JP2002319476A

JP2002319476A - セラミックヒータ

Info

Publication number: JP2002319476A
Application number: JP2001123271A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Ito; 康隆伊藤; Keizo Sugimoto; 圭三杉本
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2002-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】腐食性ガスに対して優れた耐蝕性を有するセ
ラミックヒータを提供すること。【解決手段】セラミック基板の内部に抵抗発熱体、お
よび、前記抵抗発熱体と電気的に接続する導電体が形成
されたセラミックヒータであって、前記抵抗発熱体およ
び前記導電体は、露出することなく、セラミック基板の
内部に埋設され、前記抵抗発熱体または前記導電体の周
囲には、コイルが包巻形成されてなることを特徴とする
セラミックヒータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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セラミッ
クヒータに関し、特には、半導体製造、検査用セラミッ
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等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った。

【０００３】また、半導体製造・検査用装置では、デポ
ジション用ガス、エッチング用ガス、クリーニング用ガ
スとして塩素系ガス、フッ素系ガス等の腐食性ガスが使
用されるが、このようなヒータは、金属製であるため、
耐食性が悪く、腐食性ガスによって腐食されてしまうと
いう問題もあった。

【０００４】そこで、最近では、窒化アルミニウム等の
セラミック製基板に抵抗発熱体が形成されたセラミック
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、さらに、腐食性ガス
に対する耐食性も良好である。

【０００５】通常、このようなセラミックヒータにおい
て、抵抗発熱体の端部には、コバール等の金属材料を用
いた外部端子が設けられており、該外部端子と電源と
が、リード線等によって接続されることによって、抵抗
発熱体に電力が供給される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、金属製の外
部端子では、腐食性ガスに対する耐食性が悪く、腐食性
ガスによって外部端子が腐食され、脱落してしまうとい
った問題が発生した。また、上記外部端子は、非常に高
温となるため、耐食性樹脂等により被覆することも困難
であった。また、リード線についても同様で、腐食性ガ
スによって腐食されてしまうというおそれがあった。

【０００７】これに対し、特願平３−３０１８９７号公
報等において、セラミック基板の底面に、外部端子やリ
ード線等を格納するセラミック製の管状部材が接合され
たセラミックヒータが開示されている。このような構成
のセラミックヒータであれば、腐食性ガスが外部端子や
リード線等に触れることがないため、外部端子やリード
線が腐食されることがない。

【０００８】しかしながら、上述のような構成のセラミ
ックヒータでは、セラミック基板と、セラミック製の管
状部材を接合しなければならないが、このようなセラミ
ック同士を強固に接合することは困難であり、例えば、
酸化物系ガラスで接合すると、接合部分の機械的強度に
乏しく、また熱応力や熱疲労等によって、接合部分にク
ラック等が発生し、腐食性ガスが管状部材内に入り込ん
でしまい、その結果、外部端子やリード線等が腐食され
てしまうという問題が発生した。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述した問題点に鑑み、優れた耐食性を有し、腐食性ガ
ス等の雰囲気下においても、外部端子やリード線が、腐
食されることがないセラミックヒータを得るために鋭意
研究を行った結果、セラミック基板を、抵抗発熱体が形
成されたヒータ部と、コイルが包巻され、その内部に導
電体が設けられた起電部と、上記ヒータ部と上記起電部
とを結合させる結合部とから構成するとともに、上記抵
抗発熱体および上記導電体を、上記結合部内を介して接
続して閉回路とし、上記コイルに電力を供給することに
より生じる磁場の変化によって、上記閉回路に電流を発
生させれば、外部端子およびリード線を設けることなく
抵抗発熱体に電力を供給することができるため、上記セ
ラミック基板の表面（外部）に露出する金属部分がなく
なり、腐食性ガス等によって腐食されることがないこと
を見出し、本発明を完成させるに至った。

【００１０】すなわち、本発明のセラミックヒータは、
セラミック基板の内部に抵抗発熱体、および、上記抵抗
発熱体と電気的に接続する導電体が形成されたセラミッ
クヒータであって、上記抵抗発熱体および上記導電体
は、露出することなく、セラミック基板の内部に埋設さ
れ、上記抵抗発熱体または上記導電体の周囲には、コイ
ルが包巻形成されてなることを特徴とするセラミックヒ
ータである。

【００１１】本発明のセラミックヒータによれば、外部
端子およびリード線を設けることなく抵抗発熱体に電力
を供給することができるため、腐食性ガスにより腐食さ
れるおそれのあるセラミック基板の表面（外部）に露出
する金属部分がなくなる。従って、本発明のセラミック
ヒータは優れた耐食性を有し、腐食性ガス等の雰囲気下
において好適に用いることができる。

【００１２】また、上記コイルは、上記抵抗発熱体また
は上記導電体の近傍のセラミック基板表面に形成されて
なることが望ましい。

【００１３】さらに、上記コイルには、交流電圧または
パルス電圧が印加されることが望ましい。直流電圧であ
っても、断続的に印加するように制御を行い、磁場の変
化を生じさせて、電流を発生させることは可能である
が、交流電圧であれば、上述のような制御を行うことな
く、容易に磁場の変化を生じさせることが可能となるか
らである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明のセラミックヒータは、セ
ラミック基板の内部に抵抗発熱体、および、上記抵抗発
熱体と電気的に接続する導電体が形成されたセラミック
ヒータであって、上記抵抗発熱体および上記導電体は、
露出することなく、セラミック基板の内部に埋設され、
上記抵抗発熱体または上記導電体の周囲には、コイルが
包巻形成されてなることを特徴とする。

