JP2004296532A - Hot plate unit - Google Patents

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JP2004296532A
JP2004296532A JP2003083618A JP2003083618A JP2004296532A JP 2004296532 A JP2004296532 A JP 2004296532A JP 2003083618 A JP2003083618 A JP 2003083618A JP 2003083618 A JP2003083618 A JP 2003083618A JP 2004296532 A JP2004296532 A JP 2004296532A
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ceramic
hot plate
heating element
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ceramic heater
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JP2003083618A
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Japanese (ja)
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Jun Ohashi
純 大橋
Yasutaka Koga
靖隆 古賀
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Ibiden Co Ltd
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Ibiden Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hot plate unit in which no leakage occurs from the wiring of resistance heat generating elements even when the inside of a supporting container becomes a high temperature. <P>SOLUTION: This hot plate unit comprises a ceramic heater constituted by forming the resistance heat generating elements on or in a ceramic substrate and connecting external terminals to the ends of the heat generating elements and a ceramic supporting container which supports the heater. The supporting container is composed of a bottomed annular or polygonal supporting section having a through hole in its bottom and a projecting body joined to the through hole forming section of the supporting section. On the bottom of the supporting section constituting the supporting container, a plurality of projections are formed and the ceramic heater is fixed to the bottom through the projections. At the same time, the wiring connected to the external terminals is led out through the projecting body of the supporting container. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造・検査用装置に使用されるホットプレートユニットに関するものである。
【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、セラミックヒータが使用されていた。
【０００３】
セラミックヒータは、通常、支持容器に断熱リング等を介して固定されるか、支持容器内部に設けられた支持部材に固定されてホットプレートユニットとして使用され、半導体ウエハに導体回路を形成する等の処理を施す際には、ホットプレートユニットを構成するセラミック基板上に半導体ウエハ等を載置し、加熱を行いながら種々の処理を施していた。
【０００４】
上記支持容器は、従来、ステンレス鋼やアルミニウム合金等の金属で構成されており、有底円環形状をしていた（特許第３３４８７１２号公報）。
また、上記支持容器を構成する底板には、小さな貫通孔が形成されており、セラミックヒータに形成された抵抗発熱体等からの配線は、上記貫通孔を通って支持容器の外へと引き出されていた。
さらに、通常、上記配線等は、多数の筒状の碍子等に挿通され、多数の碍子をほぼ隙間なく連ねることにより、周囲に存在する抵抗率の低い支持容器との短絡を防止しようとしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記碍子同士は接合されておらず、上記碍子同士の連結部にはわずかに隙間が形成されており、この隙間が形成された部分では、絶縁部材（碍子）が介在することなく、直接、雰囲気ガスを挟んで支持容器が存在していた。また、雰囲気ガス自体も、温度が上昇するに伴って絶縁性が低下していく。従って、ホットプレートユニットを高い温度で使用する場合、上記隙間が形成され、かつ、抵抗発熱体からの配線と支持容器が接近している部分において、セラミック基板の温度上昇により、支持容器およびその周辺の温度が上昇すると、上記配線と上記支持容器との間で雰囲気ガスを介して電流が流れ、漏電が発生してしまうという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、支持容器内が高温になっても、抵抗発熱体からの配線から漏電することがないホットプレートユニットを提供することを目的とする。
【０００７】
すなわち、本発明のホットプレートユニットは、セラミック基板の表面または内部に抵抗発熱体が形成され、上記抵抗発熱体の端部に外部端子が接続されてなるセラミックヒータと、それを支持する支持容器とを含んで構成されるホットプレートユニットであって、
上記支持容器は、底部に貫通孔を有する絶縁性の有底円環形状又は有底多角形形状の支持部と、上記貫通孔形成部に接合された絶縁性の凸状体とからなり、
上記外部端子に接続された配線は、上記支持容器の上記絶縁性の凸状体を通って外部に導出されてなることを特徴とする。
【０００８】
本発明のホットプレートユニットによれば、支持容器によりセラミックヒータが支持、固定されており、上記セラミックヒータの底面と、支持容器との間に所定の空間が形成され、外部端子からの配線を、上記支持容器の底部からある程度の距離離して配設することができるようになるため、上記配線からの漏電を防止することができる。
【０００９】
なお、特公平６−２８２５８号に記載のセラミックヒータでは、供電用の電極を腐食性ガスから保護する凸状支持部を有しているが、凸状支持部は直接セラミックヒータの底面に接触している。このためセラミックヒータから凸状支持体へ熱が伝播し、セラミックヒータの加熱面の温度が中央部で低下してしまう。しかしながら、本発明では、有底円環形状の支持容器に凸状体が形成されているので、このような温度低下がない。
【００１０】
また、支持部の底部の貫通孔形成部に接合された絶縁性の凸状体を有するため、セラミックヒータから支持容器に伝播した熱は、さらに、上記絶縁性の凸状体を通って支持容器の下方に伝搬する。そのため、上記支持容器の支持部の温度が高くなりすぎるのを防止することができ、上記支持容器を構成するセラミックの体積抵抗率が低くなりすぎることを防止することができる。また、このように支持容器の温度が低下することにより、周囲の雰囲気ガスの温度も上昇しにくい。従って、抵抗発熱体に接続され、上記絶縁性の凸状体を通って外部に導出されている配線は、従来と同様に筒状の碍子で保護されているのみでも、支持容器への漏電を防止することができる。
【００１１】
以上説明のように、本発明では、凸状体を直接セラミックヒータに接触させるのではなく、支持容器を介して接続させるため、ヒータ加熱面に低温領域が形成されることはない。また、凸状体を利用して冷却することで、セラミックヒータ下の空間の温度が上昇しないようにすることができるため、支持容器への漏電を防止することができる。
【００１２】
本発明のホットプレートユニットでは、上記セラミックヒータには、頭部およびねじ部を有する固定部材を挿通するための固定用貫通孔が形成されるとともに、支持容器を構成する支持部の底部に形成された突起部には、ねじ孔が形成され、上記セラミックヒータは、突起部を介して該セラミックヒータの固定用貫通孔に挿通された固定部材により支持容器に固定されていることが望ましい。
上記固定部材を上記突起部に形成されたねじ孔にねじ込むことにより、セラミックヒータを支持容器に固定することができるからである。
【００１３】
また、本発明のホットプレートユニットでは、セラミックヒータは、該セラミックヒータと、上記固定部材との間に介装された弾性部材を介して突起部に固定されていることが望ましい。
セラミックヒータが、上記弾性部材を介さずに突起部に固定されると、上記セラミックヒータを加熱する際、セラミックヒータが熱膨張することにより、セラミック基板にひびやクラックが発生するおそれがあるが、本発明では、上記弾性部材を介して固定しているため、セラミックヒータが熱膨張しても、弾性部材の変形により大きな応力の発生を抑制することができ、セラミック基板にひびやクラックが発生するのを防止することができる。
弾性部材としては、シリコーンゴムなどの耐熱性ゴム、金属ばね、板状ばね、リング状ばねなどの各種ばねなどを使用することができる。
【００１４】
また、本発明のホットプレートユニットでは、セラミックヒータの上面にサセプタが載置され、上記サセプタを介して被加熱物を加熱することが望ましい。
サセプタを、セラミックヒータの上面に載置して使用することより、半導体ウエハ等の処理に起因するセラミック基板への汚染等を防止することができる。また、半導体ウエハ等の処理に起因して、サセプタに汚染物質等が付着した場合であっても、サセプタを取り外して洗浄を行うことにより、容易に汚染物質を取り除くことができるため、繰り返して使用することができる。
サセプタの材質は、石英ガラスが望ましい。石英ガラスは、窒化物セラミック等のセラミックに比べて熱伝導率が小さく、熱が保持されやすいため、上記サセプタの上面（加熱面）での外乱による温度のばらつきを小さくすることができる。なお、以下において、サセプタの上面（加熱面）のことを、単に、加熱面ともいうこととする。
また、窒化アルミニウムをサセプタとして使用することもできる。この場合は、熱伝導率が高いため、昇温速度、降温速度を向上させることができる。
