JP2003109730A

JP2003109730A - セラミックヒーター

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Publication number: JP2003109730A
Application number: JP2002183564A
Authority: JP
Inventors: Yasuji Hiramatsu; 靖二平松; Yasutaka Ito; 康隆伊藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2003-04-11
Also published as: KR100544865B1; KR20010022476A; EP1109423A1; WO2000076273A1; KR20030022263A; CN1296724A; JP2003109731A; KR20020073158A

Abstract

(57)【要約】【課題】温度制御しやすく、温度分布の均一性が容易
に実現できると共に、薄くて軽いセラミックヒータを提
供すること。【解決手段】セラミック基板の表面または内部に発熱
体を形成してなるものであって、その発熱体は少なくと
も一部が屈曲パターンにて構成されていると共に、前記
発熱体はその面積抵抗率が50 ｍΩ／□未満のものであ
るセラミックヒーター。

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
おいて用いられるウエハ等を乾燥するために用いられる
セラミックヒーターに関し、特に、温度制御しやすく、
温度分布の均一性に優れ、薄くて軽いセラミックヒータ
ーについての提案である。

【０００２】

【従来の技術】半導体製品は、シリコンウエハー上にエ
ッチングレジストとして感光性樹脂を塗布したのちエッ
チングすることにより製造されることが多い。こうした
感光性樹脂は、シリコンウエハー表面に塗布した後に乾
燥しなければならない。その乾燥の方法としては、前記
樹脂が塗布されたシリコンウエハーをヒーター上に載置
して加熱する方法が一般的である。

【０００３】このために用いるヒーターとしては、従
来、アルミニウム製基板の裏面に発熱体を取付けたもの
が代表的である。ところが、このような金属製のヒータ
−は、基板が金属製であるため、厚みを１５ｍｍ程度と
厚くしなければならない。なぜなら、薄い金属板では、
加熱に起因する熱膨張により、そり、歪みが発生してし
まい、金属板上に載置されるウエハーが破損したり傾い
たりしてしてしまうからである。そのため、従来の金属
製ヒーターは重量が大きく、かさばるという問題があっ
た。また、ヒーターによるシリコンウエハーの加熱は、
発熱体に印加する電圧や電流を調節することにより、基
板の温度を制御して行われる。しかし、この方法は、金
属板が厚いために、ヒーター基板の温度が電圧や電流の
変化に対して迅速に追従せず、温度制御特性が悪いとい
う問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これに対し従来、窒化
アルミニウムを用いたセラミックヒータが提案されてい
る (特開平４−３００２４９号公報など) が、この従来
技術では、ヒータ用抵抗体 (発熱体) として、焼成後の
面積抵抗率が５０ｍΩ／□ (0.05Ω／□) 未満のもので
は、ヒータとしての使用には難があることを指摘して、
５０ｍΩ〜１０００Ω／□の発熱体を提案している。し
かしながら、このようなペーストを例えば、特開平１１
−４０３３０号などに記載されるセラミックヒータに応
用すると、加熱面に温度差が発生してしまうという問題
が発生した。

【０００５】そこで、本発明の目的は、温度制御しやす
く、温度分布の均一性が容易に実現できると共に薄くて
軽いセラミックヒーターを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】従来技術が抱えている上
記課題について検討した結果、このような問題が発生す
る理由の１つとして、発熱体が同心円や渦巻き形状をし
ていることが挙げられる。というのは、セラミック基板
上に発熱体ペーストを印刷するとき、印刷方向(掃引方
向) によって発熱体の厚さにばらつきが生じるためであ
る。即ち、印刷した発熱体の厚みは、印刷方向と垂直な
方向の部分ほど厚く、印刷方向と平行に近い部分ほど薄
くなる。従って、発熱体パターンが同心円状や渦巻き状
の場合、円周方向の位置によって厚さが異なるパターン
が印刷形成されることになる。これは、印刷マスクがス
キージの効果を奏するためであると考えられる。このよ
うな問題を解決するには、発熱体パターンを少なくとも
一部に屈曲パターンを含むものにし、さらにその屈曲パ
ターンと、同心円状や渦巻き状の円状パターンとの混成
パターンにすればよい。その理由は、発熱体を屈曲パタ
ーンにすると、円状パターンのような印刷方向による厚
さのむらが発生しにくくなるからである。しかしなが
ら、屈曲パターンを形成しようとすると、発熱体が長く
なり、抵抗値が必要以上に高くなってしまう。

【０００７】そこで、発明者らは、上記の問題点を克服
するためにはさらに、発熱体の面積抵抗率を５０ｍΩ／
□未満、特に１〜４５ｍΩ／□に制御することが必要で
あるとの知見を得た。このようにすれば、たとえ発熱体
パターンが長くなったとしても、抵抗値が必要以上には
高くならないからである。