【００１５】図１は、本発明のセラミックヒータを模式
的に示す平面図であり、図２は、図１のセラミックヒー
タをを模式的に示す断面図である。図１に示したよう
に、セラミックヒータ１０は、ヒータ部１１ａ、起電部
１１ｂ、および、結合部１１ｃが、一体的に形成された
セラミック基板１１から構成されている。ヒータ部１１
ａは、円板形状であり、その内部には、２つの回路から
なる抵抗発熱体１２（１２ａ、１２ｂ）が形成されてい
る。抵抗発熱体１２は、ヒータ部１１ａを均一に加熱す
るため、同心円の一部を描く円弧の繰り返しパターンか
らなる抵抗発熱体１２ａと抵抗発熱体１２ｂとが、対向
して設けられている。そして、抵抗発熱体１２ａ、１２
ｂの端部は、それぞれ結合部１１ｃ内に延設されてい
る。

【００１６】起電部１１ｂは、平面視円環形状であり、
ヒータ部１１ａの外周に形成されている。また、その内
部に導電体１３（１３ａ、１３ｂ）が設けられ、導電体
１３の端部は、結合部１１ｃ内に延設されている。

【００１７】結合部１１ｃは、図１に示すように、ヒー
タ部１１ａと起電部１１ｂとの間に、２個形成されてお
り、各結合部に、抵抗発熱体１２と導電体１３の端部が
設けられている。そして、結合部１１ｃ内において、抵
抗発熱体１２ａおよび導電体１３ａの端部が接続され、
閉回路が構成されている。抵抗発熱体１２ｂおよび導電
体１３ｂも同様に接続されることにより、閉回路が構成
されている。従って、セラミックヒータ１０には、抵抗
発熱体１２ａと導電体１３ａとからなる閉回路、およ
び、抵抗発熱体１２ｂと導電体１３ａとからなる閉回路
の２つの閉回路が構成されている。なお、本発明のセラ
ミックヒータにおいて、結合部の個数は、２個に限定さ
れるものではなく、例えば、４個であってもよく、６個
であってもよい。

【００１８】また、起電部１１ｂには、コイル１４（１
４ａ、１４ｂ）が包巻されており、コイル１４には、電
力を供給する電源が接続されている。コイル１４は、起
電部１１ｂにおいて、結合部１１ｃと接していない箇所
に包巻されるが、図１に示すように、起電部１１ｂの一
部に包巻されていてもよく、起電部１１ｂの略全体に包
巻されていてもよい。そして、コイル１４ａに電力を供
給し、コイル１４ａの周囲に磁場の変化を生じさせるこ
とにより、上記閉回路において、導電体１３ａに電流が
発生する。その電流が抵抗発熱体１２ａに供給されるこ
とによって、抵抗発熱体１２ａが発熱する。これは、抵
抗発熱体１２ｂと導電体１３ａとからなる閉回路、およ
び、コイル１４ｂについても同様である。なお、図１で
は、コイル１４ａ、１４ｂに、別々の電源が接続されて
いるが、同一の電源が接続されていてもよい。

【００１９】そして、セラミックヒータ１０が使用され
る際には、図２に示すように、その表面（外部）に金属
部分が全く形成されていないヒータ部１１ａのみが、容
器１６内に格納され、腐食性ガス等に曝されることにな
る。従って、起電部１１ｂは、腐食性ガス等に曝される
ことがないため、起電部１１ｂに包巻されたコイル１４
が腐食されるおそれはない。

【００２０】起電部１１ｂは、その内部に導電体１３が
形成されているため、内部に抵抗発熱体１２が形成され
たヒータ部１１ａと異なり、高温になりにくい。従っ
て、コイル１４を耐食性樹脂等によって被覆し、より耐
食性を向上させることも可能である。また、起電部１１
ｂに、水冷手段等を設け、冷却することによって、起電
部１１ｂが高温となることを防止することも可能であ
る。

【００２１】また、必要に応じて、ヒータ部１１ａの底
面には、ヒータ部１１ａの温度を測定するため、測温素
子（図示せず）を挿入する有底孔（図示せず）が形成さ
れていてもよい。このとき、予め測温素子をセラミック
製の保護管等に挿入しておくことによって、腐食性ガス
等による腐食を防止することが可能である。なお、ヒー
タ部１１ａの温度は、サーモビュア等を用いて測定する
ことも可能である。サーモビュア等であれば、セラミッ
クヒータ１０と非接触に、かつ、遠隔からヒータ部１１
ａの温度を測定することが可能となるため、測温素子を
設けなくてもよい。さらに、ヒータ部１１ａには、必要
に応じて、半導体ウエハ２９の運搬等を行うリフターピ
ン（図示せず）を挿通するための貫通孔（図示せず）が
形成されてもよい。

【００２２】図１、２では、コイル１４が起電部１１ｂ
に包巻されているが、コイルに代えて、起電部に導体層
を形成し、上記導体層を絶縁性被覆体によって被覆して
もよい。

【００２３】図３は、このような導体層が絶縁性被覆体
によって被覆された起電部を有するセラミックヒータを
模式的に示す平面図であり、図４は、その断面図であ
る。図３に示したように、セラミックヒータ３０は、セ
ラミックヒータ１０と同様に、ヒータ部３１ａ、起電部
３１ｂ、および、結合部３１ｃが、一体的に形成された
セラミック基板３０から構成されている。ヒータ部３１
ａは、円板形状であり、その内部には、４つの回路から
なる抵抗発熱体３２（３２ａ〜３２ｄ）が形成されてい
る。抵抗発熱体３２は、ヒータ部３１ａを均一に加熱す
るため、同心円の一部を描く円弧の繰り返しパターンか
らなる抵抗発熱体３２ａ〜３２ｄが隣り合うように配置
されている。そして、抵抗発熱体３２ａ〜３２ｄの端部
は、それぞれ結合部３１ｃ内に延設されている。

【００２４】起電部３１ｂは、平面視円環形状であり、
ヒータ部３１ａの外周に形成されている。また、その内
部に導電体３３（３３ａ〜３３ｄ）が設けられ、導電体
３３の端部は、結合部３１ｃ内に延設されている。

