JP2003037031A - 半導体製造・検査装置用セラミックヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエハ等を迅速に加熱することがで
き、加熱時における半導体ウエハ等の温度ばらつきが小
さい半導体製造・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
内部に複数の回路からなる抵抗発熱体が形成された半導
体製造・検査装置用セラミックヒータであって、前記抵
抗発熱体を構成する少なくとも一の回路は、前記セラミ
ック基板における外縁部近傍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、セラミックヒータ、静電チャック、ウエハプロ
ーバ用のチャックトップ板等に使用される半導体製造・
検査装置用セラミックヒータに関する。

【０００２】

【従来の技術】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。

【０００３】しかし、金属製のヒータは、ヒータ板が厚
いため、ヒータの重量が重く、嵩張る等の問題があり、
さらに、これらに起因して温度追従性にも問題があっ
た。また、金属製であるため、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。

【０００４】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、熱伝導率が高く、強
度も大きい窒化物セラミックや炭化物セラミックを使用
し、これらのセラミックからなるセラミック基板の表面
に、金属粒子を焼結して形成した抵抗発熱体を設けてい
るセラミックヒータが開示されている。このようなヒー
タは、加熱の際に熱膨張しても、セラミック基板に反
り、歪み等は発生しにくく、印加電圧や電流量の変化に
対する温度追従性も良好であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
技術を用いて半導体ウエハ等の被加熱物を加熱しようと
した際、セラミックヒータの被加熱物を加熱する面（以
下、加熱面という）に温度差が発生し、特に、同心円形
状または渦巻き状のパターンからなる抵抗発熱体が形成
されたセラミックヒータを用いると、加熱された半導体
ウエハの中心部分と外周部分とで温度差が大きくなり、
半導体ウエハ上の樹脂硬化物の硬化度が不均一になった
り、ヒータ表面の温度差に起因する熱衝撃で半導体ウエ
ハが破損してしまうという問題が発生した。

【０００６】そこで、本発明者らは、このような半導体
ウエハ上の樹脂硬化物の硬化度が不均一になったり、半
導体ウエハが破損してしまう原因について鋭意研究した
結果、温度制御を行っているにも拘わらず、このような
問題が発生する理由は、単一の温度制御を行っても、加
熱面が均一な温度にならず、半導体ウエハに場所による
温度差が生じてしまうからであるという事実を突き止め
た。

【０００７】また、加熱面の外周部分（加熱面の半径の
１／２から外側の部分）では、セラミック基板の外縁部
からの放熱により、温度が不均一になりやすく、特に、
温度が上昇する過程（過渡特性）で、その傾向が顕著に
現れるという事実を突き止めた。

【０００８】そこで、本発明者らは、セラミック基板の
外周部分（セラミック基板の半径の１／２から外側の部
分）に、円周方向に分割された２以上の回路からなる抵
抗発熱体を形成し、発熱量を細かく制御する方法をとっ
た。これにより、加熱面の外周部分における温度差を小
さくすることが可能となった。

【０００９】ところが、このような構成のセラミックヒ
ータは、加熱面が平面により構成されており、その上に
半導体ウエハ等を直接載置すると、半導体ウエハの全面
が加熱面と接触する。従って、この状態で半導体ウエハ
等を加熱すると、加熱面の温度差が小さくても、加熱面
における抵抗発熱体のパターンに近似した温度分布が、
そのまま半導体ウエハ等に反映されることになる。その
結果、半導体ウエハ等を均一に加熱することができず、
半導体ウエハ等が熱衝撃により、破損するという問題が
発生した。

【００１０】このような問題を解決するため、セラミッ
ク基板に形成された貫通孔等に挿通したリフターピン、
または、セラミック基板の表面に設けた数本の支持ピン
等を用い、半導体ウエハ等を加熱面からわずかに離間し
て保持し、加熱する方法をとることができる。この方法
を用いると、セラミック基板からの輻射および空気の対
流により半導体ウエハへ熱が伝わるため、加熱面の温度
分布が、直接、半導体ウエハに反映されず、半導体ウエ
ハのより均一な温度分布が実現する。

【００１１】しかしながら、この方法を用いると、セラ
ミック基板と半導体ウエハとの間に空間が形成され、そ
の外縁部が開放されているため、一定の方向へ向かう気
流、すなわち、セラミック基板と半導体ウエハとの間の
中心部から外縁部へ向かう気流が発生してしまい、該気
流によって、半導体ウエハの面内に温度のばらつきが発
生じ、半導体ウエハの温度均一性が低下してしまうとい
う問題が新たに発生する。

【００１２】さらに、セラミック基板と半導体ウエハと
の間に空間が形成され、その外縁部が開放されているこ
とにより、セラミック基板と半導体ウエハとの間に存在
する空気が外側に逃げやすく、温度の低い空気が入れ替
わって入ってくることになる。特に、外部で急激な温度
変化（外乱）が発生した場合に、外縁部の温度が低下し
やすく、半導体ウエハの温度均一性が充分とは言えなか
った。また、セラミック基板と半導体ウエハとの間に存
在する空気が逃げやすいことに起因して、半導体ウエハ
等を迅速に加熱することが困難になるという問題も発生
する。

【００１３】なお、近年の半導体ウエハ等の大口径化等
に伴って、より直径の大きいセラミックヒータが求めら
れているが、セラミック基板の直径が大きくなるにつれ
て、セラミック基板自体の温度分布にもばらつきが発生
しやすくなり、上記した半導体ウエハの温度均一性が益
々低下することになる。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述した
問題点に鑑み、被加熱物である半導体ウエハ等を迅速に
加熱することができ、加熱時における半導体ウエハ等の
温度ばらつきが小さく、かつ、外乱により半導体ウエハ
等の温度分布が影響を及ぼすことのないセラミックヒー
タを得ることを目的として鋭意研究を行った結果、セラ
ミック基板と同心円の関係を有する円または該円の一部
を含む回路となる抵抗発熱体等を、上記セラミック基板
の外縁部近傍に形成することにより、迅速に昇温を行う
ことができ、かつ、加熱面を均一な温度とすることがで
きることを見出し、本発明を完成するに至った。