【０００８】本発明は、上述のような知見の下に開発し
たものであり、その要旨構成は次のとおりである。即
ち、本発明は、窒化物セラミックまたは炭化物セラミッ
ク等からなるセラミック基板の表面または内部に発熱体
を形成してなるものであって、その発熱体は、少なくと
も一部が屈曲パターンにて構成されていると共に、その
面積抵抗率が50 ｍΩ／□未満のものであることを特徴
とするセラミックヒーターである。

【０００９】ここで、上記面積抵抗率とは、発熱体の幅
ｌ、厚さｄ、長さＬ、抵抗値Ｒ、体積抵抗率ρとすると
き (図３参照) 、面積抵抗率ｒ＝（ρ／ｄ）＝ｌ×（Ｒ
／Ｌ）である。従って、抵抗値Ｒ＝ｒ×Ｌ／ｌとなる。
つまり、発熱体の幅ｌが小さくなるほど、また、長さが
長くなるほど抵抗値Ｒが高くなることがわかる。このこ
とから、たとえパターン長さＬを長くしたとしても、面
積抵抗率ｒを下げれば抵抗値Ｒが大きくなり過ぎること
を防止することができることを意味しており、ひいては
屈曲パターン (たとえば、円状パターンとは交会する方
向に伸びる湾曲状、蛇行状に屈曲形成されたパターン)
を導入すれば、加熱面の温度均一性を担保できることが
わかる。

【００１０】なお、本発明において、前記発熱体は、金
属粒子と、この金属粒子に対し、0.1 超〜１０wt％未満
の酸化鉛、酸化亜鉛、酸化けい素、酸化ほう素、酸化ア
ルミニウム、酸化イットリウム及び酸化チタンから選ば
れるいずれか１種以上の金属酸化物とを含む導電ペース
トを焼成して断面扁平形状としたものからなることが好
ましく、その金属粒子としては、貴金属、鉛、タングス
テン、モリブデンおよびニッケルから選ばれるいずれか
１種以上を用いることが好ましい。そして、この発熱体
は、その表面が、非酸化性の金属層で被覆されているこ
とが好ましい。

【００１１】さらに、前記発熱体は、断面アスペクト比
（発熱体の幅／発熱体の厚さ）が、10〜10000 の断面扁
平形状のものであることが好ましく、そしてこの発熱体
がセラミックス基板の内部に埋設される場合、その埋設
位置が、基板の中心から厚さ方向に偏芯した位置（加熱
面とは反対側の面から厚さ方向に６０％以内のところに
位置する）に埋設することが望ましく、特に、加熱面と
は反対側の面から厚さ方向に５０％以内のところに位置
し、かつその発熱体からは遠い側の面を加熱面としたも
のであることが好ましい。

【００１２】前記発熱体は、セラミック基板の表面に形
成される場合、該発熱体が形成された面の反対側の面が
加熱面となっている。この場合、セラミック基板それ自
体が熱拡散板となり、それ故に発熱体パターンに制約さ
れた温度分布になることが抑制でき、板面全体に均一な
温度分布となるようにすることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明のセラミックヒーターは、
たとえば絶縁性の窒化物セラミックまたは炭化物セラミ
ック等のセラミック基板を用い、このセラミック基板の
一方の面に断面形状が扁平な (板状) 発熱体を印刷形成
し、そしてその面とは反対側の面を、シリコンウエハな
どの半導体製品を載置して加熱する加熱面として構成し
たものである。本発明のセラミックヒーターはまた、扁
平な断面形状を有する発熱体を、セラミック基板の内部
に埋設 (挟持) したものであってもよく、この場合、該
発熱体は、中心から基板の厚さ方向に偏芯させて（加熱
面とは反対側の面から６０％以内の範囲内で中心から外
れた偏芯位置）に埋設し、望ましくは、加熱面とは反
対側の面から５０％以内のところに設け、発熱体から遠
い方の面を加熱面としたものであってもよい。

【００１４】前記セラミック基板は、円板であることが
望ましい。とくに、発熱体パターンが円状である場合
に、角隅がないため、加熱面の温度分布を均一化しやす
いからである。このセラミック基板の厚さは、１〜２５
ｍｍ程度とすることが望ましい。この程度の厚さであれ
ば、熱容量が小さく、温度制御性に優れるからである。
このセラミック基板の大きさは、２００ｍｍφ程度以上
が好ましい。その理由は、直径２００ｍｍ以上の大きな
加熱面をもつヒータほど、加熱面の温度分布が不均一に
なりやすからである。

【００１５】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を用いる理由は、これらは熱膨張
係数が金属よりも小さく、それ故に、薄くしても加熱に
よって反ったり、歪んだりしないからである。そのた
め、ヒーターの基板を薄くて軽いものとすることができ
る。また、このようなセラミック基板は、熱伝導率が高
く、しかも薄いために該基板の表面温度が、発熱体の温
度変化に対して迅速に応答するという特徴がある。即
ち、電圧、電流を変えて発熱体の温度を変化させる際
に、その変化にセラミック基板の表面温度が速やかに追
随，応答して変動する。