さらに、サセプタとしては、窒化珪素などの窒化物セラミック、炭化珪素などの炭化物セラミック、アルミナなどの酸化物セラミック等を使用することができる。
【００１５】
さらに、上記サセプタの被加熱物を加熱する加熱面には、被加熱物との間に空間を形成するための複数の突起が形成され、上記被加熱物は、所定の空間を介して加熱されることが望ましい。
このように所定の空間を介して半導体ウエハ等を加熱することにより、サセプタからの熱が直接半導体ウエハに伝わらないため、半導体ウエハ等の被加熱物をより均一な温度で加熱することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
すなわち、本発明のホットプレートユニットは、セラミック基板の表面または内部に抵抗発熱体が形成され、上記抵抗発熱体の端部に外部端子が接続されてなるセラミックヒータと、それを支持する支持容器とを含んで構成されるホットプレートユニットであって、
上記支持容器は、底部に貫通孔を有する絶縁性の有底円環形状又は有底多角形形状の支持部と、上記貫通孔形成部に接合された絶縁性の凸状体とからなり、
上記支持容器を構成する支持部の底部には、複数の突起部が形成され、上記突起部を介して上記セラミックヒータが固定されるとともに、
上記外部端子に接続された配線は、上記支持容器の上記絶縁性の凸状体を通って外部に導出されてなることを特徴とする。
【００１７】
本発明のホットプレートユニットについて、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、有底円環形状の支持部を用いた場合について説明するが、有底多角形形状の支持部を用いても同様の作用効果を示す。また、絶縁性の凸状体として、柱状体を用いて説明する。
図１は、本発明のホットプレートユニットの一例を模式的に示した断面図であり、図２は、図１に示すホットプレートユニットを構成するセラミックヒータの一例を模式的に示す底面図である。また、図３は、図１に示すセラミックヒータの部分拡大断面図である。
【００１８】
図１に示すように、このホットプレートユニット１００は、主にセラミックヒータ１０と、セラミックヒータ１０を支持するための支持容器２０とから構成され、支持容器２０は、絶縁性の有底円環形状の支持部２１と、支持部２１に接合された絶縁性の柱状体２２とから構成されている。
また、支持部２１は、円環形状の外枠部２１ａと、外枠部２１ａの内側下部に形成された、貫通孔１４０と突起部２３とを有する底部２１ｂとから構成されており、貫通孔１４０形成部に絶縁性の柱状体２２が接合されるとともに、突起部２３には、ねじ孔（図示せず）が形成されている。
なお、柱状体は、円柱状や角柱状でもよく、また、中実（内部が充填された状態）でも中空（内部に空洞が形成された状態）でもよい。
【００１９】
一方、セラミックヒータ１０は、主に底面１１ｂに抵抗発熱体１２が形成されるとともに、外周近傍に固定用貫通孔１５が形成された円板状のセラミック基板１１と、セラミック基板１１の凹部１１ａに嵌め込まれたサセプタ２５とから構成されている。
【００２０】
そして、セラミックヒータ１０は、支持容器２０の底部２１ｂに形成された突起部２３を介し、セラミック基板１１の固定用貫通孔１５に挿通され、突起部２３のねじ孔にねじ込まれた固定部材１６により支持容器２０に固定されている。なお、セラミック基板１１に形成された固定用貫通孔１５は、２つの径の異なる孔が連通し、その間には、段部が形成されており、固定部材１６とセラミック基板１１とは、段部に引っ掛かるように載置された弾性部材１９を介して固定されている。
【００２１】
また、図１に示すように、セラミック基板１１の側面と、支持部２１の外枠部２１ａとが一定距離離れている。セラミック基板１１の側面と、支持部２１の外枠部２１ａとが接触していると、セラミックヒータ１０で発生した熱が外枠部２１ａに伝搬し、支持容器２０の温度が上昇してしまうが、その間に雰囲気ガスが存在していると、雰囲気ガスが断熱材の役目を果たし、伝熱を阻止するため、セラミック基板の外周部分の温度低下を防止することができるからである。なお、セラミック基板１１は、断熱リングを介して支持容器２０に固定されていてもよい。
【００２２】
セラミック基板１１の底面１１ｂに形成された複数の抵抗発熱体１２は、同心円形状に形成されている。これらの抵抗発熱体１２は、互いに近い二重の円心同士が一組の回路として、一本の線になるように形成され、これらの回路を組み合わせて、加熱面２５ａでの温度が均一になるように設計されている。
【００２３】
さらに、セラミック基板１１の底面１１ｂには、測温素子を挿入するための有底孔１４が形成され、この有底孔１４の内部に、リード線１８ａが接続された測温素子１８が埋設されており、リード線１８ａは、複数個の碍子１７０に挿通されている。
【００２４】
また、図示はしないが、抵抗発熱体１２には、酸化等を防止するために、必要により被覆層が形成されている。また、セラミック基板１１の内部には、抵抗発熱体１２の端部と接するように導体部１２ａが形成され、導体部１２ａには、ねじ溝を有する有底孔が形成されている。そして、この有底孔にねじ部を有する外部端子１３をねじ込むことにより、抵抗発熱体１２に外部端子１３が接続されるとともに、外部端子１３からの配線１７が導出され、これにより、外部端子１３を介して配線１７と抵抗発熱体１２との接続が図られている。また、この配線１７は、配線１７の短絡を防止するために、複数の柱状の碍子１７０に挿通されている（図３参照）。
さらに、この配線１７は、支持容器２０の柱状体２２を通って外部に引き出されるとともに、図示しない電源と接続されている。
【００２５】
セラミック基板１１上面の凹部１１ａに嵌め込まれたサセプタ２５には、複数個の突起２５ｂが設けられており、これにより、シリコンウエハ等をサセプタ２５の加熱面２５ａから、所定の距離離して加熱することができるようになっている。
【００２６】
このホットプレートユニット１００では、上記のように支持容器２０を構成する支持部２１の底部２１ｂに形成された複数の突起部２３を介して、固定部材１６により固定されているため、セラミック基板１１の底面１１ｂと、支持部２１の底部２１ｂとの間に所定の空間が形成されている。
従って、外部端子１３からの配線１７を底部２１ｂから離間して配設することができ、配線１７が碍子１７０により保護されていない部分からの漏電を防止することができる。
【００２７】
また、支持容器２０を構成する支持部２１の底部２１ｂには、絶縁性の柱状体２２が接合されているため、抵抗発熱体１２に電圧を印加してセラミックヒータ１０を加熱することにより、セラミックヒータ１０から支持容器２０に伝搬した熱は、柱状体２２を通って支持容器２０の下方に伝搬する。
このため、支持容器２０およびその周囲の雰囲気ガスの温度が高くなりすぎることを防止することができるとともに、支持容器２０を構成するセラミックの体積抵抗率が低くなりすぎることを防止することができる。
従って、抵抗発熱体１２に接続され、絶縁性の柱状体２２を通って外部に導出されている配線１７は、従来と同様に筒状の碍子１７０で保護されているのみでも、支持容器２０への漏電を防止することができる。
【００２８】
本発明のホットプレートユニットにおいて、上記支持容器の材質は、セラミックであれば、特に限定されないが、石英ガラス製であることが望ましい。石英ガラスは、本発明のホットプレートユニットにおいて、望ましい熱伝導率を有しているからである。支持容器を構成するセラミックの熱伝導率が高すぎると、突起部を介して支持容器に伝搬する熱が多くなり、加熱面において温度のばらつきが発生してしまい、一方、熱伝導率が低すぎると、支持容器の温度が高くなりすぎてしまうからである。
なお、上記支持容器を構成する支持部および柱状体の材質は、同じ材質を用いてもよく、異なる材質を用いてもよい。また、支持部および柱状体は、一体に形成されていてもよく、別々に作製され、ガラス等の接着材を用いて接着されていてもよい。また、加熱等により、支持部と柱状体とを直接接合させてもよい。
【００２９】
さらに、上記支持容器を構成する支持部は、外枠部と底部とが、一体化されていてもよく、底部が外枠部に連結固定されていてもよいが、外枠部と底部とが、一体的に形成されていることが望ましい。支持容器全体の強度を確保することができるからである。
上記支持部の厚さの好ましい下限値は、２．０ｍｍであり、好ましい上限値は、２０ｍｍである。２．０ｍｍ未満では、強度に乏しく、２０ｍｍを超えると熱容量が大きくなるからである。
【００３０】
さらに、上記支持容器を構成する柱状体は、円筒形状であることが望ましく、その厚さは、２．０〜２０ｍｍであることが望ましい。２．０ｍｍ未満では、強度に乏しく、２０ｍｍを超えると熱容量が大きくなるからである。
また、柱状体の直径は、３０〜８０ｍｍであることが望ましい。
【００３１】
上記固定部材としては、頭部およびねじ部を有するものであれば特に限定されないが、上記頭部の上面が平坦な形状であることが望ましい。セラミックヒータを上記固定部材により固定する際、上記頭部がセラミック基板の上面より上方に突出しないようにすることができるからである。上記頭部がセラミック基板の上面に突出した状態で、サセプタを載置させると、加熱面を水平に保つことができない。
また、上記固定部材の材質としては特に限定されないが、強度、耐蝕性等から、セラミックスが望ましい。
【００３２】
また、上記固定用貫通孔に挿通された上記固定部材は、該固定用貫通孔との間に隙間を空けて挿通されていることが望ましい。隙間を空けて挿通することにより、セラミックヒータを加熱する際、セラミックが熱膨張することにより、セラミック基板の上記固定用貫通孔近傍に、ひびやクラック等が発生するのを防止することができる。
なお、上記固定用貫通孔は、セラミック基板の中心に対して対称で、かつ、同一円周上に等間隔で複数個配列することが望ましい。上記突起部にかかる荷重が一定となるからである。
【００３３】
上記弾性部材の形状としては特に限定されないが、例えば、図９（ａ）に示すような、コイル状の弾性部材１８０であってもよいし、図９（ｂ）に示すような板ばね状の弾性部材１９０であってもよい。また、上記弾性部材の材質としては、特に限定されないが、弾性率の高い金属等が望ましい。
上記弾性部材を介して固定することにより、セラミックヒータを加熱する際、セラミックが熱膨張することにより、セラミック基板にひびやクラック等が発生するのを防止することができる。
【００３４】
上記サセプタをセラミックヒータの上面に載置させる方法としては、特に限定されないが、図１に示すように、上記セラミックヒータの上面に凹部を形成し、上記凹部に嵌め込むように載置させる方法が望ましい。振動等による、上記サセプタの位置ずれ等を防止することができるからである。また、サセプタに貫通孔を形成し、ピンをこの貫通孔に挿通させてセラミックヒータの上面に形成した凹部にはめこむことで、サセプタの位置ずれ等を防止することもできる。
上記サセプタの厚さは、１．０〜２０ｍｍであることが望ましい。
【００３５】
本発明のホットプレートユニットにおける、セラミック基板の直径の好ましい下限値は２００ｍｍであり、より好ましい下限値は２５０ｍｍである。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。