【００２５】結合部３１ｃは、ヒータ部３１ａと起電部
３１ｂとの間に、等間隔に４個形成されており、各結合
部に、抵抗発熱体３２と導電体３３の端部が設けられて
いる。そして、結合部３１ｃ内において、抵抗発熱体３
２ａおよび導電体３３ａの端部が接続され、閉回路が構
成されている。抵抗発熱体３２ｂ〜３２ｄおよび導電体
３３ｂ〜３３ｄも同様に接続されることにより、閉回路
が構成されている。従って、セラミックヒータ３０に
は、４つの閉回路が構成されている。

【００２６】また、起電部３１ｂにおいて、結合部３１
ｃと接していない箇所には、コイルに代えて、導体層３
４（３４ａ〜３４ｄ）が螺旋状に形成されており、導体
層３４の端部には、端子３７を介して、電力を供給する
電源が接続されている。そして、導体層３４ａに電力を
供給し、導体層３４ａの周囲に磁場の変化を生じさせる
ことにより、上記閉回路において、導電体３３ａに電流
が発生する。その電流が抵抗発熱体３２ａに供給される
ことによって、抵抗発熱体３２ａが発熱する。他の３つ
の閉回路についても同様で、導体層３４に電力を供給
し、磁場の変化を生じさせることにより、閉回路に電流
を発生させ、抵抗発熱体３２を発熱させる。なお、図３
では、導体層３４ａ〜３４ｄに、別々の電源が接続され
ているが、同一の電源が接続されていてもよい。

【００２７】さらに、起電部３１ｂには、導体層３４ａ
〜３４ｄを覆うように、絶縁性被覆体３５が形成されて
いる。また、端子３７は、コイルとなる導体層３４に接
続されており、高温にならないので、耐食性樹脂等を用
いて被覆することが可能である。従って、セラミックヒ
ータ３０は、金属部分が全く表面（外部）に露出するこ
とがないので、図２に示したような容器等を用いて、ヒ
ータ部のみ覆うことなく、腐食性ガス雰囲気下で使用す
ることができる。また、起電部３１ｂに、水冷手段等を
設け、冷却することによって、起電部３１ｂが高温とな
ることを防止することも可能である。

【００２８】また、必要に応じて、ヒータ部３１ａの底
面には、ヒータ部３１ａの温度を測定するため、測温素
子（図示せず）を挿入する有底孔（図示せず）が形成さ
れていてもよい。このとき、予め測温素子をセラミック
製の保護管等に挿入しておくことによって、腐食性ガス
等による腐食を防止することが可能である。なお、ヒー
タ部３１ａの温度は、サーモビュア等を用いて測定する
ことも可能である。サーモビュア等であれば、セラミッ
クヒータ３０と非接触に、かつ、遠隔からヒータ部３１
ａの温度を測定することが可能となるため、測温素子を
設けなくてもよい。さらに、ヒータ部３１ａには、半導
体ウエハ２９の運搬等を行うリフターピン（図示せず）
を挿通するための貫通孔（図示せず）が形成されていて
もよい。

【００２９】本発明のセラミックヒータを構成するセラ
ミック基板は、その内部に抵抗発熱体が形成されている
円板形状のヒータ部と、該ヒータ部の外周に形成される
とともに、コイルが包巻され、その内部に導電体が設け
られた円環形状の起電部と、上記ヒータ部と上記起電部
とを結合させる結合部とからなり、これらが一体的に形
成されている。

【００３０】上記セラミック基板の厚さ、すなわち、上
記ヒータ部、上記起電部および上記結合部の厚さは、２
５ｍｍ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。

【００３１】上記ヒータ部、上記起電部および上記結合
部は、一体的に形成されるが、その厚さは、全て等しい
ことが望ましい。また、上記ヒータ部、上記起電部およ
び上記結合部の上面は、水平であることが望ましく、そ
れらの底面についても、水平であることが望ましい。上
記セラミック基板の加工が容易になるからである。

【００３２】上記ヒータ部は円板形状であるが、その直
径は１９０ｍｍを超えるものが望ましい。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。なお、上
記ヒータ部の直径は、１２インチ（３００ｍｍ）以上で
あることがより望ましい。次世代の半導体ウエハの主流
となるからである。

【００３３】また、被加熱物である半導体ウエハ等に、
ヒータ部加熱面の温度分布の影響による温度のばらつき
が発生しないように、半導体ウエハを上記ヒータ部の加
熱面と一定距離離間して保持するため、上記ヒータ部に
は、半導体ウエハを支持する支持ピン、および、支持ピ
ンを設ける凹部が形成されていてもよい。なお、凹部に
代えて、貫通孔を形成し、支持ピンを挿入し、固定する
ことも可能である。

【００３４】上記支持ピンがヒータ部の加熱面から突出
する高さは、５〜５０００μｍであること、すなわち、
半導体ウエハをヒータ部の加熱面から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、ヒータ部の温度分布の影響をうけて半導体ウエハの
温度が不均一になり、５０００μｍを超えると、半導体
ウエハの温度が上昇しにくくなり、特に、半導体ウエハ
の外周部分の温度が低くなってしまうからである。半導
体ウエハとヒータ部の加熱面とは５〜５００μｍ離間す
ることがより望ましく、２０〜２００μｍ離間すること
が更に望ましい。

【００３５】上記ヒータ部の外周には、平面視円環形状
の起電部が設けられているが、上記起電部の内径は、上
記ヒータ部の直径より、５〜１００ｍｍ大きいことが望
ましい。５ｍｍ未満であると、ヒータ部と起電部との距
離が狭くすぎるため、製造時において、起電部に対する
コイルの包巻や、導体層の形成等が困難となり、また、
使用時において、ヒータ部のみを容器で覆うことが困難
となる。一方、１００ｍｍを超えると、必要以上にヒー
タ部と起電部とが離れて、結合部が長くなって、機械的
強度が低下してしまい、結合部に割れ等が生じるおそれ
がある。