【００１６】素材である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、窒化けい素、窒化ほう
素、窒化チタンなどから選ばれるいずれか１種以上を使
用することが望ましい。一方、炭化物セラミックとして
は、例えば、炭化けい素、炭化ジルコニウム、炭化チタ
ン、炭化タンタル、炭化タングステンなどから選ばれる
いずれか１種以上を使用することが望ましい。なお、酸
化物セラミックであっても、ベリリアなどの熱伝導率が
高いものは使用することができる。

【００１７】本発明のセラミックヒーターは、発熱体が
基板表面にある場合、発熱体取り付け面 (配設側) とは
反対側の面を加熱面とすること、一方、発熱体が基板内
部にある場合、該基板の中心から厚さ方向に偏芯させて
埋設し、かつ扁平形状の発熱体から遠い側を加熱面とす
ることにより、熱の伝搬が該基板全体に均一にかつ速や
かに拡散するためと、加熱面に発熱体のパターンに限ら
れた温度分布が発生するのを抑制することができ、ひい
ては温度分布の均一性を確保する上で有効である。

【００１８】なお、本発明のセラミックヒーターを用い
て半導体ウエハなどの被加熱物を加熱する場合、該被加
熱物は加熱面から離間させて加熱してもよく、直接加熱
面に接触させて加熱してもよい。離間させる場合は、５
〜５００μｍの距離にセットすることが望ましい。この
セットの範囲は、離間しすぎると加熱ができず、逆に近
すぎると加熱面の温度分布の影響を受けるからである。

【００１９】本発明において、上記発熱体は、基板の表
面や内部に、金属粒子や金属酸化物粒子を含む導電ペー
ストを塗布してパターンを形成し、これを加熱焼成して
形成される。このように、導電ペーストを加熱焼成する
方法によれば、導電性の金属粒子を効率よくセラミック
基板表面または内部に焼き付けることができ、所望の面
積抵抗率を有する発熱体が形成しやすいからである。な
お、この焼結処理は、金属粒子どうしあるいは金属粒子
と前記セラミックが互いに融着する程度の処理とする。

【００２０】図１に示すように、かかる発熱体12は、セ
ラミック基板11全体の温度を均一に昇温する必要がある
ことから、少なくとも一部に屈曲パターン12を設けて形
成する。その上で同心円状、渦巻状などの円状パターン
12b 〜12d との混成パターンとしたものがよい。従っ
て、屈曲パターン12a のみの発熱体12であってもよい。
発熱体のパターンとして、少なくとも一部に屈曲パター
ン12a を採用することで、印刷方向の違いによる厚さの
ばらつきが生じるのを抑制することができるからであ
る。なお、この屈曲パターン12a は、混成パターンの場
合、円状パターン12b 〜12d の外側にあって、この円状
パターン12b 〜12d と交会する向きを指向する湾曲状、
蛇行状に屈曲形成されたパターンであることが望ましい
が、必ずしも角形に曲成したパターンにする必要はな
い。

【００２１】パターン形成した該発熱体12の厚さは、上
述した断面アスペクト比を満足した上で、１〜５０μｍ
程度とすることが望ましいが、該セラミック基板11の表
面に発熱体12を形成する場合は、１〜１０μｍが好まし
い。一方、該基板11の内部に該発熱体12を形成する場合
は、１〜５０μｍの厚さにすることが好ましい。また、
この発熱体12の幅は、0.1 〜２０ｍｍ程度とすることが
望ましいが、セラミック基板11の表面に発熱体12を形成
する場合は、0.1 〜５ｍｍ、基板の内部に該発熱体12を
形成する場合は、１〜２０ｍｍ程度とすることが好まし
い。これらの範囲に限定する理由は、一般に、発熱体12
の厚さおよび幅を変えることにより抵抗値を変化させる
ことができるが、上記範囲が発熱体の温度制御特性が最
も良好だからである。

【００２２】この発熱体は、基板の内部に埋設形成した
場合の方が、厚み、幅とも大きくすることができる。こ
の理由は、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、セラミック基板の加熱表面の温度均
一性が低下するため、加熱面を均一に加熱するには、該
発熱体自体の幅を広げる必要が生じる。しかも、内部に
発熱体を設ける場合、基板の窒化物セラミック等との密
着性を考慮する必要性がなくなるため、タングステンや
モリブデンなどの高融点金属、タングステンやモリブデ
ンなどの炭化物を使用することができ、ひいては抵抗値
を高くすることが可能となる。その結果として、断線等
を防止する目的で発熱体の厚みを厚くすることができる
からである。