また、上記セラミック基板の厚さの好ましい上限値は、２５ｍｍである。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、その厚さの好ましい下限値は、０．５ｍｍある。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。さらに、上記セラミック基板の厚さのより好ましい下限値は、１．５ｍｍであり、より好ましい上限値は、５ｍｍ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伝導しないため、加熱面に温度の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。
【００３６】
上記セラミックヒータ１０において、セラミック基板１１には、セラミック基板１１の底面１１ｂからサセプタ２５の加熱面２５ａ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よりも相対的に凹部１１ａの近くに形成し、この有底孔１４に熱電対等の測温素子１８を設けることが望ましい。
【００３７】
また、有底孔１４の底と凹部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よりも凹部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。
有底孔１４の底と凹部１１ａとの距離が０．１ｍｍ未満では、放熱しやすくなり、加熱面２５ａ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２５ａに温度分布が形成されてしまうからである。
【００３８】
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２５ａとの距離を均等にすることができなくなるからである。
【００３９】
有底孔１４は、図２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。
【００４０】
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（１９８０）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。
【００４１】
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。
【００４２】
上記測温素子は、金ろう、銀ろうなどを使用して、有底孔１４の底に接着させたり、ねじ、ばねなどで押さえつけて有底孔１４の底に固定、接触させたりしてもよく、また、有底孔１４に挿入した後、耐熱性樹脂、セラミック系接着剤等の封止材で封止してもよい。これらを併用してもよい。
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。上記セラミック系接着剤としては、例えば、アロンセラミック（東亞合成社製）などが挙げられる。これらの封止材は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００４３】
上記金ろうとしては、３７〜８０．５重量％Ａｕ−６３〜１９．５重量％Ｃｕ合金、８１．５〜８２．５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。
【００４４】
本発明のセラミックヒータを構成するセラミックは、窒化物セラミック、炭化物セラミックまたは酸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、炭化物セラミックおよび酸化物セラミックは、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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
さらに、酸化物セラミックとしては、金属酸化物セラミック、例えば、アルミナ、ジルコニア、コージェライト、ムライト等が挙げられる。
これらのセラミックは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００４８】
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。
【００４９】
なお、本発明のホットプレートユニットにおいて、セラミック基板として窒化物セラミック、炭化物セラミックまたは酸化物セラミック等を使用する際、必要により、表面に絶縁層を形成してもよい。窒化物セラミックは酸素を含有すること等により、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。
【００５０】
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、スプレーコート、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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。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。
【００５３】
なお、上記セラミック基板は、明度がＪＩＳ 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１０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。
【００５４】
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。
【００５５】
本発明のホットプレートユニットにおいては、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】
セラミック基板の表面に抵抗発熱体を形成する場合、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。
さらに、抵抗発熱体の幅は、０．１〜２０ｍｍが好ましく、０．１〜５ｍｍがより好ましい。
抵抗発熱体は、その幅や厚さにより抵抗値に変化を持たせることができるが、上記した範囲が最も実用的である。抵抗値は、薄く、また、細くなる程大きくなる。
【００５７】
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伝導し、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。
【００５８】
また、上記セラミックヒータにおける抵抗発熱体のパターンとしては、図２に示したパターンに限らず、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抵抗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。
【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、１０〜５０００であることが好ましいのである。
本発明のホットプレートユニットを構成するセラミックヒータにおいては、アスペクト比を１０〜２００とすることが望ましい。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。０．１μｍ未満と微細すぎると、酸化されやすく、一方、１００μｍ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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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（Ｂ２Ｏ３）、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。
【００６９】
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。
【００７０】
上記酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
セラミック基板の表面に抵抗発熱体を形成する場合は、抵抗発熱体の表面部分に、被覆層が設置されていることが望ましい。内部の金属焼結体が酸化等されて抵抗値が変化するのを防止するためである。形成する被覆層の厚さは、０．１〜１０μｍが好ましい。
【００７４】
被覆層を金属で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。また、被覆層は、ガラスで形成してもよい。
【００７５】
本発明のホットプレートユニットにおいて、上記外部端子の接続方法としては、特に限定されないが、例えば、半田やろう材を介して接続する方法や、上述したように上記外部端子にねじ部を設け、ねじ込んで接続する方法等を挙げることができる。半田やろう材を介して接続する場合、劣化による破損のおそれがあるが、外部端子をねじ込む方法の場合、このような劣化のおそれがなく、強固な接続が可能となる。
さらに、上記外部端子の材質についても、良電性の材質であれば特に限定されず、例えば、ニッケル、コバール等の金属が挙げられる。
【００７６】
次に本発明のホットプレートユニットの他の一例について、図面に基づいて説明する。
図４は、本発明のホットプレートユニットの他の一例を模式的に示した断面図であり、図５は、図４に示すホットプレートユニットを構成するセラミックヒータの一例を模式的に示す底面図である。また、図６（ａ）は、図５に示すセラミックヒータの部分拡大断面図であり、また、図６（ｂ）は、図５に示すセラミックヒータの別の一例を模式的に示す部分拡大断面図である。
【００７７】
図４に示すホットプレートユニット２００では、図５、６（ａ）に示した構成のセラミックヒータ３０が、図１に示したホットプレートユニット１００と同様に、頭部と先端部にねじ部とを有する断面視Ｔ字形状の固定部材１６がセラミック基板３０に形成された固定用貫通孔３５に挿通され、支持容器２０にねじこまれることにより固定されている。
【００７８】
ホットプレートユニット２００を構成するセラミックヒータ３０には、図５に示すように、円板状のセラミック基板３１の内部に、一の回路からなる抵抗発熱体３２が埋設されている。この抵抗発熱体３２は、セラミック基板３１の全体に形成された複数の同心円に近似したパターンのものからなり、上記同心円が一又は複数の部分で切断され、かつ、隣り合う同心円同士が互い違いに接続されることにより、全体が一の回路として繋がるように構成されている。なお、セラミック基板に形成される抵抗発熱体は、図５に示すような一の回路からなるものであってもよく、複数の回路からなるものであってもよい。
【００７９】
また、セラミック基板３１の内部に形成された抵抗発熱体３２の端部の直下には、スルーホール４０が配設されるとともに、スルーホール４０には、その底部にねじ孔３６が形成されており、ねじ部を有する外部端子３３がねじ込まれている。
さらに、外部端子３３に接続された配線１７は、電源（図示せず）と接続されているため、これにより、スルーホール４０を介して、抵抗発熱体３２と電源との接続が図られるようになっている。
【００８０】
なお、ホットプレートユニット２００のその他の部分については、ホットプレートユニット１００と同様の構成であるため、その説明を省略する。
【００８１】
このように、ホットプレートユニット２００では、セラミック基板３１の内部に抵抗発熱体３２が形成され、抵抗発熱体３２の端部が、スルーホール４０を介して外部端子３３と接続されており、支持容器２０の支持部２１の底部２１ｂに形成された突起部２３を介して、セラミックヒータ３０が固定されるとともに、外部端子３３に接続された配線１７が、支持容器２０の柱状体２２を通って外部に導出されている。
