の形成位置が、セラミック基板の中心から外
縁までの距離に対して、中心から５０％以上の距離であ
る場合には、数が少なくなることが理解できる。これ
は、先に説明したように、ウエハが上に凸状にたわむと
外周がセラミック基板に線接触し、セラミック基板表面
を引っかくことにより、パーティクルが発生するが、本
発明では、リフタ―ピン用の貫通孔の位置を中心から１
／２以上の距離となる領域内とすることで、パーティク
ルの発生を防止できると推定している。

【０１３４】

【発明の効果】本発明のセラミックヒータによれば、セ
ラミック基板に貫通孔が、３個以上形成されるととも
に、上記セラミック基板の中心から外縁までの距離に対
して、上記中心から１／２以上の距離となる領域に形成
されているため、貫通孔に挿通されるリフターピンもセ
ラミック基板の外周部分に存在し、中心部分に集中せ
ず、リフターピンに支持される半導体ウエハ等が不安定
にならない。また、セラミック基板の熱容量の差が小さ
く、昇温時の温度のばらつきが小さく、半導体ウエハ等
を均一に加熱することができる。さらに、パーティクル
の発生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】本発明のセラミックヒータの他の一例を模式的
に示す底面図である。

【図４】図３に示したセラミックヒータの部分拡大断面
図である。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は、図１に示したセラミックヒ
ータの製造工程の一部を模式的に示す断面図である。

【図６】（ａ）〜（ｄ）は、図３に示したセラミックヒ
ータの製造工程の一部を模式的に示す断面図である。

【図７】昇温時の温度差と貫通孔の位置との関係を示す
グラフである。

【図８】パーティクルの数と貫通孔の位置との関係を示
すグラフである。

【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１２０導体ペースト層１３０充填層１３、２３外部端子１３ａスルーホール１３ｂ袋孔１４、２４有底孔１５、２５貫通孔１６、２６リフターピン２２０金属被覆層３９半導体ウエハ５０グリーンシート

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｎ５Ｆ０３１ 21/68 Ｈ０５Ｂ 3/10 Ｃ５Ｆ０４５Ｈ０５Ｂ 3/10 3/18 ５Ｆ１０３ 3/18 3/20 ３９３ 3/20 ３９３Ｈ０１Ｌ 21/302 ＢＦターム(参考） 3K034 AA04 AA10 AA16 AA21 BA06 BB06 HA04 HA10 JA10 3K092 PP20 QA05 RF03 RF11 RF17 RF27 VV09 4K030 CA04 CA12 FA10 GA02 GA12 KA23 KA46 LA15 4M106 CA60 DH02 DJ05 5F004 BB18 BB26 BD04 5F031 CA02 CA05 HA02 HA37 JA01 JA46 MA29 NA05 PA26 PA30 5F045 EK09 EM02 EM06 5F103 BB42

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円板形状のセラミック基板の表面または
内部に発熱体が形成され、前記セラミック基板に、リフ
ターピンを挿通するための貫通孔が設けられたセラミッ
クヒータであって、前記貫通孔は、３個以上形成される
とともに、前記セラミック基板の中心から外縁までの距
離に対して、前記中心から１／２以上の距離となる領域
に形成されていることを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】前記貫通孔は、前記セラミック基板と同
心円の関係となる一つの円周上に、略等間隔に形成され
ている請求項１に記載のセラミックヒータ。