【００３６】また、上記起電部の幅、すなわち、上記起
電部の外径と内径との差を２で除した値は、２．５ｍｍ
以上であることが望ましい。２．５ｍｍ未満であると、
起電部の幅が薄過ぎるため、起電部の機械的強度が低下
し、衝撃等により、起電部に割れや欠け等が生じるおそ
れがある。なお、起電部には、水冷手段等を設け、冷却
することによって、起電部が高温となることを防止する
ことができる。その結果、起電部に包巻されるコイルが
高温にならないため、耐食性樹脂等を用いて被覆するこ
とが可能となる。

【００３７】上記結合部は、図１に示すセラミック基板
１１では、２個形成されており、図３に示すセラミック
基板３１では、４個形成されているが、結合部の個数は
特に限定されるものではない。セラミック基板内に構成
される閉回路の回路数等に応じて、結合部の個数を選択
することができる。

【００３８】上記結合部の幅は、２ｍｍ以上であること
が望ましい。２ｍｍ未満であると、結合部の機械的強度
が低下し、結合部に割れ等が生じるおそれがあるからで
ある。

【００３９】また、本発明のセラミックヒータは、図２
に示すように、ヒータ部１１ａのみが容器１６によって
格納されていることが望ましい。セラミックヒータ１０
を使用する際には、ヒータ部１１ａの加熱面に半導体ウ
エハ２９を載置し、半導体ウエハ２９に塩素系ガス、フ
ッ素系ガス等の腐食性ガスを接触させた状態で加熱し
て、種々の処理を行う。従って、ヒータ部１１ａのみが
容器１６によって格納されていると、容器１６内にある
ヒータ部１１ａのみが、腐食性ガスに曝されるため、コ
イル１４が包巻された起電部１１ｂは、上記腐食性ガス
と接触することがない。従って，コイル１４が腐食され
るおそれがない。

【００４０】上記容器としては、その材料および構成と
もに、特に限定されるものではなく、半導体ウエハに行
う処理や該処理に用いられるガス等に応じて、適宜選択
することが可能である。ただし、起電部に包巻されたコ
イルから生じる磁場が、ヒータ部に形成された抵抗発熱
体に接することがないように、上記容器は、例えば、ア
ルミニウム、ステンレス、ＳｉＣ等の導電体で形成され
ていることが望ましい。上記磁場が、上記抵抗発熱体に
接すると、抵抗発熱体を流れる電流の電流密度が変化
し、上記抵抗発熱体の発熱量が、場所によって変化して
しまい、ヒータ部の加熱面に温度のばらつきが発生する
おそれがあるからである。

【００４１】本発明のセラミックヒータにおいて、セラ
ミック基板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。

【００４２】なお、ヒータ部、起電部および結合部は、
一体的に形成されるため、同一の組成からなるセラミッ
クによって形成されていることが望ましい。ヒータ部、
起電部および結合部に、それぞれ異なるセラミックを用
いると、それらの熱膨張率等の違いに起因して、境界に
熱応力等が集中してしまい、クラック等が発生するおそ
れがあるからである。

【００４３】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。

【００４４】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。
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。

【００４５】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。上記焼結助剤としては、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、Ｌｉ₂ 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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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（ヒータ部）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。

【００４９】また、上記セラミック基板は、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。セラミック基板の内部に形成された導
電体および抵抗発熱体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。

【００５０】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。

【００５１】上記ヒータ部に形成される抵抗発熱体のパ
ターンについては、上記抵抗発熱体の端部が結合部まで
延設されていれば、図１および図３に示した円弧の繰り
返しパターンに限らず、例えば、同心円形状のパター
ン、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等を用いることができる。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。

【００５２】なお、上記抵抗発熱体は、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、半導体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。

【００５３】抵抗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
どこかの層に抵抗発熱体が形成され、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。

【００５４】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、ヒータ部全体に拡散し、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。

【００５５】上記抵抗発熱体の厚さは、１〜５０μｍが
好ましい。また、上記抵抗発熱体の幅は、５０〜２００
００μｍが好ましい。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。

【００５６】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く、２００〜５０００であるこ
とがより望ましい。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。

【００５７】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。

【００５８】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
路に分割されていることが望ましいが、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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。なお、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。

【００６２】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。

【００６３】また、抵抗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抵
抗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。

【００６４】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が大
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。

【００６５】また、セラミック基板において、起電部の
内部に形成される導電体は、その端部が、結合部内で、
上記抵抗発熱体の端部と接続されていれば、図１に示す
ように、起電部の任意の箇所において、１本のみとなる
ように形成されていてもよく、複数本が並行となるよう
に形成されていてもよい。ヒータ部に形成される抵抗発
熱体の回路数に応じて選択することが可能である。

【００６６】上記導電体としては、例えば、金属または
導電性セラミックの焼結体、金属線等が挙げることがで
きる。金属焼結体としては、タングステン、モリブデン
から選ばれる少なくとも１種からなるものを用いること
ができる。金属線としては、例えば、タングステン線、
モリブデン線等を用いることができる。これらの金属は
比較的酸化しにくく、充分な導電性を有するからであ
る。また、導電性セラミックとしては、タングステン、
モリブデンの炭化物から選ばれる少なくとも１種やカー
ボン（グラファイト）を使用することができる。

【００６７】また、上記導電体としてニッケル等の強磁
性体を用いることも可能である。上記強磁性体は、磁化
されて磁場が発生するため、コイルにより生じる磁場と
重なってより強い磁場が生じ、磁場の変化（磁束の増
減）が大きくなる。従って、コイルに所定の電力を供給
した際、上記導電体により大きな電流が流れ、抵抗発熱
体を効率よく発熱させることが可能となる。