【００１５】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、円板形状のセラミック基板の表
面または内部に複数の回路からなる抵抗発熱体が形成さ
れた半導体製造・検査装置用セラミックヒータであっ
て、上記抵抗発熱体を構成する少なくとも一の回路は、
上記セラミック基板における外縁部近傍に形成されてい
ることを特徴とする半導体製造・検査装置用セラミック
ヒータである。

【００１６】本発明によれば、セラミック基板における
外縁部近傍に、抵抗発熱体からなる回路が形成されてい
るため、上記回路が形成された領域の直上に、上昇気流
が発生し、該上昇気流が半導体ウエハに衝突することに
より、セラミック基板と半導体ウエハとの間に、上記回
路と略平行な線を中心軸とする渦が発生する。一方、セ
ラミック基板と半導体ウエハとの空間には、中心部から
外縁部へと向かう気流が発生しようとするが、この気流
は、上記渦により塞き止められることとなる。その結
果、セラミック基板上で加熱された空気等の気体を逃散
することを防止することができるため、一定の方向へ向
かう気流、すなわち、セラミック基板と半導体ウエハと
の間の中心部から外縁部へ向かう気流によって熱が奪わ
れ、これに起因して半導体ウエハの面内に温度のばらつ
きが発生するということがなく、半導体ウエハ等を均一
に加熱することができる。

【００１７】また、上述したように、加熱された空気等
の気体を逃散させることないため、セラミック基板と半
導体ウエハとの間に存在する空気が外側に逃げにくく、
温度の低い空気が入れ替わって入りにくくなる。このた
め、外縁部の温度が低下することがなく、セラミックヒ
ータの外部で急激な温度変化（外乱）が発生した場合で
あっても、その影響を受けにくく、半導体ウエハを均一
に加熱することができる。さらに、セラミック基板と半
導体ウエハとの間に存在する加熱された空気等の気体が
逃げにくいため、半導体ウエハ等を迅速に加熱すること
ができる。

【００１８】上記抵抗発熱体を構成する少なくとも一の
回路は、一部が切断された一つの円からなる回路、一部
が切断された同心円が隣り合う端部で接続された一連の
回路、または、渦巻き回路であることが望ましい。

【００１９】上記セラミック基板における外縁部近傍の
全域に、一部が切断された一つの円からなる回路、一部
が切断された同心円が隣り合う端部で接続された一連の
回路、または、渦巻き回路となる抵抗発熱体が形成され
ているため、上述したような、回路に平行な線を中心軸
とする渦が、上記外縁部近傍の全域にわたって連なった
状態で発生する。その結果、セラミック基板上で加熱さ
れた空気等の気体が逃散することを、より確実に防止す
ることができる。

【００２０】さらに、上記抵抗発熱体を構成する少なく
とも一の回路が形成された領域の内側に、円周方向に分
割された少なくとも２以上の回路が形成されていること
が望ましい。

【００２１】セラミックヒータの加熱面の外周部分で
は、セラミック基板の外縁部からの放熱により、温度が
不均一になりやすく、特に、温度が上昇する過程（過渡
特性）で、その傾向が顕著に現れるが、セラミック基板
に、円周方向に分割された２以上の回路からなる抵抗発
熱体を形成することにより、発熱量を細かく制御するこ
とができ、加熱面の外周部分における温度差を小さくす
ることが可能になるからである。

【００２２】

【発明の実施の形態】実施の形態に係る本発明の半導体
製造・検査装置用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複数の回路からなる抵抗
発熱体が形成された半導体製造・検査装置用セラミック
ヒータであって、上記抵抗発熱体を構成する少なくとも
一の回路は、上記セラミック基板と同心円の関係を有す
る円または該円の一部を含む回路であり、上記セラミッ
ク基板における外縁部近傍の全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
である。

【００２３】本発明のセラミックヒータの実施の形態に
ついて、図面を参照しながら説明する。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。

【００２４】図１は、本発明のセラミックヒータの一部
を模式的に示す部分断面図であり、図２は、図１に示す
セラミックヒータを模式的に示す底面図である。なお、
このセラミックヒータでは、セラミック基板の底面に抵
抗発熱体が形成されている。

【００２５】図１に示すように、セラミックヒータ１０
には、有底孔１４および貫通孔１５が形成されるととも
に、貫通孔１５には、リフターピン１６が挿通されてお
り、このリフターピン１６を上下させることにより、搬
送機から半導体ウエハ２９等の被加熱物を受け取った
り、半導体ウエハ２９をセラミックヒータ１０の加熱面
１１ａより一定距離離間させた状態で支持し加熱するこ
とができるようになっている。また、リフターピン１６
ではなく、セラミックヒータの加熱面に形成された支持
ピン１８により、半導体ウエハ２９を、セラミックヒー
タ１０の加熱面より一定距離離間させた状態で支持し加
熱することも可能である。有底孔１４には、セラミック
基板１１の温度を測定するための、リード線が接続され
た測温素子（図示せず）が埋め込まれている。

【００２６】また、図２に示すように、セラミック基板
１１は、円板状に形成されており、セラミック基板１１
の外縁部近傍の全域には、セラミック基板１１と同心円
の関係を有する円であり、かつ、一部が切断された円か
らなる回路である抵抗発熱体１２ａが形成されている。
一方、抵抗発熱体１２ａが形成された領域の内側には、
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、同心円の一部を描くように繰り返して形成された
円弧パターンの抵抗発熱体１２ｂ〜１２ｄと、一部が切
断された同心円パターンの抵抗発熱体１２ｅ〜１２ｈと
が形成されている。