【００８２】
図６（ｂ）は、本発明のホットプレートユニットを構成するセラミックヒータの別の一例を模式的に示す部分拡大断面図である。
このセラミックヒータでは、抵抗発熱体４２と、抵抗発熱体４２の直下に形成されたスルーホール５０とが、共にセラミック基板４１の内部に形成されているとともに、セラミック基板４１の底面には、スルーホール５０の一部を露出させるねじ孔が設けられており、ねじ部を有する外部端子４３がねじ込まれている。
外部端子４３に接続された配線１７は、電源（図示せず）と接続されているため、これにより、スルーホール５０を介して、抵抗発熱体４２と電源との接続が図られるようになっている。
【００８３】
本発明のホットプレートユニットにおいて、セラミック基板の内部に抵抗発熱体を形成する場合、抵抗発熱体は、セラミック基板の底面から厚さ方向に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、セラミック基板の上面に近すぎるため、加熱面に温度のばらつきが発生してしまうからである。
【００８４】
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、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。
【００８５】
また、セラミック基板の内部に抵抗発熱体が形成されている場合は、抵抗発熱体の厚さは、１〜５０μｍが望ましく、抵抗発熱体の幅は、０．２〜３０ｍｍが望ましい。
【００８６】
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、セラミック基板の上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り、また、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、モリブデン等の高融点金属やタングステン、モリブデン等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。
【００８７】
また、上記抵抗発熱体のアスペクト比は２００〜５０００とすることが望ましい。
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。
【００８８】
なお、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。
【００８９】
なお、上記以外のセラミックヒータの形状、材質等に関しては、図１、４に示したセラミックヒータと同様であるため、その説明を省略することとする。
【００９０】
以上、ホットプレートユニットについて説明したが、本発明のホットプレートユニットを構成するセラミックヒータは、セラミック基板の表面または内部に抵抗発熱体を設けるとともに、セラミック基板の内部に静電電極を設けることにより静電チャックとすることができる。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することができる。
【００９１】
次に、図１に示した本発明のホットプレートユニットの製造方法の一例について図７に基づいて説明する。
（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等のセラミック粉末に必要に応じてイットリア（Ｙ２Ｏ３）やＢ４Ｃ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。
【００９２】
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を作成するが、このとき、サセプタ２５を載置させるための凹部１１ａを形成しておく。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、１０００〜２５００℃である。また、酸化物セラミックでは、１５００〜２０００℃である。
【００９３】
さらに、ドリル加工を施し、熱電対等の測温素子を埋め込むための有底孔１４、固定部材１６を挿通するための固定用貫通孔１５、および、導体部１２ａを形成するための凹部を形成する（図７（ａ）参照）。さらに、凹部に導体を充填し、導体部１２ａを形成する。
【００９４】
（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等を用い、抵抗発熱体１２を設けようとする部分に印刷を行うことにより、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。
【００９５】
（３）導体ペーストの焼成
セラミック基板１１の底面１１ｂ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、金属粒子を燒結させ、セラミック基板１１の底面１１ｂに焼き付け、抵抗発熱体１２を形成する（図７（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。
【００９６】
（４）被覆層の形成
次に、抵抗発熱体１２の表面を保護するために、被覆層（図示せず）を形成する。被覆層は、電解めっき、無電解めっき等により抵抗発熱体１２の表面に金属被覆層を形成するか、ガラス絶縁層を抵抗発熱体１２に印刷して形成する。量産性を考慮すると、無電解めっきによる金属被覆層が最適である。
【００９７】
（５）ネジ穴の形成、外部端子等の取り付け
次に、抵抗発熱体の端部および導体部１２ａに、外部端子１３を固定するためのねじ孔を形成する。ねじ孔は、ドリル加工やサンドブラスト等のブラスト処理により、導体部１２ａに有底孔を形成した後、この有底孔の壁面にネジ溝を切ることにより、形成することができる。
外部端子１３を導体部１２ａに形成されたねじ孔にねじ込むことにより、外部端子１３をセラミック基板１１に取り付ける（図７（ｃ）参照）。これにより、外部端子１３が抵抗発熱体１２と接続されることとなる。
【００９８】
（６）サセプタの製造
所定の位置に突起が形成された平板形状の石英ガラスまたはセラミックの板状体を、所定の円板形状に切り出し、研磨することにより、突起２５ｂを有するサセプタ２５を製造する。
【００９９】
（７）支持容器の製造
次に、図１に示したような支持容器２０を製造する。
支持容器２０は、石英ガラスで構成されていることが望ましく、また、支持容器２０の支持部２１は、有底円環形状であり、外枠部と底部とを一体的に形成することが望ましい。また、支持容器２０の柱状体２２は、円筒形状であることが望ましい。
柱状体２２の上部にガラス質接着剤を塗布した後、支持部２１の底部２１ｂの貫通孔形成部に、柱状体２２を密着させ、１５００〜１７００℃で加熱し、一定の圧力で支持部２１に押し付けることにより接着させ、支持部２１と柱状体２２とを一体化させた支持容器２０を製造する。
【０１００】
（８）ホットプレートユニットの組み立て
図１に示すように、セラミックヒータ１０を、底部２１ｂに形成された突起部２３を介して、支持容器２０に固定する。その際、セラミックヒータ１０と固定部材１６との間に弾性部材１９を介装し、突起部２３に形成されたねじ孔に、ねじ部を有する固定部材１６をねじ込むことにより、セラミックヒータ１０を支持容器２０に固定する。
その後、セラミック基板１１の凹部１１ａに、サセプタ２５を嵌め込むことにより、載置させる。
そして、外部端子１３からの配線１７、および、測温素子１８からのリード線１８ａを、支持容器２０の柱状体２２の内部を通って外部に導出されるように引き出すことにより、ホットプレートユニット１００の製造を完了する。
【０１０１】
次に、図４に示した本発明のホットプレートユニットの製造方法の一例について図８に基づいて説明することとする。
【０１０２】
（１）セラミック基板の作製工程
ます、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整し、これを用いてグリーンシート３００を作製する。
【０１０３】
上述した窒化物セラミック等のセラミック粉末としては、窒化物セラミック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。
【０１０４】
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
【０１０５】
（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３００上に、抵抗発熱体３２を形成するための金属粒子または導電性セラミックを含む導体ペーストを印刷するか、又は、成形したパターンをはさむことにより導体層３２０を形成し、貫通孔にスルーホール４０用の導体ペースト充填層４００を形成する。
【０１０６】
これらの導体ペースト中に含まれる導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。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。平均粒子径が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重量部混合した組成物（ペースト）が挙げられる。
【０１０７】
（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３００を、導体ペーストを印刷したグリーンシート３００の上側に積層する（図８（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３００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枚が好ましい。
【０１０８】
（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。
【０１０９】
次に、得られた焼結体に、熱電対などの測温素子を埋め込むための有底孔３４、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４０、サセプタ２５を載置させるための凹部１１ａ等を形成する。（図８（ｂ）参照）
【０１１０】
上述の有底孔３４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。
【０１１１】
なお、有底孔３４、固定用貫通孔３５は、表面研磨後に、ドリル加工により形成することができる。
【０１１２】
（５）ネジ穴の形成
次に、スルーホール４０の底面に、外部端子３３を固定するためのねじ孔３６を形成する。ねじ孔３６は、ドリル加工により、スルーホール４０の底面に有底孔を形成した後、この有底孔の壁面にネジ溝を切ることにより、形成することができる。
【０１１３】
（６）外部端子等の取り付け
外部端子３３をスルーホール４０の底面に形成されたねじ孔３６にねじ込むことにより、外部端子３３をセラミック基板３１に取り付ける。これにより、外部端子３３がスルーホール４０を介して、抵抗発熱体３２と接続されることとなる。（図８（ｃ）参照）
【０１１４】
（７）サセプタの製造、支持容器の製造、ホットプレートユニットの組み立て
そして、図１に示す本発明のホットプレートユニットの製造方法における（６）、（７）および（８）と同様の方法により、支持容器２０を製造した後、セラミックヒータ３０を支持容器に支持、固定し、配線１７を、柱状体２２の内部を通って外部に導出されるように引き出すことにより、ホットプレートユニット２００の製造を完了する。