【００６８】上記導電体の面積抵抗率は、２００ｍΩ／
□以下であることが望ましい。面積抵抗率が２００ｍΩ
／□を超えると、抵抗が大きいため、導電体において電
流が流れにくくなり、抵抗発熱体に、発熱に必要な電流
を供給することが困難となるからである。なお、本発明
のセラミックヒータにおいて、コイルに交流電圧が印加
される場合、上述した抵抗発熱体と導電体からなる回路
は、必ずしも閉回路である必要はない。上記コイルに交
流電圧が印加される場合、閉回路でなくても、電流が発
生するからである。

【００６９】また、上記起電部に包巻されたコイル一本
あたりの長さは、１０ｍｍ以上であることが望ましく、
上記コイルの断面積は、６ｍｍ² 以上であることが望ま
しく、単位長さあたりの上記コイルの巻数は、２回／ｍ
ｍ以上であることが望ましい。これらの条件を満たすコ
イルであれば、抵抗発熱体を発熱させるために必要な電
圧を発生させる磁場の変化（磁束の増減）を得ることが
できるからである。

【００７０】また、上記コイルに用いる材料としては、
導電性を有していれば、特に限定されず、銅等の金属線
を用いることができる。なお、上記コイルは、耐食性樹
脂により被覆されていてもよい。そのような耐食性樹脂
として、例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＥ等を挙げることがで
きる。

【００７１】なお、図３に示すように、起電部には、上
記コイルに代えて、導体層が螺旋状に形成されるととも
に、上記導体層を覆うように、絶縁性被覆体が形成され
ていることが望ましい。上記導体層は絶縁性被覆体に覆
われているため、比較的高温であり、かつ、腐食性ガス
雰囲気下においても、コイルとなる導体層が腐食される
おそれがない。従って、図２に示したような容器等を設
けて、ヒータ部のみを格納することなく、セラミックヒ
ータを使用することができる。

【００７２】上記導体層としては、導電性を有していれ
ば、特に限定されるものではないが、上述した導電体と
同様のものを用いることが可能である。

【００７３】また、上記導体層を被覆する絶縁性被覆体
としては、例えば、酸化物系ガラス材料を用いることが
できる。該酸化物系ガラス材料は、素材自体が高い電気
絶縁性を有し、起電部（セラミック基板）および導体層
に対する密着強度が大きく、化学的に安定であるので、
起電部（セラミック基板）との安定な界面および導体層
との安定な界面を構成することができる。

【００７４】その具体的な組成の例としては、例えば、
ＺｎＯを主成分とするＺｎＯ−Ｂ₂ Ｏ ₃ −ＳｉＯ₂ 、Ｐ
ｂＯを主成分とするＰｂＯ−ＳｉＯ₂ 、ＰｂＯ−Ｂ₂ Ｏ
₃ −ＳｉＯ₂ 、ＰｂＯ−ＺｎＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ 等を挙げるこ
とができる。これらの酸化物系ガラス材料は、結晶性の
部分が存在してもよい。これらガラス材料のガラス転移
点は、４００〜７００℃であり、熱膨張係数が４〜９ｐ
ｐｍ／℃である。さらに、上記導体層を被覆する絶縁性
被覆体としては、このような酸化物系ガラス材料のほか
に、酸化物系セラミックとして、アルミナが挙げられ
る。

【００７５】このような酸化物系ガラス材料等からなる
絶縁性被覆体を形成する方法としては、上記酸化物ガラ
ス粉末を含むペーストを起電部表面にスクリーン印刷等
により塗布し、乾燥、焼成を行うことにより絶縁性被覆
体を形成する方法を挙げることができる。この場合、上
記導体層と電源とを接続する端子を形成する部分には、
絶縁性被覆体を形成しないように、加熱の際に比較的簡
単に分解する樹脂等からなる層を形成しておく必要があ
る。

【００７６】なお、上述のように、上記導体層と電源と
は、端子を介して接続されることになるが、上記導体層
は、抵抗発熱体と比較すると発熱量が少なく、低温であ
るため、上記端子は、ＰＴＦＥ等の耐食性樹脂を用いて
被覆することが可能である。従って、起電部にコイルと
なる導体層を形成したセラミックヒータは、ヒータ部に
加えて、起電部においても、表面（外部）に露出する金
属部分がなくなるため、腐食性ガス雰囲気下において好
適に用いることができる。

【００７７】さらに、上記コイルおよび上記導体層に
は、交流電圧が印加されることが望ましい。直流電圧で
あっても、断続的に印加するように制御を行い、磁場の
変化を生じさせて、電流を発生させることは可能である
が、交流電圧であれば、上述のような制御を行うことな
く、容易に磁場の変化を生じさせることが可能となるか
らである。

【００７８】また、本発明のセラミックヒータを構成す
るセラミック基板において、ヒータ部の温度を測定する
ため、該ヒータ部には、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
孔の底を抵抗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を挿入しておくこ
とができる。なお、測温素子は、セラミック製の保護管
等に挿入し、上記測温素子を腐食性ガスから隔離するこ
とにより、測温素子の腐食を防止することができる。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】上記測温素子を腐食性ガス等から隔離する
保護管としては、セラミック製のものを用いることがで
き、そのようなセラミックとして、例えば、アルミナ、
ＡｌＮ等を挙げることができる。

【００８２】さらに、上記保護管と有底孔との隙間を、
耐熱性樹脂等で封止して、上記保護管を固定することが
できる。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。

【００８３】なお、ヒータ部３１ａの温度は、サーモビ
ュア等を用いて測定することも可能である。サーモビュ
ア等であれば、セラミックヒータ３０と非接触に、か
つ、遠隔からヒータ部３１ａの温度を測定することが可
能となるため、測温素子を設けなくてもよい。

【００８４】次に、本発明のセラミックヒータ３０の製
造方法を図５（ａ）〜（ｄ）に示した断面図に基づき説
明する。

【００８５】(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。

【００８６】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。
なお、グリーンシート７０には、貫通孔となる部分に貫
通孔を形成しておくことも可能である。

【００８７】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Ａ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Ａ層７２を得
る。導体ペーストＡ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。