【００２７】すなわち、抵抗発熱体１２ｂ〜１２ｄは、
同心円を円周方向に３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、このよう
なパターンの抵抗発熱体１２ｂ〜１２ｄの３つの回路
が、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。また、抵抗発熱体１２ｂ〜１２ｄ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１２ｅ〜１２ｈが形成されており、こ
の抵抗発熱体１２ｅ〜１２ｈでは、隣り合う同心円の端
部が、順次接続されることにより一連の回路が構成され
ている。

【００２８】また、それぞれの抵抗発熱体１２ａ、１２
ｂ〜１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ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。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（直径）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。

【００２９】そして、抵抗発熱体１２の表面には、抵抗
発熱体の酸化を防止するための金属被覆層１２０が形成
され、抵抗発熱体１２の端部には、外部端子１３がろう
付けされており、さらに外部端子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。

【００３０】図１に示す構成のセラミックヒータ１０を
機能させて発熱させると、半導体ウエハ２９が加熱され
るとともに、セラミック基板１１と半導体ウエハ２９と
の間の気体が加熱される。そして、その加熱された気体
は、セラミック基板１１と半導体ウエハ２９との外縁部
が開放されているため、温度の低い外縁部へ向かうこと
になり、セラミック基板１１と半導体ウエハ２９との間
には、気流２１が発生しやすくなる。

【００３１】一方、セラミック基板１１の外縁部近傍の
全域には、抵抗発熱体１２ａが形成されているため、セ
ラミックヒータ１０を機能させて発熱させた場合、外縁
部近傍の全域の上部に存在する気体が加熱され、セラミ
ック基板１１の加熱面１１ａから半導体ウエハ２９へと
向かう上昇気流が発生し、該上昇気流が半導体ウエハ２
９に衝突することにより、断面視略真円の渦２０とな
る。その結果、セラミック基板の外縁部に流れようとし
た気流２１は、渦２０により塞き止められる。このよう
に渦２０が、セラミック基板１１と半導体ウエハ２９と
の間に発生しようとした気流２１を塞き止めることによ
り、加熱された空気を滞留させることができ、そのた
め、上述したように、セラミック基板と半導体ウエハと
の間の中心部から外縁部へ向かう気流２１によって熱が
奪われ、これに起因して半導体ウエハ２９の面内に温度
のばらつきが発生するということがなく、半導体ウエハ
等を均一に加熱することができる。

【００３２】また、上述したように、加熱された空気等
の気体を逃散させることなく、滞留させることができる
ため、外縁部の温度が低下することがなく、セラミック
ヒータの外部で外乱等が発生した場合であっても、その
影響を受けにくく、半導体ウエハを均一に加熱すること
ができる。さらに、セラミック基板と半導体ウエハとの
間に存在する加熱された空気等の気体が逃げにくいた
め、半導体ウエハ等を迅速に加熱することができる。

【００３３】図３は、本発明の他の実施形態であるセラ
ミックヒータの一部を模式的に示す部分拡大断面図であ
り、図４は、図３に示したセラミックヒータを模式的に
示す底面図である。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抵抗発熱体が形成されている。

【００３４】図３に示すように、セラミックヒータ３０
には、上述したセラミックヒータと同様で、有底孔３４
および貫通孔３５が形成されるとともに、貫通孔３５に
は、リフターピン３６が挿通されており、このリフター
ピン３６を上下させることにより、搬送機から半導体ウ
エハ２９等の被加熱物を受け取ったり、半導体ウエハ２
９をセラミックヒータ３０の加熱面３１ａより一定距離
離間させた状態で支持し加熱することができるようにな
っている。また、リフターピン３６ではなく、セラミッ
クヒータの加熱面に形成された支持ピン３８により、半
導体ウエハ２９を、セラミックヒータ３０の加熱面より
一定距離離間させた状態で支持し加熱することも可能で
ある。有底孔３４には、セラミック基板３１の温度を測
定するための、リード線が接続された測温素子（図示せ
ず）が埋め込まれている。

【００３５】また、図４に示すように、セラミック基板
３１は、円板状に形成されており、セラミック基板３１
の外縁部近傍の全域には、セラミック基板３１と同心円
の関係を有する円を含む回路からなる抵抗発熱体３２ａ
が形成されている。なお、抵抗発熱体３２ａは、一部が
切断された２つの円が、隣り合う端部で接続されること
により回路を構成している。一方、抵抗発熱体３２ａが
形成された領域の内側には、加熱面３１ａの全体の温度
が均一になるように加熱するため、屈曲線パターンの抵
抗発熱体３２ｂ〜３２ｄと、一部が切断された同心円パ
ターンの抵抗発熱体３２ｅ〜３２ｈとが形成されてい
る。

【００３６】すなわち、抵抗発熱体３２ｂ〜３２ｄは、
屈曲線を主体とした回路を構成している。そして、抵抗
発熱体３２ｂ〜３２ｄの３つの回路が、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。また、
抵抗発熱体３２ｂ〜３２ｄ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３
２ｅ〜３２ｈが形成されており、この抵抗発熱体３２ｅ
〜３２ｈでは、隣り合う同心円の端部が、順次接続され
ることにより一連の回路が構成されている。

【００３７】また、それぞれの抵抗発熱体３２ａ、３２
ｂ〜３２ｄ、３２ｅ、３２ｆ、３２ｇ、３２ｈの間に
は、上述したセラミックヒータ１０と同様で、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。