【００２３】この発熱体は、一般には断面形状が方形あ
るいは楕円形であって、好ましくは扁平な形状であるこ
とが望ましい。とくに、セラミック基板の内部に発熱体
を設ける場合は、扁平であることが必須となる。その理
由は、断面が扁平な形状の方が加熱面に向かって放熱し
やすいため、加熱面に温度分布ができにくいからであ
る。かかる発熱体の断面のアスペクト比（発熱体の幅／
発熱体の厚さ）は、10〜10000 程度であることが望まし
く、50〜5000がより好ましい。この範囲内に調整する
と、発熱体の抵抗値を大きくすることができると同時
に、加熱面の温度分布の均一性を確保することができる
からである。

【００２４】セラミック基板の表面もしくは内部に配設
した発熱体のパターンの厚さが一定の場合、アスペクト
比が小さいと、基板の加熱面方向への熱の伝達量が小さ
くなり、加熱面には発熱体パターンと同じような熱分布
になってしまう。逆に、アスペクト比が大きすぎると発
熱体パターン中央の直上部分が高温となってしまい、結
局、加熱面には発熱体パターンと同じような熱分布が形
成される。

【００２５】次に、前記発熱体を形成するための導電ペ
ーストについて説明する。この導電ペーストは、導電性
を確保するための金属粒子や導電性セラミックの他、金
属酸化物、樹脂、溶剤、増粘剤などを混合したものが用
いられる。

【００２６】前記金属粒子としては、貴金属（金、銀、
白金、パラジウム）、鉛、タングステン、モリブデン、
ニッケルから選ばれるいずれか１種以上のものが用いら
れる。これらの金属は比較的酸化しにくく、発熱するに
十分な抵抗を示すからである。一方、導電性セラミック
としては、タングステンやモリブデンの炭化物などから
選ばれるいずれか１種以上のものが使用できる。これら
金属粒子あるいは導電性セラミックは、粒径が 0.1〜10
0 μｍの大きさにすることが望ましい。微細すぎると酸
化しやすく、一方、大きすぎると焼結しにくくなり、抵
抗値が大きくなるからである。前記金属粒子は、球状、
リン片状、もしくは球状とリン片状の混合物を使用する
ことができる。とくに、形状がリン片状の場合は、金属
粒子の間に後述する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が向上するからで
ある。

【００２７】かかる導電ペーストに用いられる樹脂とし
ては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などが好適であ
る。溶剤としては、イソプロピルアルコールなどが使用
できる。増粘剤としては、セルロースなどが使用でき
る。

【００２８】本発明において、前記導電ペーストにはま
た、金属粒子の他に酸化物を含有せしめて、金属粒子と
酸化物との混合物焼結体とすることが有効である。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の間
に酸化物が介在すると、これらの密着性を向上させるこ
とができる。密着性が改善される理由は、金属粒子表面
および窒化物セラミックまたは炭化物セラミックの表面
はわずかに酸化膜が存在しているが、この酸化膜が酸化
物に対して親和性を示して容易に一体化し、その結果、
金属粒子と窒化物セラミックまたは炭化物セラミックが
該酸化物を介して密着するためと考えられる。かかる酸
化物としては、酸化鉛、酸化亜鉛、酸化けい素、酸化ホ
ウ素、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化チタ
ンから選ばれるいずれか１種以上を用いる。これらの酸
化物は、発熱体の面積抵抗率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
密着性を改善するからである。また、この酸化物の結晶
化温度は７００℃未満が望ましい。７００℃以上では、
高温での焼成が必要になり、金属粒子の抵抗値の変動を
招くからである。

【００２９】次に、本発明のセラミックヒーターにおい
て、特徴的な構成の1つは、発熱体を面積抵抗率が一定
の値 (５０ｍΩ／□未満) になるように形成した点にあ
る。発熱体の面積抵抗率を一定の値にするためには、上
述した導電ペースト中の前記金属酸化物の含有量を制御
することが必要である。この金属酸化物の含有量は、金
属粒子に対して 0.1〜１０wt％未満に相当する量とする
ことが望ましい。この理由は、0.1 wt％未満では添加の
効果がなく、一方で１０wt％以上だと、発熱体の面積抵
抗率が大きくなりすぎるからである。なお、金属酸化物
どうしの混合割合は、金属酸化物の全量を100 wt％とし
た場合に、酸化鉛が１〜１０wt％、酸化けい素が１〜３
０wt％、酸化ほう素が５〜５０wt％、酸化亜鉛が２０〜
７０wt％、酸化アルミニウムが１〜１０wt％、酸化イッ
トリウムが１〜５０wt％、酸化チタンが１〜５０wt％の
範囲で、その合計が１００wt％を越えないように調整さ
れることが望ましい。これらの範囲は特に金属粒子と窒
化物セラミックとの密着性を改善し、必要な面積抵抗率
にする上で効果的である。