【００８８】さらに、グリーンシート７０上に導電体と
なる導体ペーストＢを印刷し、導体ペーストＢ層７３を
得る。このとき、抵抗発熱体３２と導電体３３とが閉回
路を形成するように、導体ペーストＡ層７２および導体
ペーストＢ層７３の端部を接続する。導体ペーストＢ
は、導電性セラミック、金属粒子などを含む粘度の高い
流動物であり、導体ペーストＡと同様の組成のものを用
いることが可能であるが、体積抵抗率が小さくなるよう
な材料を用いることが好ましく、また、抵抗値を低下さ
せるため、抵抗発熱体となる導体ペーストＡ層７２に比
べて断面積が大きくなるように導体ペーストＢ層７３を
形成することが望ましい。

【００８９】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。

【００９０】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。なお、導体ペースト
Ｂに代えて、ニッケル等の強磁性体からなる金属線を用
いることも可能である。

【００９１】(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、導体ペーストＡ層７２
および導体ペーストＢ層７３を有するグリーンシート７
０と、導体ペーストＡ層７２および導体ペーストＢ層７
３を有さないグリーンシート７０とを積層する。

【００９２】(3) 積層体の焼成次に、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、グリーンシート中のセラ
ミック粉末、導体ペーストＡおよび導体ペーストＢ中の
金属粒子を焼結させる。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、抵抗発熱体３２、導電体３３等
が形成される。さらに、得られた焼結体において、ヒー
タ部３１ａとなる部分に、半導体ウエハをヒータ部と離
間した状態で載置するための支持ピンを挿入し、該支持
ピンを固定するための凹部を形成することも可能であ
る。

【００９３】(4) ヒータ部、起電部および結合部の形成得られた焼結体に、表面研磨を実施した後、ＳｉＣ粒子
等を用いたブラスト処理や、ドリル加工等に行い、ヒー
タ部３１ａ、起電部３１ｂおよび結合部３１ｃからなる
セラミック基板３１を形成する（図５（ｂ）参照）。グ
リーンシートを積層して積層体とした後、焼成の前にパ
ンチング等の打ち抜き処理をして、ヒータ部３１ａ、起
電部３１ｂおよび結合部３１ｃとなる部分を形成してお
いてもよい。

【００９４】(5) 導体層の形成次に、起電部３１ｂの表面に、コイルとなる螺旋状の導
体層３４を形成する。導体層３４は、導体ペーストＢと
同様の組成のものを印刷、焼結することにより形成する
ことがことができる。また、スパッタリング等によって
も形成することが可能である（図５（ｃ）参照）。

【００９５】(6) 絶縁性被覆体の形成導体層３４を被覆するために、起電部３１ｂの表面に更
に、絶縁性被覆体３５を形成する。絶縁性被覆体３５
は、スクリーン印刷等を用いて、酸化物系ガラス材料を
起電部３１ｂの表面全体に塗布し、乾燥、焼成すること
によって形成することができる。導体層３４と電源（図
示せず）とを接続する端子３７を形成する部分には、絶
縁性被覆体３５を形成しないように、加熱の際に比較的
簡単に分解する樹脂層を形成しておく（図５（ｄ）参
照）。

【００９６】(7) 端子等の接続次に、導体層３４と電源とを接続するための端子３７
を、半田等を用いて、導体層３４の端部に取り付ける
（図５（ｅ）参照）。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。

【００９７】さらに、ヒータ部３１ａの上面に凹部を形
成している場合、該凹部に、支持ピンを嵌め込み、ヒー
タ部３１ａの底面に有底孔を形成している場合、該有底
孔に、セラミック製の保護管に覆われた熱電対等の測温
素子を挿入する。

【００９８】また、必要に応じて、ヒータ部３１ａを格
納するための容器（図２参照）を設けてもよい。そし
て、端子３７と電源とをリード線等を用いて、接続する
ことにより、セラミックヒータ３０の製造を完了する。
なお、上記電源は、交流電圧を印加することができるも
のであることが望ましい。

【００９９】

【実施例】以下、本発明をさらに詳細に説明する。

【０１００】（実施例１）セラミックヒータ（図３、４
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って厚さ０．
４７ｍｍのグリーンシート７０を得た。 (2) 次に、このグリーンシート７０を８０℃で５時間乾
燥させた。

【０１０１】(3) 平均粒子径１μｍのタングステンカー
バイド粒子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。

【０１０２】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。

【０１０３】上記導体ペースト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３２となる導体ペー
ストＡ層７２を形成した。印刷パターンは、図３に示し
たような円弧の繰り返しパターンであった。また、上記
導体ペーストＢをグリーンシートにスクリーン印刷で印
刷し、導体層３４となる導体ペーストＢ層７３を形成し
た。このとき、導体ペーストＡ層７２および導体ペース
トＢ層７３の端部を接続し、抵抗発熱体３２と導電体３
３とが閉回路を形成するようにした。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）。

【０１０４】(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３４
０ｍｍの円板状に切り出し、内部に、厚さ６μｍ、幅１
０ｍｍの抵抗発熱体３２、および、厚さ０．０２ｍｍ、
幅５ｍｍの導電体を有する円板形状の窒化アルミニウム
板状体とした。

【０１０５】(5) さらに、得られた板状体の表面を研磨
した後、マスクを載置し、ＳｉＣ等によるブラスト処理
を行い、ヒータ部３１ａ、起電部３１ｂおよび結合部３
１ｃからなるセラミック基板３１を形成した（図５
（ｂ）参照）。セラミック基板３１において、ヒータ部
３１ａの直径は３１０ｍｍであった。また、起電部３１
ｂの内径は３２０ｍｍであり、その幅は１０ｍｍであっ
た。さらに、結合部３１ｃは等間隔に４個形成し、その
幅は１０ｍｍであった。