【００３８】そして、抵抗発熱体３２の端部の直下に
は、スルーホール３９が形成され、さらに、このスルー
ホール３９を露出させる袋孔３９ａが底面３１ｂに形成
され、袋孔３９ａには外部端子３３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３３
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。

【００３９】図３に示す構成のセラミックヒータ３０を
機能させて発熱させると、半導体ウエハ２９が加熱され
るとともに、セラミック基板３１と半導体ウエハ２９と
の間の気体が加熱される。そして、その加熱された気体
は、セラミック基板３１と半導体ウエハ３９との外縁部
が開放されているため、温度の低い外縁部へ向かうこと
になり、セラミック基板３１と半導体ウエハ２９との間
には、気流４１が発生しやすくなる。

【００４０】一方、セラミック基板３１の外縁部近傍の
全域には、抵抗発熱体３２ａが形成されているため、セ
ラミックヒータ３０を機能させて発熱させた場合、外縁
部近傍の全域の上部に存在する気体が加熱され、セラミ
ック基板３１の加熱面３１ａから半導体ウエハ２９へと
向かう上昇気流が発生し、該上昇気流が半導体ウエハ２
９に衝突することにより、断面視略真円の渦４０とな
る。その結果、セラミック基板の外縁部に流れようとし
た気流４１は、渦４０により塞き止められる。このよう
に渦４０が、セラミック基板３１と半導体ウエハ２９と
の間に発生しようとした気流４１を塞き止めることによ
り、加熱された空気を滞留させることができ、そのた
め、上述したように、セラミック基板と半導体ウエハと
の間の中心部から外縁部へ向かう気流４１によって熱が
奪われ、これに起因して半導体ウエハ２９の面内に温度
のばらつきが発生するということがなく、半導体ウエハ
等を均一に加熱することができる。

【００４１】また、上述したように、加熱された空気等
の気体を逃散させることなく、滞留させることができる
ため、外縁部の温度が低下することがなく、セラミック
ヒータの外部で外乱等が発生した場合であっても、その
影響を受けにくく、半導体ウエハを均一に加熱すること
ができる。さらに、セラミック基板と半導体ウエハとの
間に存在する加熱された空気等の気体が逃げにくいた
め、半導体ウエハ等を迅速に加熱することができる。

【００４２】本発明のセラミックヒータでは、セラミッ
ク基板における外縁部近傍に、上記セラミック基板と同
心円の関係を有する円または該円の一部を含む回路から
なる抵抗発熱体が形成されるのであるが、上記回路は、
図２に示す抵抗発熱体１２ａのように、一部が切断され
た一つの円からなる回路、または、図４に示す抵抗発熱
体３２ａのように、一部が切断された同心円が隣り合う
端部で接続された一連の回路であることが望ましい。上
述したような断面視真円状の渦が、上記外縁部近傍の全
域にわたって連なった状態で発生するため、セラミック
基板上で加熱された空気等の気体が逃散することを、よ
り確実に防止することができるからである。

【００４３】なお、図４に示す抵抗発熱体３２ａは、連
続した円環形状の回路であるが、図２に示す抵抗発熱体
１２ａは、その一部が切断された不連続な円環形状の回
路である。従って、図２に示すような不連続な円環形状
の回路からなる抵抗発熱体が形成された場合、上記回路
の不連続部分から、加熱された空気等の気体が逃散して
しまうおそれがあるが、逆に、不連続部分を設けること
により、気流の一部を逃散させることができるため、極
度に熱が滞留することを防止し、加熱面の温度制御を行
いやすくすることができる。また、不連続な円環形状の
回路であれば、連続した円環形状の回路の場合に比べ、
上述したような断面視真円状の渦が発生しやすくなる。

【００４４】また、上記回路からなる抵抗発熱体が形成
される外縁部近傍とは、具体的に、セラミック基板の外
縁から中心までの距離に対するセラミック基板の外縁か
らの距離の比率が１０％以下の領域であることが望まし
い。１０％を超えると、上記回路からなる抵抗発熱体が
形成される領域が広すぎるため、上記回路で加熱する面
積が広くなり、該回路内において、発熱量にばらつきが
生じてしまい、その結果、セラミックヒータの加熱面に
温度のばらつきが生じるおそれがあるからである。

【００４５】また、上述したセラミック基板と同心円の
関係を有する円または該円の一部を含む回路が形成され
た領域の内側には、円周方向に分割された少なくとも２
以上の回路が形成されていることが望ましい。セラミッ
ク基板に、円周方向に分割された２以上の回路からなる
抵抗発熱体を形成することにより、発熱量を細かく制御
することができ、加熱面の外周部分における温度差を小
さくすることが可能になるからである。

【００４６】なお、円周方向に分割された回路とは、セ
ラミック基板の中心から外周に向けて複数の線分を引
き、その線分により分割された領域に形成された回路を
指す。図２では、抵抗発熱体１２ｂ〜１２ｄが円周方向
に分割された回路であり、図４では、抵抗発熱体３２ｂ
〜３２ｄが円周方向に分割された回路である。通常、円
周方向に分割された回路が形成される領域は、図２及び
図４に示すように、全て同じ大きさが望ましい。また、
分割数は、図２及び図４に示すように、３分割に限定さ
れず、２分割以上であれば、４分割でも６分割でもよ
い。例えば、直径が２５０ｍｍの基板では、抵抗発熱体
の回路を２〜４分割することが望ましく、直径が３００
ｍｍの基板では、２〜８分割することが望ましい。ま
た、円周方向に分割された回路のパターンとしては、例
えば、図２に示した円弧からなるパターン、図４に示し
た屈曲線からなるパターン等を用いることができ、これ
らを併用してもよい。