【００３０】このように、金属酸化物の添加量を金属粒
子に対して0.1 〜１０wt％未満の範囲に調整すると、発
熱体の面積抵抗率は、５０ｍΩ／□未満、特に１〜４５
ｍΩ／□にすることができる。この面積抵抗率が大きく
なりすぎると、印加電圧に対する発熱量が大きくなりす
ぎて、セラミック基板の表面に発熱体を配設したケース
では、制御がしにくくなる。なお、金属酸化物の量が１
０wt％以上になると、面積抵抗率は５０ｍΩ／□以上と
なり、発熱量が大きくなりすぎて温度制御が困難とな
り、しかもヒーターの温度分布の均一性が低下する。

【００３１】本発明においては、図２に示すように、前
記発熱体の表面を金属層14で被覆することが望ましい。
上述したように、発熱体12は金属粒子の焼結体であるか
ら、これが空気中に露出していると酸化しやすく、面積
抵抗率が変化してしまうからである。そこで、本発明で
は、発熱体 (金属粒子焼結体) 12の表面を金属被覆層14
で被覆することにより酸化を防止することにしたのであ
る。その金属被覆層14の厚さは、0.1 〜１０μｍ程度が
望ましい。この範囲は、発熱体12の面積抵抗率を変化さ
せることなく、発熱体12の酸化を防止するのに有効だか
らである。発熱体表面に被覆する金属は、非酸化性の金
属であればよい。例えば、金、銀、パラジウム、白金、
ニッケルから選ばれるいずれか１種以上のものがよい。
なかでもニッケルは好適である。この理由は、一般に発
熱体12には電源と接続するための端子13が必要であり、
この端子13ははんだを介して発熱体12に取付けられてい
るが、いわゆるニッケルは、はんだの熱拡散を防止する
作用を有するからである。その接続端子としては、コバ
ール製の端子ピン13a を使用することができる。ただ
し、発熱体がセラミック基板11の内部に配設される場合
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。

【００３２】次に、上記セラミックヒーターの製造方法
について説明する。Ａ．セラミック基板の表面に発熱体を形成する場合 (1) 絶縁性の窒化物セラミックまたは絶縁性の炭化物セ
ラミックの粉体を焼結して窒化物セラミックまたは炭化
物セラミックからなる板状体（セラミック基板）を形成
する。この工程では、前述した窒化アルミニウムなどの
窒化物セラミックまたは炭化けい素などの炭化物セラミ
ックの粉体、さらに必要に応じて、イットリアなどの焼
結助剤やバインダーからなる混合粉末を、スプレードラ
イ法などの方法によって顆粒状にし、得られたこの顆粒
を金型などに入れて加圧することにより、板状に成形し
て生成形体とする。次に、この生成形体を加熱焼成して
焼結し、セラミック製の板状体を製造する。加熱焼成の
際、加圧することにより気孔のないヒーター用セラミッ
ク基板11を製造する。加熱焼成は、焼結温度以上であれ
ばよいが、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックで
は、１０００〜２５００℃が好適である。

【００３３】(2) 上記(1) 工程で得られたセラミック製
の板状体（ヒーター板, 即ちセラミック基板11）の表面
に、金属粒子を含む導電ペーストを印刷して、面積抵抗
率５０ｍΩ／□未満、特に１〜４５ｍΩ／□の発熱体と
なる金属粒子層を形成する。この工程では、金属粒子、
樹脂、溶剤からなる粘度の高い流動性を有する導電ペー
ストを、スクリーン印刷などの方法により所要の位置に
印刷する。導電ペーストを印刷により塗布して金属粒子
層を形成する理由は、セラミック基板11全体を均一な温
度に加熱するための発熱体を形成するためには、図１に
示すような３種の同心円からなるパターン12b 〜12d と
屈曲パターン12a とを正確に形成することが望ましいか
らである。また、発熱体の断面形状は方形を基本とし
て、扁平な断面形状とすることが望ましい。

【００３４】(3) セラミック基板11上に印刷して形成し
た金属粒子層を加熱焼結して、セラミック基板11の表面
に前記発熱体12a 〜12d を形成する。この工程では、導
電ペーストを印刷して形成される金属粒子層を加熱焼成
して、樹脂、溶剤を除去するとともに、金属粒子を焼結
(加熱焼成温度は 500〜1000℃) させて発熱体12を形成
する。この工程での処理に際し、例えば、導電ペースト
中に金属酸化物を添加しておくと、金属粒子、セラミッ
ク製の板状体および金属酸化物が焼結して一体化するた
め、発熱体とセラミック製の板状体との密着性が向上す
る。なお、この工程においては、必要に応じ、前記金属
粒子層 (発熱体) の表面には金属被覆層14を形成しても
よい。この処理は、電解めっき、無電解めっき、スパッ
タリングにより行うことができるが、量産性を考慮する
と無電解めっきが最適である。 (4) こうして得られた発熱体12の各パターン12a 〜12d
の端部13には、電源との接続のための端子ピン13a をは
んだにて取りつける。