【０１０６】(6) 次に、起電部３１ｂの表面に、コイル
となる導体層３４を形成した。すなわち、Ａｇペースト
を、螺旋状となるように起電部３１ｂの表面に印刷し、
焼成することによって導体層３４をを形成した。また、
図３に示すように、導体層３４は、各結合部３１ｃ間
に、計４箇所形成した。なお、導体層３４の幅は０．３
ｍｍであり、その厚さは０．０２ｍｍであった。また、
導体層３４からなるコイルについて、コイル一本あたり
の長さは、１０ｍｍであり、上記コイルの断面積は、８
ｍｍ² であり、単位長さあたりの上記コイルの巻数は、
２回／ｍｍであった。

【０１０７】(7) この後、導体層３４を被覆するため、
起電部３１ｂの表面に、アルミナからなる絶縁性被覆体
３５を形成した。まず、アルミナ８７重量部に、ビヒク
ル３重量部、溶剤１０重量部を添加してペースト状混合
物を調製した。

【０１０８】次に、このペースト状混合物を起電部３１
ｂの表面を覆うように印刷し、ペースト状混合物の層を
形成した。この後、このペースト状混合物を、１２０℃
で乾燥、固着させ、空気雰囲気中、６８０℃、１０分間
の条件で加熱することにより、起電部３１ｂの表面およ
び導体層３３に融着させ、絶縁性被覆体３５を形成し
た。このとき、絶縁性被覆体３５の厚さは１０μｍであ
った。但し、導体層３３両端の端子３７接続部分には、
絶縁性被覆体３５を形成しなかった。

【０１０９】(8) 次に、端子３７を取付ける部分に、銀
含有鉛はんだペースト（田中貴金属工業株式会社製）を
印刷してはんだ層を形成し、さらに、このはんだ層の上
にコバール製の端子３７を載置して４２０℃で加熱リフ
ローし、外部端子３７を導体層３４の両端部分に接続、
固定させた。なお、先に導体層３４と端子３７とを接続
し、この後、端子３７が形成された導体層３４の部分を
も被覆するように絶縁性被覆体３５を形成してもよい。

【０１１０】(9) この後、端子３７と電源（図示せず）
とを、耐食性樹脂により被覆されたリード線（図示せ
ず）で接続して、セラミックヒータ３０の製造を完了し
た。なお、ヒータ部３１ａの温度測定および温度制御
は、サーモビュア（日本データム社製ＩＲ−１６２０
１２−００１２）を用いて、ヒータ部３１ａとは非接触
に行うことができるようにした。

【０１１１】（実施例２）セラミックヒータ（図１、２
参照）の製造 (1) 実施例１と同様の方法を用いて、内部に抵抗発熱体
１２および導電体１３が形成されたセラミック基板１１
を製造した。ただし、抵抗発熱体１２および導電体１３
からなる閉回路は２つ形成し、また、結合部１１ｃは、
図１に示すように、ヒータ部１１ａの対向する位置に２
個形成した。

【０１１２】(2) 次に、起電部１１ｂに、アルミナによ
って被覆されたＮｉ製のコイル１４を包巻した。また、
図１に示すように、コイル１４は、結合部１１ｃ間に、
計２個包巻した。なお、コイル１４を形成する導電線の
断面積は０．１ｍｍ² であった。また、コイル一本あた
りの長さは、１０ｍｍであり、上記コイルの断面積は、
８ｍｍ² であり、単位長さあたりの上記コイルの巻数
は、１０回／ｍｍであった。 (3) コイル１４の端部と電源（図示せず）とを接続し
て、セラミックヒータ１０の製造を完了した。そして、
図２に示すように、ヒータ部１１ａを格納するための容
器１６を設けた。なお、容器１６はステンレス製であ
る。なお、ヒータ部１１ａの温度測定および温度制御
は、セラミックヒータ３０と同様で、サーモビュア（日
本データム社製ＩＲ−１６２０１２−００１２）を用
いて、ヒータ部１１ａとは非接触に行うことができるよ
うにした。

【０１１３】（比較例１）セラミックヒータの製造 (1) 実施例１と同様の方法により、厚さ０．４７ｍｍの
グリーンシートを得た。 (2) 次に、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
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貫通孔とな
る部分、抵抗発熱体と、外部端子とを接続するスルーホ
ールとなる部分等である。 (3) 実施例１と同様にして、導体ペーストＡと導体ペー
ストＢとを調整した。

【０１１４】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、抵抗発熱体となる導体ペーストＡ層
を形成した。印刷パターンは、図３に示したように、円
弧の繰り返しパターンとした。また、スルーホールとな
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。

【０１１５】(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の抵抗発熱体を有するセラミック基板とした。な
お、スルーホールの大きさは、直径０．２ｍｍ、深さ
０．２ｍｍであった。

【０１１６】(5) さらに、得られた板状体に、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
のための有底孔を設け、また、ドリル加工により、スル
ーホールの直下に、直径５ｍｍ、深さ０．５ｍｍの袋孔
を形成した。

【０１１７】(6) この袋孔にＷ製のワッシャーを嵌め込
み、ワッシャーの中心孔にリード線を挿入した後、Ｎｉ
−Ａｕ合金（Ａｕ：８１．５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
ャーとリード線とをセラミック基板に固定し、さらに、
上記リード線を電源に接続した。また、測温素子を有底
孔に埋め込んだ。さらに、上記リード線や測温素子から
の配線等を格納する管状部材を、セラミック基板の底面
に接合した。

【０１１８】上記管状部材は、アルミナ製の円管であ
り、内径５ｍｍ、厚さ１．５ｍｍであった。なお、上記
セラミック基板と上記管状部材との接合には、ＰｂＯ３
０重量％、ＳｉＯ₂ ５０重量％、Ｂ₂ Ｏ₃ １５重量％、
Ａｌ₂ Ｏ₃ ３重量％、Ｃｒ₂ Ｏ₃２重量％からなる組成
のガラス粉末８７重量部に、ビヒクル３重量部、溶剤１
０重量部を添加したペースト状混合物を用いた。すなわ
ち、上記ペースト状混合物を、上記セラミック基板と上
記管状部材との接面に塗布し、乾燥、加熱することによ
って、上記セラミック基板と上記管状部材とを融着させ
て、接合した。