【０１１５】
【実施例】
以下に実施例を掲げて本発明を詳しく説明するが、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
【０１１６】
（実施例１）
ホットプレートユニット（図１〜３および図７参照）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。
【０１１７】
（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。
【０１１８】
（３）次に、この生成形体を窒素ガス中、６００℃で４時間脱脂した後、１８００℃、圧力：２０ＭＰａで１０時間ホットプレスし、厚さが６ｍｍ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３３０ｍｍ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、熱電対を埋め込むための有底孔１４、固定部材１６を挿通するための固定用貫通孔１５、および、導体部１２ａを形成するためのねじ山を持つ凹部を形成し（図７（ａ）参照）、この凹部に導体からなるねじをはめ込んで導体部１２ａを形成した。また、レジンボンド砥石によるＮＣ研削により、石英ガラス製のサセプタ２５を載置させるための深さ３ｍｍの凹部１１ａを形成した。
【０１１９】
（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体ペースト層を形成した。印刷パターンは、図２に示したような、同心円形状からなる抵抗発熱体が複数形成されているパターンとした。
上記導体ペーストとしては、Ａｇ４８重量％、Ｐｔ２１重量％、ＳｉＯ２１．０重量％、Ｂ２Ｏ３２．２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。
【０１２０】
（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７（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。
【０１２１】
（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、Ａｇ−Ｐｔ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）を析出させた。
【０１２２】
（７）抵抗発熱体１２の端部および導体部１２ａの底面に、ドリル加工により、直径５ｍｍ、深さ５ｍｍの有底孔を形成した後、この有底孔の内壁面にねじ溝を切ることにより、導体部１２ａの底面にねじ孔を形成した。
次に、外部端子１３をねじ孔にねじ込み、外部端子１３をセラミック基板１１に固定した。（図７（ｃ）参照）
【０１２３】
（８）ＧＥ Ｑｕａｒｔｚ社製の石英ガラス有底円環形状の支持部２１（外径 ３６０ｍｍ、内径３５０ｍｍ、高さ２６ｍｍ、底部厚さ５ｍｍ）と同社製石英ガラス柱状体（外径８０ｍｍ、内径７０ｍｍ、長さ１９０ｍｍ）を空気中、１６００℃で加熱して接合し、図１に示すような支持部２１に柱状体２２が接合された支持容器２０を製造した。
【０１２４】
（９）上記（１）〜（７）の工程により、製造されたセラミックヒータ１０を、（８）の工程により製造された支持容器２０に、突起部２３を介して固定した。その際、セラミックヒータ１０と固定部材１６との間に弾性部材１９を介装し、突起部２３に形成されたねじ孔に、ねじ部を有する固定部材１６をねじ込むことにより、セラミックヒータ１０を支持容器２０に固定した。
その後、セラミック基板１１の凹部１１ａに、石英ガラス製のサセプタ２５を嵌め込んで載置させた。
そして、配線１７および測温素子１８からのリード線１８ａを、柱状体２２の内部を通って外部に導出されるように引き出し、ホットプレートユニット１００の製造を完了した。
【０１２５】
（実施例２）
ホットプレートユニット（図４〜６および図８参照）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。
【０１２６】
（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４０となる部分をパンチングにより設けた。
【０１２７】
（３）タングステンカーバイド（アライドマテリアル製 ＷＣ−１０）１００００重量部、アクリル系バインダ（三井化学製 ＳＡ−５４５）１５０９重量部、可塑剤（黒金化成製 ＤＯＡ）１７５重量部、分散剤（共栄社化学製 Ｇ７００）３５重量部、１−ブタノール５６０重量部、エタノール４３２重量部を混合し、ドクターブレード法にて厚さ６５μｍ±５μｍのタングステンカーバイドグリーンシートを製造した。これを空気中２５℃で４８時間乾燥させて、厚さ５５μｍ±５μｍのグリーンシートとし、このグリーンシートを打ち抜き加工して、タングステンカーバイドのパターンシートを形成した。（図５参照）
【０１２８】
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を調整した。
さらに、外部端子３３を接続するためのスルーホール４０となる部分に導体ペーストを充填し、充填層４００を形成した。
【０１２９】
上記処理の終わったグリーンシート上に、上述したタングステンカーバイドのパターンシートと、導体ペーストを印刷していないグリーンシート５０枚とを上側（加熱面側）に積層し、１３０℃、８ＭＰａの圧力で圧着して積層体を形成した（図８（ａ）参照）。
【０１３０】
（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で１０時間ホットプレスし、厚さ１５ｍｍのセラミック板状体を得た。これを３３０ｍｍの円板状に切り出し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの抵抗発熱体３２を有するとともに、スルーホール４０を有するセラミック板状体とした。
【０１３１】
（５）そして、（４）で得られたセラミック板状体の表面にドリル加工で測温素子を挿通するための有底孔３４および固定部材１６を挿通するための固定用貫通孔３５を形成した。（図８（ｂ）参照）。また、レジンボンド砥石によるＮＣ研削により、石英ガラス製のサセプタ２５を載置させるための凹部１１ａを形成した。
【０１３２】
（６）スルーホール４０の底面に、ドリル加工により、直径５ｍｍ、深さ５ｍｍの有底孔を形成した後、この有底孔の内壁面にねじ溝を切ることにより、スルーホール４０の底面にねじ孔３６を形成した。
【０１３３】
（７）次に、外部端子３３をねじ孔３６にねじ込み、外部端子３３をセラミック基板３１に固定した（図８（ｃ）参照）。
【０１３４】
（８）厚さが３〜５ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして突起２５ｂを有するサセプタ２５を製造した。
また、支持部の外径を３６０ｍｍ、内径を３５０ｍｍ、高さを２６ｍｍ、底部２１ｂの厚さを５ｍｍ、柱状体２２の長さを１９５ｍｍ、外径を８２ｍｍ、内径を７２ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして支持容器２０を製造した。
【０１３５】
（９）上記（１）〜（７）の工程により、製造されたセラミックヒータ３０を、（８）の工程により製造された支持容器２０に、突起部２３を介して固定した。その際、セラミックヒータ３０と固定部材１６との間に弾性部材１９を介装し、突起部２３に形成されたねじ孔に、ねじ部を有する固定部材１６をねじ込むことにより、セラミックヒータ３０を支持容器２０に固定した。
その後、セラミック基板３１の凹部３１ａに、石英ガラス製のサセプタ２５を嵌め込んで載置させた。
そして、配線１７および測温素子１８からのリード線１８ａを、柱状体２２の内部を通って外部に導出されるように引き出し、ホットプレートユニット２００の製造を完了した。
【０１３６】
（比較例１）
ステンレス（ＳＵＳ３１６）を用いレーザー又はプレス型抜きで円形加工し、外周部を絞り９０°立てたステンレス製の有底円環状のもの（外径３６０ｍｍ、内径３５０ｍｍ、高さ３０ｍｍ）を、ステンレス製支持容器２０とし、その底部に直径４０ｍｍの配線導出用の貫通孔を形成して、この貫通孔から配線１７およびリード線１８ａを引き出した以外は、実施例１と同様の方法でホットプレートユニットを製造した。
【０１３７】
（比較例２）
ＳＵＳ３１６を用いレーザー又はプレス型抜きで円形加工し、外周部を絞り９０°立てたステンレス製の有底円環状の支持部２１（外径３６０ｍｍ、内径３５０ｍｍ、高さ１９ｍｍ、底部厚さ５ｍｍ）とステンレス製の柱状体２２（外径８０ｍｍ、内径７０ｍｍ、長さ１９０ｍｍ）を溶接し、図１に示すような支持部２１に柱状体２２が接合されたステンレス製支持容器２０を製造した。支持容器２０がステンレス製支持容器である以外は、実施例１と同様の方法でホットプレートユニットを製造した。
【０１３８】
（比較例３）
実施例２の（１）〜（７）の工程により製造されたセラミックヒータ３０に、窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径０．６μｍ）を乾式ラバープレス法により円筒型に成形して、酸化雰囲気、６００℃、５時間の条件で脱脂した後、窒素ガス中、１８６０℃、６時間の条件で焼成してなる窒化アルミニウム製の柱状体２２（外径８０ｍｍ、内径７０ｍｍ、長さ１９０ｍｍ）を窒素ガス中、１８５０℃で加熱して接合し、サセプタを載置してホットプレートユニットを製造した。
【０１３９】
（比較例４）
ＧＥ Ｑｕａｒｔｚ社製の石英ガラス製の有底円環状のもの（外径３６０ｍｍ、内径３５０ｍｍ、高さ３０ｍｍ）を石英ガラス製の支持容器２０とし、その底部に直径４０ｍｍの配線導出用の貫通孔を形成して、この貫通孔から配線１７およびリード線１８ａを引き出した以外は、実施例１と同様の方法でホットプレートユニットを製造した。
【０１４０】
実施例１〜２および比較例１〜４に係るホットプレートユニットについて、以下の評価試験を行った。その結果を下記の表１に示す。
【０１４１】
（１）配線からの漏電の有無
実施例および比較例に係るホットプレートユニットに、電圧を印加し、セラミックヒータを５００℃まで昇温した後、抵抗発熱体からの配線の電流値を測定することにより、配線からの漏電の有無を確認した。
【０１４２】
（２）定常時面内温度均一性
実施例および比較例に係るホットプレートユニットに、電圧を印加し、セラミックヒータを５００℃まで昇温した後、サーモビュア（日本テータム株式会社製 ＩＲＩ６２０１２−００１２）を用いてセラミックヒータの加熱面における温度分布を測定し、最高温度と最低温度との温度差を算出した。実施例および比較例で得られたサーモビュアの温度分布図を図１０〜１１に示す。
【０１４３】
【表１】

Figure 2004296532
【０１４４】
上記表１に示した結果より明らかなように、実施例１〜２および比較例３〜４に係るホットプレートユニットでは、配線からの漏電は発生しなかった。
一方、比較例１〜２に係るホットプレートユニットでは、配線からの漏電が発生していた。
これは、比較例１〜２に係るホットプレートユニットにおいては、セラミックヒータの外周部がステンレス製の有底円環形状をしているため、外壁付近の内部の給電線が接触し、漏電が発生したのではないかと考えられる。また、支持容器の温度が上昇することで雰囲気ガスの絶縁性が低下し、雰囲気ガスを介した漏電が発生した可能性もある。