【００３５】Ｂ．セラミック基板の内部に発熱体を設け
る場合 (1) 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、バインダーおよび溶剤と混合してグリー
ンシートを得る。この工程において、前記セラミック粉
体としては、窒化アルミニウム、炭化けい素などを使用
することができ、必要に応じて、酸化イットリウム (イ
ットリア) などの焼結助剤などを加えてもよい。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、ポリビニラールから選ばれる
少なくとも１種以上が望ましい。溶媒としては、α−テ
ルピオーネ、グリコールから選ばれるいずれか１種以上
を用いることが望ましい。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
ーンシートを製造する。得られたそのグリーンシート
に、必要に応じて、シリコンウエハーの支持ピン (リフ
ターピン16) を挿入するための貫通孔15や熱電対を予め
埋め込むための凹部19を設けておくことができる。これ
ら貫通孔15や凹部19は、パンチングなどの方法にて形成
する。グリーンシートの厚さは、0.1〜５ｍｍ程度がよ
い。

【００３６】(2) 次に、グリーンシートに発熱体となる
金属粒子層を印刷する。この工程において、発熱体とな
る金属粒子層は、金属ペーストあるいは導電性セラミッ
クを用いた導電性ペーストを印刷することにより、面積
抵抗率５０ｍΩ／□未満、特に１〜４５ｍΩ／□の発熱
体を形成する。前記導電性ペースト中には、金属粒子あ
るいは導電性セラミック粒子が含まれており、このよう
な金属粒子としてはタングステンまたはモリブデンが、
また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。酸化しにくく熱電導
率の低下が少ないからである。上記タングステンの粒子
またはモリブデンの粒子の平均粒子径は 0.1〜５μｍが
よい。大きすぎても小さすぎても導電性ペーストの印刷
が困難になるからである。このような導電性ペーストと
しては、金属粒子または導電性セラミック粒子８５〜９
７重量部、アクリル系、エチルセルロース、ブチルセロ
ソルブ、ポリビニラールから選ばれるいずれか１種以上
のバインダー 1.5〜１０重量部、α−テルピオーネ、グ
リコールから選ばれる少なくとも１種以上の溶媒を 1.5
〜１０重量部混合して調製したタングステンペーストま
たはモリブデンペーストが最適である。

【００３７】(3) 次に、工程(2) で得られた発熱体つき
グリーンシートと、工程(1) と同様の方法で得られた他
のグリーンシートとを１枚以上積層する。例えば、金属
粒子層の上面 (加熱面側) に３７枚、その反対側に１７
枚を積層接着する。積層する場合は、(2) の発熱体印刷
グリーンシートの上側（加熱面側）に積層される工程
(1) で得られたグリーンシートの数を、下側に積層され
るグリーンシートの数よりも多くして、発熱体12の形成
位置を厚さ方向に偏芯させる。望ましくは、同じ厚さの
グリーンシート数を積層して、上側と下側の構成の比率
を１／１〜１／９９とする。具体的には、上側に２０〜
５０枚、下側に５〜２０枚を積層する。

【００３８】(4) 加熱加圧してグリーンシートおよび導
電ペーストを焼結する。この工程の処理は、加熱温度を
１０００〜２０００℃とし、加圧力を１００〜２００kg
／cm^２として、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、窒素などを使用できる。最後に、
端子ピン13a 取り付け部位に、はんだペースト17を印刷
した後、該端子ピン13a を乗せて、加熱してリフローす
ることによりこれを固定する。はんだペースト17をリフ
ローするための加熱温度は、２００〜５００℃が好適で
ある。さらに、必要に応じて熱電対を埋め込むことがで
きる。

【００３９】実施例（実施例１）窒化アルミニウムセラミックヒーター (1) 窒化アルミニウム粉末（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
リルバインダー１２重量部およびアルコールからなる混
合組成物を、スプレードライヤー法にて顆粒状粉末にし
た。 (2) 前記顆粒状粉末を金型に入れて、平板状に成形して
生成形体を得た。生成形体をドリル加工して、半導体ウ
エハ（シリコンウエハ）18のリフターピン16と、ウエハ
を加熱面11a から５〜5000μｍ離間して加熱するための
ギャップピン20を挿入するための貫通孔15、熱電対を埋
め込むための凹部（有底孔） 19を設けた。 (3) 生成形体を1800℃、圧力200 kg／cm^２でホットプレ
スし、厚さ３mmの窒化アルミニウム板状体を得た。これ
を直径210 mmの円状に切り出してセラミック製の板状体
（セラミック基板）11とした。（4）上記(3) で得たセラミック基板11に、スクリーン
印刷にて導電ペーストを印刷した。印刷パターン（抵抗
発熱体）は、図１に示すような渦巻き12b 〜12dと屈曲
パターン12ａの混成パターンとした。そして、この発熱
体12には端子部13ａ〜13ｆを形成し、その端子部には、
外部端子（Ｔ型ピン）13a を形成した。前記導電ペース
トは、リン片状銀（平均径4.5 μｍ、昭栄化学工業製
Ａｇ−３３５）７０重量部、酸化ビスマス３重量部、ほ
う珪酸亜鉛（５０重量％SiＯ_２、１０重量％Ｂ_２Ｏ_３、
４０重量％ＺｎＯ）2.7 重量部、PbＯ 0.15 重量部、Cd
Ｏ 0.15 重量部に酢酸エチルセルロース 3.4重量部、ブ
チルカルビトール 17.9重量部添加して混合したものを
用いた。