【００４７】また、図２及び図４では、円周方向に分割
された回路の内側に、同心円からなるパターンの回路が
形成されている。このように、本発明のセラミックヒー
タにおいて、外縁部近傍に形成された回路の内側に形成
される回路は、必ずしも、全て円周方向に分割されたパ
ターンからなる回路である必要はない。また、外縁部近
傍に形成された回路の内側に、円周方向に分割されたパ
ターンからなる回路を全く形成しなくてもよい。従っ
て、外縁部近傍に形成された回路の内側に形成される回
路としては、同心円からなるパターンを用いることがで
き、さらに、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、これらは併用することも可能である。

【００４８】なお、図２及び図４に示すように、セラミ
ック基板の外周部分に相当する領域の抵抗発熱体パター
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基板の外周部分で細かい温
度制御を行うことができ、セラミック基板の温度のばら
つきを抑えることも可能である。

【００４９】本発明のセラミックヒータでは、被加熱物
である半導体ウエハが、セラミック基板の加熱面に直接
または表面より一定距離離間させた状態で載置されてい
る。上記リフターピンまたは上記支持ピンにより、被加
熱物をセラミック基板の加熱面から離間させる場合、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、距離が短すぎるため、セラミック
基板と半導体ウエハとの間の空間に気流が発生しにくく
なるとともに、セラミック基板の温度分布の影響をうけ
て半導体ウエハの温度が不均一となる。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。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、２０〜２０
０μｍ離間することが更に望ましい。

【００５０】次に、本発明を構成するセラミックヒータ
等の材質や形状等について、さらに詳しく説明する。

【００５１】本発明においては、抵抗発熱体をセラミッ
ク基板の表面（底面）に形成してもよく、抵抗発熱体を
セラミック基板の内部に埋設してもよい。抵抗発熱体を
セラミック基板の内部に形成する場合は、上記抵抗発熱
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。

【００５２】抵抗発熱体をセラミック基板の内部に形成
する場合には、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。なお、抵
抗発熱体をセラミック基板の内部に設け、かつ、その抵
抗発熱体を一部露出させてもよい。

【００５３】また、セラミック基板の表面に抵抗発熱体
を設ける場合は、加熱面は抵抗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。

【００５４】抵抗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。

【００５５】セラミック基板の内部に抵抗発熱体を形成
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抵抗発熱体を形成する場
合には、この抵抗発熱体の厚さは、１〜３０μｍが好ま
しく、１〜１０μｍがより好ましい。

【００５６】また、セラミック基板の内部に抵抗発熱体
を形成する場合には、抵抗発熱体の幅は、５〜２０μｍ
が好ましい。また、セラミック基板の表面に抵抗発熱体
を形成する場合には、抵抗発熱体の幅は、０．１〜２０
ｍｍが好ましく、０．１〜５ｍｍがより好ましい。

【００５７】抵抗発熱体は、その幅や厚さにより抵抗値
に変化を持たせることができるが、上記した範囲が最も
実用的である。抵抗値は、薄く、また、細くなる程大き
くなる。抵抗発熱体は、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、抵抗発熱体
を内部に設けると、加熱面と抵抗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、抵抗発熱体
自体の幅を広げる必要があること、内部に抵抗発熱体を
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、抵抗発熱体は、上記した厚みや幅とす
ることが望ましい。

【００５８】抵抗発熱体の形成位置をこのように設定す
ることにより、抵抗発熱体から発生した熱が伝搬してい
くうちに、セラミック基板全体に拡散し、被加熱物（半
導体ウエハ）を加熱する面の温度分布が均一化され、そ
の結果、被加熱物の各部分における温度が均一化され
る。

【００５９】抵抗発熱体は、断面が矩形であっても楕円
であってもよいが、偏平であることが望ましい。偏平の
方が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、１０〜５０００
であることが望ましい。この範囲に調整することによ
り、抵抗発熱体の抵抗値を大きくすることができるとと
もに、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。

【００６０】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。

【００６１】抵抗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、抵抗発熱体
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２００〜５０００とすることが望ましい。

【００６２】抵抗発熱体は、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、抵抗発熱体を内部に設けると、加熱面と抵抗発熱体
との距離が短くなり、表面の温度均一性が低下するた
め、抵抗発熱体自体を偏平にする必要があるからであ
る。

【００６３】また、抵抗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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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、抵抗発熱体と窒化物セラミック等と
の密着性を確実にし、かつ、抵抗値を大きくすることが
できるため有利である。

【００６７】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。

【００６８】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、抵抗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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】これらの酸化物は、抵抗発熱体の抵抗値を
大きくすることなく、金属粒子と窒化物セラミックまた
は炭化物セラミックとの密着性を改善することができる
からである。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】また、抵抗発熱体を形成した際の面積抵抗
率は、０．１ｍΩ／□〜１０Ω／□が好ましい。面積抵
抗率が０．１ｍΩ／□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。

【００７５】また、図１に示すように、抵抗発熱体１２
がセラミック基板１１の表面に形成される場合には、抵
抗発熱体１２の表面部分に、金属被覆層１２０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１２０の厚さは、０．１〜１０μｍが好まし
い。

【００７６】金属被覆層１２０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。

【００７７】抵抗発熱体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、半田を介して抵抗発
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。

【００７８】また、図３に示すように、抵抗発熱体３２
をセラミック基板３１の内部に形成する場合には、抵抗
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。抵抗発熱体をセラミック基板の内部に形成する場
合、抵抗発熱体の一部が表面に露出していてもよく、抵
抗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。

【００７９】外部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。

【００８０】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、加熱時に半導体ウエハ
の温度が不均一化しやすいため、本発明の構成が有効に
機能するからである。また、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。

【００８１】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。

【００８２】また、図１に示すように、セラミック基板
１１には、被加熱物を載置する加熱面１１ａの反対側か
ら加熱面１１ａに向けて有底孔１４を設けるとともに、
有底孔１４の底を抵抗発熱体１２よりも相対的に加熱面
１１ａに近く形成し、この有底孔１４に熱電対等の測温
素子（図示せず）を設けることが望ましい。