【０１４５】
さらに、実施例１〜２に係るホットプレートユニットでは、加熱面における温度のばらつきが小さいものであったのに対し、比較例１〜４に係るホットプレートユニットでは、加熱面での温度のばらつきが大きいものであった。
【０１４６】
これは、比較例１〜２に係るホットプレートユニットでは、支持容器がステンレス製であるために、セラミック基板との接触部において放熱が激しいため温度のばらつきが大きくなったと考えられる。また、比較例３〜４に係るホットプレートユニットでは、石英ガラス製の柱状体または支持部を用いているため、加熱面の温度は低下しにくかったが、柱状体と支持部とからなる支持容器を備えていないため、温度の均一性には劣っていた。比較例３のように、セラミックヒータを構成するセラミック基板に直接柱状体が接続されている場合、セラミックヒータの加熱面の周辺部分の温度が低下してしまい、加熱面の温度の均一性が低下すると考えられる。
【０１４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、外部端子からの配線が支持容器の凸状体を通って外部に引き出されているので、発生した熱が凸状体を通って支持容器の下方へ伝搬するので、ホットプレートユニットを構成する支持容器の温度が高くなりすぎず、上記配線からの漏電を防止することができ、ホットプレートユニットの信頼性を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のホットプレートユニットの一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示したホットプレートユニットを構成するセラミックヒータの一例を模式的に示す底面図である。
【図３】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４】本発明のホットプレートユニットの別の一例を模式的に示す断面図である。
【図５】図４に示したホットプレートユニットを構成するセラミックヒータの一例を模式的に示す底面図である。
【図６】（ａ）は、図５に示したセラミックヒータの部分拡大断面図である。（ｂ）は、図５に示したセラミックヒータの別の一例を模式的に示す部分拡大断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、図１に示した本発明のホットプレートユニットの製造工程の一例の一部を模式的に示す断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、図４に示した本発明のホットプレートユニットの製造工程の一例の一部を模式的に示す断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｂ）は、耐熱弾性部材の形状を示す断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｂ）は、実施例に係るホットプレートユニットの加熱面の温度状態を示す温度分布図である。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、比較例に係るホットプレートユニットの加熱面の温度状態を示す温度分布図である。
【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 凹部
１１ｂ、３１ｂ 底面
１２、３２（３２ａ〜３２ｐ） 抵抗発熱体
１３、３３ 外部端子
１４、３４ 有底孔
１５、３５ 固定用貫通孔
１６ 固定部材
３６ ねじ孔
１７ 配線
１８ 測温素子
１９、１８０、１９０ 弾性部材
２０ 支持容器
２１ 支持部
２１ａ 外枠部
２１ｂ 底部
２２ 柱状体
２３ 突起部
２５ サセプタ
２５ａ 加熱面
２５ｂ 突起
４０、５０ スルーホール
１４０ 貫通孔
１７０ 碍子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a hot plate unit used for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus.
[0002]
[Prior art]
Ceramic heaters have been used in semiconductor manufacturing and inspection devices, including etching devices, chemical vapor deposition devices, and the like.
[0003]
A ceramic heater is usually fixed to a supporting container via a heat insulating ring or the like, or is fixed to a supporting member provided inside the supporting container and used as a hot plate unit to form a conductor circuit on a semiconductor wafer. In performing the processing, a semiconductor wafer or the like is mounted on a ceramic substrate constituting a hot plate unit, and various processings are performed while heating.
[0004]
Conventionally, the supporting container is made of a metal such as stainless steel or an aluminum alloy, and has a bottomed annular shape (Japanese Patent No. 3348712).
Further, a small through hole is formed in the bottom plate constituting the support container, and wiring from a resistance heating element or the like formed in the ceramic heater is drawn out of the support container through the through hole. I was
Further, usually, the wiring and the like are inserted through a large number of cylindrical insulators and the like, and a large number of the insulators are connected with almost no gap, thereby trying to prevent a short circuit with a surrounding low-resistivity supporting container.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the insulators are not joined to each other, and a slight gap is formed in a connecting portion between the insulators. In a portion where the gap is formed, an insulating member (insulator) is directly interposed without being interposed. A support vessel was present with the atmosphere gas interposed. Further, the insulating property of the atmospheric gas itself decreases as the temperature increases. Therefore, when the hot plate unit is used at a high temperature, the gap is formed, and at a portion where the wiring from the resistance heating element and the support container are close to each other, the temperature of the ceramic substrate increases, and the support container and its surroundings are formed. When the temperature rises, a current flows between the wiring and the supporting container via the atmospheric gas, and there is a problem that electric leakage occurs.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its object to provide a hot plate unit that does not leak electricity from wiring from a resistance heating element even when the temperature inside a supporting container becomes high. .
[0007]
That is, the hot plate unit of the present invention includes a ceramic heater in which a resistance heating element is formed on the surface or inside of a ceramic substrate, and an external terminal is connected to an end of the resistance heating element, and a supporting container that supports the ceramic heater. A hot plate unit comprising:
The support container has an insulating bottomed annular shape or a bottomed polygonal support having a through hole at the bottom, and an insulating convex body joined to the through hole forming portion,
The wiring connected to the external terminal is led out through the insulating convex body of the support container.