【００４０】(5) 導電ペーストを印刷したセラミック基
板11を780 ℃で加熱焼成して、導電ペースト中の銀を焼
結するとともに、セラミック基板11に焼きつけた。銀−
鉛焼結体による発熱体パターンは、厚さが５μｍ、幅2.
4 mmであり、面積抵抗率は7.7ｍΩ／□であった。 (6) 硫酸ニッケル８０ｇ／ｌ、次亜リン酸ナトリウム２
４ｇ／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(5) のセラミック基板11を浸
漬して、銀の焼結体の表面に厚さ１μｍのニッケルの金
属を析出させて発熱体12を形成した。 (7) 電源との接続を確保するための端子を取りつける部
分k 端子部13ａ〜13ｆに、スクリーン印刷法により銀−
鉛はんだペーストを印刷し、はんだ層（田中貴金属製）
を形成した。ついで、このはんだ層の上にコバール製の
外部端子（Ｔ型ピン）13a を載置して、420 ℃で加熱し
てリフローし、外部端子13a を発熱体12の表面に取りつ
けた。また、ギャップピン20を挿入して金具で固定し
た。 (8) 温度制御のための熱電対を埋め込み、セラミックヒ
ーター10を得た (図２)。

【００４１】（実施例２）炭化けい素セラミックヒー
ター実施例１と基本的に同じ工程によるが、導電ペースト
は、リン片状銀（平均径4.5 μｍ、昭栄化学工業製Ａ
ｇ−３３５）３５重量部と球状銀（昭栄化学工業製Ａ
ｇ−１２８）３５重量部、酸化ビスマス３重量部、ほう
珪酸亜鉛（５０重量％SiＯ_２、１０重量％Ｂ_２Ｏ_３、４
０重量％ＺｎＯ）2.7 重量部、PbＯ 0.15重量部、CdＯ
0.15 重量部に酢酸エチルセルロース 3.4重量部、ブチ
ルカルビトール 17.9 重量部添加して混合したものであ
る。面積抵抗率は、１０ｍΩ／□である。

【００４２】また、平均粒径1.0μｍの炭化けい素粉末
を使用し、焼結温度を1900℃とし、さらに表面を1500℃
で２時間焼成して表面に厚さ１μｍのSiＯ_２層を形成し
た。

【００４３】（実施例３）発熱体を内部に形成したヒ
ーター (1) 窒化アルミニウム粉末（トクヤマ製、平均粒径1.1
μｍ）100 重量部、イットリア（平均粒径0.4 μｍ）４
重量部、アクリルバイダー 11.5 重量部、分散剤0.5 重
量部および１−ブタノールおよびエタノールからなるア
ルコール５３重量％を混合した混合組成物を、ドクター
ブレードで形成して厚さ 0.47 mmのグリーンシートを得
た。 (2) グリーンシートを８０℃で５時間乾燥した後、パン
チングにて直径1.8 mm、3.0 mm、5.0 mmの半導体ウエハ
ー支持ピン挿入用貫通孔、および発熱体と端子ピンとを
接続するためのスルーホール用孔を設けた。 (3) 金粉末（昭栄化学工業製Ａｕ−３０６）100 重量
部、SiＯ_２ 1.0重量部、Ｂ_２Ｏ_３ 2.5重量部、ZnＯ 5.6
重量部、PbＯ 0.6重量部、Bi_２Ｏ_３ 2.1重量部、酢酸エ
チルセルロース 3.4重量部、ブチルカルビトール 17.9
重量部を混合して発熱体用のペーストとし導電性ペース
トＡとした。また、平均粒子径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
ルピオーネ溶媒を3.7 重量部、分散剤0.2 重量部を混合
して導電性ペーストＢとした。上記導電性ペーストＡを
グリーンシートにスクリーン印刷でパターンを描いて印
刷した。印刷パターンは図１に示したような同心円とし
た。また、端子ピン13aと接続するためのスルーホール
用貫通孔15に、導電性ペーストＢを充填した。さらに、
上記導電ペーストＡを印刷しないグリーンシートを上側
（加熱面）に３７枚、下側に１７枚を積層し、130 ℃、
80kg／cm^２の圧力で合体させて積層体とした。