【０１１９】（比較例２）セラミックヒータの製造セラミック基板の底面に、管状部材を接合しなかった以
外は、比較例１と同様にしてセラミックヒータを製造し
た。

【０１２０】上記工程を経て得られた実施例１、２、お
よび、比較例１、２に係るセラミックヒータについて、
以下の方法により評価した。なお、実施例１、２、およ
び、比較例１、２に係るセラミックヒータにおいて、コ
イルまたは導体層には、単相、６０Ｈｚ、２００Ｖの交
流電圧を印加した。

【０１２１】評価方法（１）耐食性試験実施例１、２、および、比較例１、２に係るセラミック
ヒータを、腐食性ガスであるＣＦ₄ ガスを１０ｖｏｌ％
含むＣＦ₄ ガス雰囲気下において、１００〜３００℃
で、１０００時間、昇温と降温とを繰り返した後、肉眼
により、腐食の有無等を確認した。なお、ヒータ部１１
ａを格納する容器１６が設けられた実施例２に係るセラ
ミックヒータについては、容器１６内のみにＣＦ₄ ガス
を１０ｖｏｌ％含むＣＦ₄ ガスを充填した。

【０１２２】（２）半導体ウエハの温度の均一性実施例１、２、および、比較例１、２に係るセラミック
ヒータを、３００℃まで昇温した後、上記セラミックヒ
ータにシリコンウエハを載置し、サーモビュア（日本デ
ータム社製ＩＲ−１６−２０１２−００１２）によ
り、シリコンウエハの最高温度と最低温度とを測定し、
その温度差を求めた。これらの結果を表１に示す。

【０１２３】

【表１】

【０１２４】その結果、表１に示すように、実施例１〜
２および比較例１に係るセラミックヒータでは、セラミ
ックヒータや周囲の付属部品（ポルト、バネ等）に腐食
は発生していなかったのに対し、比較例２に係るセラミ
ックヒータでは、外部端子や、測温素子のリード線等の
腐食が激しく、また、腐食の影響によって、外部端子が
３個脱落してしまっていた。

【０１２５】実施例に係るセラミックヒータが、腐食性
ガスによって腐食されることなく、試験開始時の状態と
略同じ状態を維持することができたのは、上記セラミッ
クヒータが、外部端子およびリード線を設けることなく
抵抗発熱体に電力を供給することができるため、腐食性
ガスにより腐食されるおそれのあるセラミック基板の表
面（外部）に露出する金属部分がなくなったためである
と考えられる。

【０１２６】また、実施例１〜２および比較例２に係る
セラミックヒータでは、最高温度と最低温度の温度差は
小さく、温度分布がほとんど発生していなかったのに対
し、比較例１に係るセラミックヒータでは、表１に示し
たように、最高温度と最低温度との温度差が大きくなっ
た。これは、セラミック製の筒状体が接合されているた
め、筒状体の内部に不活性ガスを導入することによる筒
状体内への熱の逃散やセラミック基板と筒状体との接合
部分を介しての熱の逃散に起因して温度分布が発生した
ものと考えられた。

【０１２７】

【発明の効果】本発明のセラミックヒータによれば、外
部端子およびリード線を設けることなく抵抗発熱体に電
力を供給することができるため、腐食性ガスにより腐食
されるおそれのあるセラミック基板の表面（外部）に露
出する金属部分がなくなる。従って、本発明のセラミッ
クヒータは優れた耐食性を有し、腐食性ガス等の雰囲気
下において好適に用いることができる。

【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した平
面図である。

【図２】図１に示したセラミックヒータを模式的に示し
た断面図である。

【図３】本発明のセラミックヒータの他の一例を模式的
に示す平面図である。

【図４】図３に示したセラミックヒータを模式的に示し
た断面図である。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は、図３に示したセラミックヒ
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、３１セラミックヒータ１１、３１セラミック基板１１ａ、３１ａヒータ部１１ｂ、３１ｂ起電部１１ｃ、３１ｃ結合部１２（１２ａ〜１２ｂ）、３２（３２ａ〜３２ｄ）抵
抗発熱体１３（１３ａ〜１３ｂ）、３３（３３ａ〜３３ｄ）導
電体１４（１４ａ〜１４ｂ）コイル１６容器２９半導体ウエハ３４（３４ａ〜３４ｄ）導体層３７端子

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 3/00 ３５０Ｈ０５Ｂ 3/10 Ａ 3/10 Ｃ 3/18 3/18 6/02 Ｚ 6/02 Ｃ０４Ｂ 35/58 １０４ＹＦターム(参考） 3K058 AA51 BA19 3K059 AA08 AB20 AD34 CD52 CD77 3K092 PP09 QA05 QB62 RF03 RF11 RF27 UB01 VV09 4G001 BA09 BA36 BA61 BB09 BB36 BB61 BC32 BC42 BC72 BC73 BD21 BE32 4M106 AA01 DH02 DH44 DH46

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック基板の内部に抵抗発熱体、お
よび、前記抵抗発熱体と電気的に接続する導電体が形成
されたセラミックヒータであって、前記抵抗発熱体および前記導電体は、露出することな
く、セラミック基板の内部に埋設され、前記抵抗発熱体または前記導電体の周囲には、コイルが
包巻形成されてなることを特徴とするセラミックヒー
タ。
【請求項２】前記コイルは、前記抵抗発熱体または前
記導電体の近傍のセラミック基板表面に形成されてなる
請求項１に記載のセラミックヒータ。
【請求項３】前記コイルには、交流電圧またはパルス
電圧が印加される請求項１または２に記載のセラミック
ヒータ。