【００８３】また、有底孔１４の底と加熱面１１ａ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１２よりも加熱面１１ａ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。

【００８４】有底孔１４の底と加熱面１１ａとの距離が
０．１ｍｍ未満では、放熱してしまい、加熱面１１ａ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、やはり加熱面１１ａに温度分布が形成されてしま
うからである。

【００８５】有底孔１４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
１１ａとの距離を均等にすることができなくなるからで
ある。

【００８６】有底孔１４は、図１に示したように、セラ
ミック基板１１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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】上記測温素子は、金ろう、銀ろうなどを使
用して、有底孔１４の底に接着してもよく、有底孔１４
に挿入した後、耐熱性樹脂で封止してもよく、両者を併
用してもよい。上記耐熱性樹脂としては、例えば、熱硬
化性樹脂、特にはエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビス
マレイミド−トリアジン樹脂などが挙げられる。これら
の樹脂は、単独で用いてもよく、２種以上を併用しても
よい。

【００９０】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。

【００９１】本発明の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。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】なお、上記セラミック基板は、明度がＪＩ
Ｓ Ｚ ８７２１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。

【０１００】また、本発明のセラミック基板の内部に静
電電極層が形成された場合には、上記セラミック基板
は、静電チャックとして機能する。この場合、この静電
チャックを構成するセラミック基板は、静電電極が形成
されていることを除いて、上記したセラミックヒータと
ほぼ同様に構成されている。

【０１０１】また、本発明のセラミック基板には、表面
にチャックトップ導体層を設け、内部にガード電極、グ
ランド電極等を設けることによりウエハプローバ用のチ
ャックトップ板として機能する。

【０１０２】次に、本発明に係る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
底面に抵抗発熱体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。

【０１０３】（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（Ｙ
_２Ｏ_３）やＢ_４Ｃ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。

【０１０４】次に、この生成形体を加熱、焼成して焼結
させ、セラミック製の板状体を製造する。この後、所定
の形状に加工することにより、セラミック基板１１を作
製するが、焼成後にそのまま使用することができる形状
としてもよい。加圧しながら加熱、焼成を行うことによ
り、気孔のないセラミック基板１１を製造することが可
能となる。加熱、焼成は、焼結温度以上であればよい
が、窒化物セラミック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。

【０１０５】さらに、必要に応じて、ドリル加工を実施
し、半導体ウエハ２９を支持するためのリフターピン１
６を挿入する貫通孔１５となる部分や熱電対などの測温
素子を埋め込むための有底孔１４となる部分を形成す
る。（図５（ａ）参照）。

【０１０６】（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、図２に示すような抵抗発熱体１２
が形成されるように導体ペースト層を形成する。導体ペ
ースト層は、焼成後の抵抗発熱体１２の断面が、方形
で、偏平な形状となるように形成することが望ましい。

【０１０７】（３）導体ペーストの焼成 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、
抵抗発熱体１２を形成する（図５（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１２とセラミック基板１１との密着性が
向上する。

【０１０８】（４）金属被覆層の形成 次に、抵抗発熱体１２表面に、金属被覆層１２０を形成
する（図５（ｃ）参照）。金属被覆層１２０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。

【０１０９】（５）端子等の取り付け 抵抗発熱体１２のパターンの端部に電源との接続のため
の端子（外部端子１３）を半田で取り付ける。また、有
底孔１４に銀ろう、金ろうなどで熱電対（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１０の製造を終了する（図５（ｄ）参照）。

【０１１０】なお、本発明のセラミック基板は、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設け、
内部にガード電極やグランド電極を設けることにより、
ウエハプローバに使用されるチャックトップ板として使
用することができる。

【０１１１】次に、セラミック基板３１の底面に抵抗発
熱体３２が形成されたセラミックヒータ３０（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。

【０１１２】（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７０を作製する。

【０１１３】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。

【０１１４】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。

【０１１５】（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７０上に、図４に示すような抵抗発熱体
３２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３２
０を形成し、貫通孔にスルーホール３９用の導体ペース
ト充填層３９０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。

【０１１６】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。

【０１１７】（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７０を、
導体ペーストを印刷したグリーンシート７０の上下に積
層する（図６（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７０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。この後、熱圧着することにより
グリーンシート積層体を作製する。

【０１１８】（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（図６（ｂ）参
照）。

【０１１９】次に、得られた焼結体に、半導体ウエハ２
９を支持するためのリフターピン３６を挿入する貫通孔
３５、熱電対などの測温素子を埋め込むための有底孔３
４、抵抗発熱体３２を外部端子３３と接続するためのス
ルーホール３９等を形成する。（図６（ｃ）参照）

【０１２０】上述の貫通孔および有底孔を形成する工程
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。

【０１２１】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、内部の抵抗発熱体３２と
接続するためのスルーホール３９に外部端子３３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。

【０１２２】さらに、有底孔３４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３０の製造を終了する（図６（ｄ）参照）。

【０１２３】

【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。

【０１２４】（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（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。

【０１２５】（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。

【０１２６】（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２３０ｍｍ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。このセラミック基板
１１にドリル加工を施し、シリコンウエハのリフターピ
ン１６を挿入する貫通孔１５、熱電対を埋め込むための
有底孔１４を形成した。（図５（ａ）参照）

【０１２７】（４）上記（３）で得たセラミック基板１
１に、スクリーン印刷にて導体ペースト層を形成した。
印刷パターンは、図２に示すようなパターンとした。な
お、抵抗発熱体１２ａとなる導体ペースト層は、セラミ
ック基板１１の外縁から中心までの距離に対するセラミ
ック基板１１の外縁からの距離の比率が５％以下の領域
に形成した。