【００４４】(4) 前記積層体を窒素ガス中で600 ℃で５
時間脱脂し、1890℃、圧力150 kg／cm ^２で３時間ホット
プレスし、厚さ３mmの窒化アルミニウム板状体を得た。
これを直径230 mmの円状に切り出して内部に厚さ６μ
ｍ、幅１０mmの発熱体を有するセラミック基板11とし
た。スルーホール間の抵抗値およびパターン面積、厚さ
から面積抵抗率を測定したところ、３０ｍΩ／□であっ
た。発熱体形成位置は、加熱面の反対側から厚さ方向３
３％の位置であった。 (5) (4)で得たセラミック基板11を、ダイヤモンド砥石
で研磨した後、マスクを載置し、ガラスビーズによるブ
ラスト処理で熱電対収納用の孔を設けた。

【００４５】(6) さらに、スルーホール用孔の表面の一
部を切り拡げて凹部を形成し、この凹部にＮｉ−Ａｕ合
金からなる金ろうを供給し、次いで７００℃で加熱リフ
ローしてコバール製の端子ピン13a を接続した。なお、
端子ピンの接続は、前記凹部を利用して、端子ピンが３
点で支持されるような構造にすることが接続信頼性を確
保する上で望ましい。 (7) 温度制御のための複数の熱電対を孔内に埋め込み、
セラミックヒーターを得た。

【００４６】（比較例１）基本的には実施例１と同様で
あるが、導電ペーストについては、白金 100重量部、Si
Ｏ_２1.0 重量部、ほう珪酸亜鉛（５０重量％SiＯ_２、１
０重量％Ｂ_２Ｏ_３、４０重量％ZnＯ）１０重量部、酢酸
エチルセルロース５重量部、ブチルカルビトール３０重
量部からなるものを使用した。得られた発熱体パターン
の面積抵抗率は、５５ｍΩ／□であった。

【００４７】なお、本発明実施例１〜３、比較例１につ
いて、それぞれの表面温度を２５０℃とした場合の加熱
面の最高温度と最低温度の差をサーモビュア（日本デー
タム社製ＩＲ−６２０１２−００１２）で測定した。
その結果を表１にまとめて示すが、本発明実施例の場
合、加熱面の温度差が小さく、温度分布の均一性が確保
できる。それ故に、本発明実施例では温度制御がしやす
いことがわかった。一方比較例では、抵抗値が高くなり
すぎて屈曲パターンの部分の温度が高くなり、温度の不
均一が発生した。

【００４８】

【表１】

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るセラ
ミックヒーターは、薄くかつ軽いので実用的であり、ま
た、加熱面の温度分布の均一性にも優れており、静電チ
ャックやウエハプローバ，バーンインヒータあるいはサ
セプタなどに応用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミックヒーターの一例を示す平面
図である。

【図２】本発明のセラミックヒーターの一例を示す断面
模式図である。

【図３】面積抵抗率を説明する模式図である。

【符号の説明】

11 セラミック基板 12 発熱体 12a 屈曲パターン 12b 〜12d 円状パターン 13 端子 13a 端子ピン 14 金属被覆層 15 貫通孔 16 リフターピン 17 はんだ層

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/12 Ｈ０５Ｂ 3/16 3/16 3/18 3/18 3/74 3/74 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６７Ｆターム(参考） 3K034 AA02 AA10 AA20 AA21 AA22 AA34 AA37 BA02 BB06 BB14 BC04 BC12 BC17 FA21 JA02 3K092 PP09 QA05 QB02 QB33 QB44 QB45 QB74 QB76 RF03 RF11 RF19 RF22 RF27 SS18 VV04 5F046 KA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック基板の表面または内部に発熱
体を形成してなるものであって、その発熱体は、少なく
とも一部が屈曲パターンにて構成されていると共に、そ
の面積抵抗率が50 ｍΩ／□未満のものであることを特
徴とするセラミックヒーター。
【請求項２】前記発熱体は、貴金属、鉛、タングステ
ン、モリブデンおよびニッケルから選ばれるいずれか少
なくとも１種以上の金属粒子と、この金属粒子に対して
0.1 超〜10 wt％未満の酸化鉛、酸化亜鉛、酸化けい
素、酸化ほう素、酸化アルミニウム、酸化イットリウム
および酸化チタンから選ばれる少なくとも１種以上の金
属酸化物とを含む導電ペーストを焼成し、断面扁平形状
としたものからなることを特徴とする請求項１に記載の
セラミックヒーター。
【請求項３】前記発熱体は、その表面が、非酸化性の
金属層で被覆されたものであることを特徴とする請求項
１または２に記載のセラミックヒーター。
【請求項４】前記発熱体は、断面アスペクト比（発熱
体の幅／発熱体の厚さ）が、10〜10000の形状を示すも
のであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に
記載のセラミックヒーター。
【請求項５】前記発熱体は、セラミック基板の加熱面
側とは反対側の表面に形成されていることを特徴とする
請求項１〜４のいずれか１に記載のセラミックヒータ
ー。
【請求項６】前記発熱体は、加熱面とは反対側の面か
ら、厚さ方向に60 ％以内の偏芯した位置の内部に埋設
されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１
に記載のセラミックヒーター。