[0008]
According to the hot plate unit of the present invention, the ceramic heater is supported and fixed by the support container, a predetermined space is formed between the bottom surface of the ceramic heater and the support container, and wiring from an external terminal is provided. Since it can be arranged at a certain distance from the bottom of the support container, it is possible to prevent electric leakage from the wiring.
[0009]
The ceramic heater described in Japanese Patent Publication No. 6-28258 has a convex supporting portion for protecting the power supply electrode from corrosive gas, but the convex supporting portion directly contacts the bottom surface of the ceramic heater. ing. For this reason, heat propagates from the ceramic heater to the convex support, and the temperature of the heating surface of the ceramic heater decreases at the center. However, in the present invention, since the convex body is formed on the bottomed annular support container, such a temperature drop does not occur.
[0010]
In addition, since the insulating container has an insulating convex body joined to the through-hole forming portion at the bottom of the supporting portion, heat transmitted from the ceramic heater to the supporting container further passes through the insulating convex body. To propagate below. Therefore, it is possible to prevent the temperature of the support portion of the support container from becoming too high, and to prevent the volume resistivity of the ceramic constituting the support container from becoming too low. In addition, since the temperature of the supporting container is reduced as described above, the temperature of the surrounding atmosphere gas is not easily increased. Therefore, even if the wiring connected to the resistance heating element and led out through the insulating convex body is protected by the cylindrical insulator in the same manner as in the related art, the leakage to the supporting container can be prevented. Can be prevented.
[0011]
As described above, in the present invention, the convex body is not directly contacted with the ceramic heater, but is connected via the support container, so that a low-temperature region is not formed on the heater heating surface. In addition, by cooling using the convex body, it is possible to prevent the temperature of the space below the ceramic heater from rising, so that it is possible to prevent electric leakage to the support container.
[0012]
In the hot plate unit of the present invention, the ceramic heater has a fixing through-hole for inserting a fixing member having a head and a screw portion, and is formed at the bottom of the supporting portion constituting the supporting container. It is preferable that a screw hole is formed in the projection, and the ceramic heater is fixed to the supporting container by a fixing member inserted through the fixing through-hole of the ceramic heater via the projection.
By screwing the fixing member into the screw hole formed in the projection, the ceramic heater can be fixed to the support container.
[0013]
In the hot plate unit of the present invention, it is preferable that the ceramic heater is fixed to the protrusion via an elastic member interposed between the ceramic heater and the fixing member.
When the ceramic heater is fixed to the projection without the elastic member, when the ceramic heater is heated, the ceramic heater thermally expands, which may cause cracks and cracks in the ceramic substrate. In the present invention, since the ceramic heater is fixed via the elastic member, even if the ceramic heater thermally expands, generation of a large stress due to deformation of the elastic member can be suppressed, and cracks and cracks occur in the ceramic substrate. Can be prevented.
As the elastic member, a heat-resistant rubber such as silicone rubber, various springs such as a metal spring, a plate spring, and a ring spring can be used.
[0014]
Further, in the hot plate unit of the present invention, it is desirable that a susceptor is placed on the upper surface of the ceramic heater, and the object to be heated is heated via the susceptor.
By using the susceptor mounted on the upper surface of the ceramic heater, it is possible to prevent contamination of the ceramic substrate due to processing of a semiconductor wafer or the like. In addition, even if contaminants or the like adhere to the susceptor due to processing of a semiconductor wafer or the like, the contaminants can be easily removed by removing and cleaning the susceptor. can do.
The material of the susceptor is desirably quartz glass. Quartz glass has a lower thermal conductivity than ceramics such as nitride ceramics, and easily retains heat. Therefore, it is possible to reduce temperature variations due to disturbance on the upper surface (heating surface) of the susceptor. In the following, the upper surface (heating surface) of the susceptor is simply referred to as a heating surface.
Also, aluminum nitride can be used as the susceptor. In this case, since the thermal conductivity is high, the rate of temperature rise and the rate of temperature decrease can be improved.
Further, as the susceptor, a nitride ceramic such as silicon nitride, a carbide ceramic such as silicon carbide, an oxide ceramic such as alumina, or the like can be used.
[0015]
Further, a plurality of protrusions for forming a space between the susceptor and the object to be heated are formed on a heating surface of the susceptor for heating the object to be heated, and the object to be heated is heated through a predetermined space. Is desirable.
By heating the semiconductor wafer or the like via the predetermined space as described above, heat from the susceptor is not directly transmitted to the semiconductor wafer, so that the object to be heated such as the semiconductor wafer can be heated at a more uniform temperature.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
That is, the hot plate unit of the present invention includes a ceramic heater in which a resistance heating element is formed on the surface or inside of a ceramic substrate, and an external terminal is connected to an end of the resistance heating element, and a supporting container that supports the ceramic heater. A hot plate unit comprising:
The support container has an insulating bottomed annular shape or a bottomed polygonal support having a through hole at the bottom, and an insulating convex body joined to the through hole forming portion,
A plurality of protrusions are formed on the bottom of the support portion that constitutes the support container, and the ceramic heater is fixed via the protrusions,
The wiring connected to the external terminal is led out through the insulating convex body of the support container.
[0017]
The hot plate unit of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, a case where a bottomed ring-shaped support portion is used will be described. However, a similar effect can be obtained by using a bottomed polygonal shape support portion. In addition, a columnar body will be described as an insulating convex body.
FIG. 1 is a sectional view schematically showing an example of the hot plate unit of the present invention, and FIG. 2 is a bottom view schematically showing an example of a ceramic heater constituting the hot plate unit shown in FIG. . FIG. 3 is a partially enlarged sectional view of the ceramic heater shown in FIG.
[0018]
As shown in FIG. 1, the hot plate unit 100 mainly includes a ceramic heater 10 and a support container 20 for supporting the ceramic heater 10, and the support container 20 has an insulating bottomed ring shape. , And an insulating columnar body 22 joined to the support 21.
The support portion 21 includes an annular outer frame portion 21a and a bottom portion 21b formed at a lower portion inside the outer frame portion 21a and having a through hole 140 and a protrusion 23. The insulating columnar body 22 is joined to the 140 forming portion, and a screw hole (not shown) is formed in the projecting portion 23.
The columnar body may have a columnar shape or a prismatic shape, and may be solid (a state in which the inside is filled) or hollow (a state in which a cavity is formed in the inside).
[0019]
On the other hand, the ceramic heater 10 has a disc-shaped ceramic substrate 11 in which a resistance heating element 12 is formed mainly on a bottom surface 11b and a fixing through hole 15 is formed in the vicinity of the outer periphery, and a concave portion 11a of the ceramic substrate 11. And a susceptor 25 fitted therein.
[0020]
The ceramic heater 10 is inserted into the fixing through-hole 15 of the ceramic substrate 11 via the projection 23 formed on the bottom 21 b of the support container 20, and is fixed by the fixing member 16 screwed into the screw hole of the projection 23. It is fixed to the support container 20. The fixing through hole 15 formed in the ceramic substrate 11 has two holes having different diameters communicating with each other, and a step is formed between the holes. The fixing member 16 and the ceramic substrate 11 are Is fixed via an elastic member 19 placed so as to be hooked on the base member.
[0021]
Further, as shown in FIG. 1, the side surface of the ceramic substrate 11 and the outer frame portion 21a of the support portion 21 are separated from each other by a certain distance. If the side surface of the ceramic substrate 11 is in contact with the outer frame portion 21a of the support portion 21, heat generated by the ceramic heater 10 is transmitted to the outer frame portion 21a, and the temperature of the support container 20 increases. This is because, if an atmospheric gas is present during that time, the atmospheric gas serves as a heat insulating material and prevents heat transfer, so that a temperature drop in the outer peripheral portion of the ceramic substrate can be prevented. Note that the ceramic substrate 11 may be fixed to the support container 20 via a heat insulating ring.
[0022]
The plurality of resistance heating elements 12 formed on the bottom surface 11b of the ceramic substrate 11 are formed concentrically. These resistance heating elements 12 are formed such that double circles close to each other form a single line as a set of circuits, and by combining these circuits, the temperature on the heating surface 25a becomes uniform. Designed to be.
[0023]
Further, a bottomed hole 14 for inserting a temperature measuring element is formed in the bottom surface 11b of the ceramic substrate 11, and a temperature measuring element 18 to which a lead wire 18a is connected is embedded in the bottomed hole 14. The lead wire 18a is inserted through a plurality of insulators 170.