【０１２８】上記導体ペーストとしては、Ａｇ４８重量
％、Ｐｔ２１重量％、ＳｉＯ_２１．０重量％、Ｂ_２Ｏ_３
２．２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１
７．９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。

【０１２９】（５）さらに、発熱体パターンの導体ペー
スト層を形成した後、セラミック基板１１を７８０℃で
加熱、焼成して、導体ペースト中のＡｇ、Ｐｔを焼結さ
せるとともにセラミック基板１１に焼き付け、抵抗発熱
体１２を形成した（図５（ｂ）参照）。抵抗発熱体１２
は、厚さが５μｍ、幅が２．４ｍｍ、面積抵抗率が７．
７ｍΩ／□であった。

【０１３０】（６）硫酸ニッケル８０ｇ／ｌ、次亜リン
酸ナトリウム２４ｇ／ｌ、酢酸ナトリウム１２ｇ／ｌ、
ほう酸８ｇ／ｌ、塩化アンモニウム６ｇ／ｌの濃度の水
溶液からなる無電解ニッケルめっき浴に上記（５）で作
製したセラミック基板１１を浸漬し、銀−鉛の抵抗発熱
体１２の表面に厚さ１μｍの金属被覆層（ニッケル層）
１２０を析出させた（図５（ｃ）参照）。

【０１３１】（７）次に、電源との接続を確保するため
の外部端子１３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１３を載置して、４２０℃で加
熱リフローし、外部端子１３を抵抗発熱体１２の表面に
取り付けた。（図５（ｄ）参照）

【０１３２】（８）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、セラミックヒータ１０を得
た。

【０１３３】（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（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
ンシートを作製した。

【０１３４】（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３９となる部分を
パンチングにより設けた。

【０１３５】（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。

【０１３６】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３２０を形成した。印刷パターンは、図４に示すよう
なパターンとした。なお、抵抗発熱体３２ａとなる導体
ペースト層は、セラミック基板３２の外縁から中心まで
の距離に対するセラミック基板３２の外縁からの距離の
比率が１０％以下となる領域に形成した。さらに、外部
端子３３を接続するためのスルーホール３９となる部分
に導体ペーストＢを充填し、充填層３９０を形成した。

【０１３７】上記処理の終わったグリーンシートに、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
６（ａ）参照）

【０１３８】（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。これを直径２３０ｍｍの円板状に切り
出し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの抵抗発熱体３２
を有するセラミック板状体とした。

【０１３９】（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、マスクを載
置し、ＳｉＣ粒子等によるブラスト処理により、底面に
熱電対を挿入するための有底孔３４を形成した。さら
に、半導体ウエハを運搬等するためのリフターピン３６
を挿入するための貫通孔３５を形成した（図６（ｂ）参
照）。

【０１４０】（６）次に、スルーホール３９が形成され
ている部分をえぐりとって袋孔３９ａとし（図６（ｃ）
参照）、この袋孔３９ａ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３３を接続させた（図６（ｄ）参照）。

【０１４１】（７）温度制御のための熱電対（図示せ
ず）を有底孔３４に埋め込み、本発明のセラミックヒー
タ３０を得た。

【０１４２】（比較例１）セラミック基板１１の外縁か
ら中心までの距離に対するセラミック基板１１の外縁か
らの距離の比率が５％以下の領域に抵抗発熱体１２ａを
形成せず、抵抗発熱体１２ｂ〜１２ｄを、上記領域まで
及ぶように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。

【０１４３】（比較例２）セラミック基板３１の外縁か
ら中心までの距離に対するセラミック基板３１の外縁か
らの距離の比率が１０％以下の領域に抵抗発熱体３２ａ
を形成せず、抵抗発熱体３２ｂ〜３２ｄを、上記領域ま
で及ぶように形成した以外は実施例２と同様にしてセラ
ミックヒータを製造した。

【０１４４】上記行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、電源を有す
る温調器（オムロン社製 Ｅ５ＺＥ）を、外部端子を介
して、配線を用いて接続し、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）加熱面内温度均一性 １７ポイント白金抵抗体測温素子つきのシリコンウエハ
を使用して、セラミックヒータ加熱面の面内温度分布を
測定した。温度分布は２００℃設定での最高温度と最低
温度との温度差で示す。 （２）シリコンウエハの温度分布 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、シリコンウエハを載置し、それぞれのセラミック
ヒータを構成するセラミック基板に形成された貫通孔
に、リフターピンを挿通させ、上記シリコンウエハをセ
ラミックヒータの加熱面から１００μｍ離間した状態で
保持し、温度分布をサーモビュア（日本データム社製
ＩＲ−１６−２０１２−００１２）で測定した。温度分
布は、２００℃設定での最高温度と最低温度との温度差
で示す。 （３）昇温時間 室温〜２００℃まで昇温した時の昇温時間を測定した。

【０１４６】

【表１】

【０１４７】表１に示すように、実施例１〜２および比
較例１〜２に係るセラミックヒータは、いずれも加熱面
の温度分布が小さかった。これは、セラミック基板の外
周部分に、円周方向に分割された３つの回路からなる抵
抗発熱体を形成したことにより、セラミック基板の外周
部分でより細かい発熱量制御を行うことが可能となり、
その結果、加熱面の温度が均一にすることができたため
であると考えられる。

【０１４８】また、上述したように、実施例１〜２およ
び比較例１〜２に係るセラミックヒータは、いずれも加
熱面の温度分布は小さかったが、実施例１〜２に係るセ
ラミックヒータにより加熱されたシリコンウエハは温度
分布が小さく、比較例１〜２に係るセラミックヒータに
より加熱されたシリコンウエハは温度分布が大きかっ
た。これは、実施例１〜２に係るセラミックヒータで
は、セラミック基板の外縁部近傍の全域に、上記セラミ
ック基板と同心円の関係を有する円または該円の一部を
含む回路からなる抵抗発熱体が形成されており、セラミ
ック基板の加熱面とシリコンウエハとの間の空間に発生
しようとした気流が、上記回路の直上に生じた断面視真
円状の渦によって塞き止められるため、加熱された空気
等の気体を逃散させることなく、滞留させることがで
き、シリコンウエハを均一に加熱することができたもの
と考えられる。一方、比較例１〜２に係るセラミックヒ
ータでは、セラミック基板の外縁部近傍の全域に、上記
セラミック基板と同心円の関係を有する円または該円の
一部を含む回路からなる抵抗発熱体が形成されていない
ため、上述したような渦が発生せず、セラミック基板の
加熱面と半導体ウエハとの間に発生した気流が、セラミ
ック基板の中心部から外縁部へと流れるため、加熱され
た空気等の気体が逃散し、その結果、シリコンウエハの
面内に温度のばらつきが発生して、温度均一性が低下し
たものと考えられる。

【０１４９】さらに、実施例１〜２に係るセラミックヒ
ータは、比較例１〜２に係るセラミックヒータと比べ
て、昇温時間が短かった。これは、実施例１〜２に係る
セラミックヒータでは、セラミック基板の外縁部近傍の
全域に、上記セラミック基板と同心円の関係を有する円
または該円の一部を含む回路からなる抵抗発熱体が形成
されており、セラミック基板の加熱面とシリコンウエハ
との間の空間に発生しようとした気流が、上記回路の直
上に生じた断面視真円状の渦によって塞き止められるた
め、セラミック基板と半導体ウエハとの間に存在する空
気が外側に逃げにくく、温度の低い空気が入れ替わって
入りにくくなることによって、シリコンウエハを迅速に
加熱することができたものと考えられる。一方、比較例
１〜２に係るセラミックヒータでは、セラミック基板の
外縁部近傍の全域に、上記セラミック基板と同心円の関
係を有する円または該円の一部を含む回路からなる抵抗
発熱体が形成されていないため、上述したような渦が発
生せず、セラミック基板の加熱面と半導体ウエハとの間
に発生した気流が、セラミック基板の中心部から外縁部
へと流れるため、セラミック基板と半導体ウエハとの間
に存在する空気が外側に逃げてしまい、温度の低い空気
が入れ替わって入ってくることによって、シリコンウエ
ハを迅速に加熱することができなかったものと考えられ
る。

【０１５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のセラミッ
ク基板によれば、セラミック基板の外縁部近傍に抵抗発
熱体からなる回路が形成されており、セラミック基板の
加熱面と半導体ウエハとの間の空間に発生しようとした
気流が、上記回路の直上に生じた断面視真円状の渦によ
って塞き止められるため、加熱された空気等の気体を逃
散させることなく、滞留させることができ、半導体ウエ
ハを均一に加熱することができたものと考えられる。ま
た、加熱された空気等の気体を逃散させることなく、滞
留させることができるため、外縁部の温度が低下するこ
とがなく、セラミックヒータの外部で外乱等が発生した
場合であっても、その影響を受けにくく、半導体ウエハ
を均一に加熱することができる。さらに、セラミック基
板と半導体ウエハとの間に存在する加熱された空気等の
気体が逃げにくいため、半導体ウエハ等を迅速に加熱す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るセラミックヒータの一例を模式的
に示す部分断面図である。

【図２】図１に示したセラミックヒータの底面図であ
る。

【図３】本発明に係るセラミックヒータの別の一例を模
式的に示す部分断面図である。

【図４】図３に示したセラミックヒータの底面図であ
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。

【符号の説明】

１０、３０ セラミックヒータ １１、３１ セラミック基板 １１ａ、３１ａ 加熱面 １１ｂ、３１ｂ 底面 １２（１２ａ〜１２ｋ）、３２（３２ａ〜３２ｉ）、
抵抗発熱体 １２０、３２０ 導体ペースト層 １３、３３ 外部端子 １４、３４ 有底孔 １５、３５ 貫通孔 １６、３６ リフターピン ２０、４０ 渦 ２１、４１ 気流 ３９ スルーホール ３９０ 充填層 ３９ａ 袋孔 １２０ 金属被覆層 ３２０ 導体ペースト層 ２９ 半導体ウエハ ７０ 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） Ｈ０５Ｂ 3/20 ３２８ Ｈ０５Ｂ 3/20 ３９３ ３９３ 3/74 3/74 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６７ Ｆターム(参考） 3K034 AA02 AA04 AA10 AA16 AA21 AA22 AA34 BA06 BB06 BB14 BC04 BC17 HA04 HA10 JA10 3K092 PP20 QA05 QB02 QB18 QB30 QB31 QB44 QB45 RF03 RF11 RF27 TT30 VV22 5F045 EG05 EK08 EK09 EK27 EM10 5F046 KA04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円板形状のセラミック基板の表面または
   内部に複数の回路からなる抵抗発熱体が形成された半導
   体製造・検査装置用セラミックヒータであって、前記抵
   抗発熱体を構成する少なくとも一の回路は、前記セラミ
   ック基板における外縁部近傍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。
2. 【請求項２】 前記抵抗発熱体を構成する少なくとも一
   の回路は、一部が切断された一つの円からなる回路、一
   部が切断された同心円が隣り合う端部で接続された一連
   の回路、または、渦巻き回路である請求項１に記載の半
   導体製造・検査装置用セラミックヒータ。
3. 【請求項３】 前記抵抗発熱体を構成する少なくとも一
   の回路が形成された領域の内側に、円周方向に分割され
   た少なくとも２以上の回路が形成されている請求項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。