[0024]
Although not shown, a coating layer is formed on the resistance heating element 12 as necessary to prevent oxidation and the like. A conductor 12a is formed inside the ceramic substrate 11 so as to be in contact with the end of the resistance heating element 12, and a bottomed hole having a thread groove is formed in the conductor 12a. By screwing the external terminal 13 having a screw portion into the bottomed hole, the external terminal 13 is connected to the resistance heating element 12 and the wiring 17 from the external terminal 13 is led out. The connection between the wiring 17 and the resistance heating element 12 is achieved via the. Further, the wiring 17 is inserted into a plurality of columnar insulators 170 in order to prevent a short circuit of the wiring 17 (see FIG. 3).
Further, the wiring 17 is drawn out through the columnar body 22 of the support container 20 and connected to a power source (not shown).
[0025]
The susceptor 25 fitted into the concave portion 11a on the upper surface of the ceramic substrate 11 is provided with a plurality of protrusions 25b, which heat a silicon wafer or the like at a predetermined distance from the heating surface 25a of the susceptor 25. Can be done.
[0026]
In the hot plate unit 100, the ceramic substrate 11 is fixed by the fixing member 16 via the plurality of protrusions 23 formed on the bottom 21b of the support 21 forming the support container 20 as described above. A predetermined space is formed between the bottom surface 11b and the bottom 21b of the support 21.
Therefore, the wiring 17 from the external terminal 13 can be disposed apart from the bottom 21b, and leakage from a portion of the wiring 17 that is not protected by the insulator 170 can be prevented.
[0027]
Further, since the insulating columnar body 22 is joined to the bottom 21b of the support portion 21 constituting the support container 20, the ceramic heater 10 is heated by applying a voltage to the resistance heating element 12 so that the ceramic heater 10 is heated. Heat that has propagated from the heater 10 to the support container 20 propagates below the support container 20 through the columnar body 22.
For this reason, it is possible to prevent the temperature of the support container 20 and the surrounding atmosphere gas from becoming too high, and to prevent the volume resistivity of the ceramic constituting the support container 20 from becoming too low.
Therefore, the wiring 17 connected to the resistance heating element 12 and led to the outside through the insulating columnar body 22 can be transferred to the support container 20 even if it is only protected by the cylindrical insulator 170 as in the related art. Can be prevented from leaking.
[0028]
In the hot plate unit of the present invention, the material of the support container is not particularly limited as long as it is ceramic, but is preferably made of quartz glass. This is because quartz glass has a desirable thermal conductivity in the hot plate unit of the present invention. If the thermal conductivity of the ceramic constituting the supporting container is too high, the heat that propagates to the supporting container via the protrusions increases, causing temperature variations on the heating surface, while the thermal conductivity is too low. This is because the temperature of the support container becomes too high.
Note that the same material or different materials may be used for the material of the support portion and the columnar body constituting the support container. Further, the support portion and the columnar body may be formed integrally, may be separately manufactured, and may be bonded using an adhesive such as glass. Further, the support portion and the columnar body may be directly joined by heating or the like.
[0029]
Further, the support portion constituting the support container, the outer frame portion and the bottom portion may be integrated, the bottom portion may be connected and fixed to the outer frame portion, but the outer frame portion and the bottom portion are , Are preferably formed integrally. This is because the strength of the entire support container can be secured.
A preferred lower limit of the thickness of the support portion is 2.0 mm, and a preferred upper limit is 20 mm. If it is less than 2.0 mm, the strength is poor, and if it exceeds 20 mm, the heat capacity becomes large.
[0030]
Further, it is desirable that the columnar body constituting the support container has a cylindrical shape, and the thickness thereof is desirably 2.0 to 20 mm. If it is less than 2.0 mm, the strength is poor, and if it exceeds 20 mm, the heat capacity becomes large.
Further, the diameter of the columnar body is desirably 30 to 80 mm.
[0031]
The fixing member is not particularly limited as long as it has a head and a screw portion, but it is preferable that the top surface of the head has a flat shape. This is because, when the ceramic heater is fixed by the fixing member, the head can be prevented from protruding above the upper surface of the ceramic substrate. If the susceptor is placed with the head protruding above the upper surface of the ceramic substrate, the heating surface cannot be kept horizontal.
Further, the material of the fixing member is not particularly limited, but ceramics are preferable in terms of strength, corrosion resistance, and the like.
[0032]
Further, it is preferable that the fixing member inserted into the fixing through-hole is inserted with a gap between the fixing member and the fixing through-hole. When the ceramic heater is heated by heating the ceramic heater by providing a gap, cracks and cracks can be prevented from being generated in the vicinity of the fixing through-hole of the ceramic substrate due to thermal expansion of the ceramic.
It is desirable that a plurality of the fixing through-holes are arranged symmetrically with respect to the center of the ceramic substrate and at equal intervals on the same circumference. This is because the load applied to the protrusion becomes constant.
[0033]
The shape of the elastic member is not particularly limited. For example, the elastic member 180 may be a coil-shaped elastic member 180 as shown in FIG. 9A, or may be a leaf spring-shaped member as shown in FIG. The elastic member 190 may be used. The material of the elastic member is not particularly limited, but is preferably a metal having a high elastic modulus.
By fixing via the elastic member, when the ceramic heater is heated, it is possible to prevent the ceramic substrate from being cracked or cracked due to thermal expansion of the ceramic substrate.
[0034]
The method for mounting the susceptor on the upper surface of the ceramic heater is not particularly limited, but a method of forming a concave portion on the upper surface of the ceramic heater and mounting the susceptor in the concave portion as shown in FIG. desirable. This is because displacement of the susceptor due to vibration or the like can be prevented. Further, by forming a through-hole in the susceptor and inserting a pin through the through-hole and fitting it into a recess formed on the upper surface of the ceramic heater, it is possible to prevent the susceptor from being displaced.
The thickness of the susceptor is desirably 1.0 to 20 mm.
[0035]
In the hot plate unit of the present invention, a preferred lower limit of the diameter of the ceramic substrate is 200 mm, and a more preferred lower limit is 250 mm. This is because a substrate having such a large diameter can mount a large-diameter semiconductor wafer.
A preferable upper limit of the thickness of the ceramic substrate is 25 mm. This is because if the thickness of the ceramic substrate exceeds 25 mm, the temperature followability is reduced. A preferable lower limit of the thickness is 0.5 mm. When the thickness is smaller than 0.5 mm, the strength of the ceramic substrate itself is reduced, so that the ceramic substrate is easily broken. Further, a more preferred lower limit of the thickness of the ceramic substrate is 1.5 mm, and a more preferred upper limit is 5 mm. When the thickness is more than 5 mm, the heat is difficult to propagate, and the heating efficiency tends to decrease. On the other hand, when the thickness is less than 1.5 mm, the heat propagating in the ceramic substrate is not sufficiently conducted. Of the ceramic substrate may occur, and the strength of the ceramic substrate may be reduced to cause breakage.
[0036]
In the ceramic heater 10, a bottomed hole 14 is provided on the ceramic substrate 11 from the bottom surface 11 b of the ceramic substrate 11 toward the heating surface 25 a of the susceptor 25, and the bottom of the bottomed hole 14 is positioned relatively to the resistance heating element 12. It is desirable that the temperature measuring element 18 such as a thermocouple is provided in the bottomed hole 14.
[0037]
Further, the distance between the bottom of the bottomed hole 14 and the concave portion 11a is desirably 0.1 mm to 1/2 of the thickness of the ceramic substrate.
Thereby, the temperature measurement location is closer to the concave portion 11a than the resistance heating element 12, and the temperature of the semiconductor wafer can be measured more accurately.
When the distance between the bottom of the bottomed hole 14 and the concave portion 11a is less than 0.1 mm, heat is easily radiated, and a temperature distribution is formed on the heating surface 25a. This is because the temperature tends to be affected, the temperature cannot be controlled, and a temperature distribution is formed on the heating surface 25a.
[0038]
It is desirable that the diameter of the bottomed hole 14 is 0.3 mm to 5 mm. This is because if it is too large, the heat dissipation will be large, and if it is too small, the workability will be reduced and the distance to the heating surface 25a cannot be equalized.
[0039]
It is desirable that a plurality of the bottomed holes 14 are arranged symmetrically with respect to the center of the ceramic substrate 11 and form a cross as shown in FIG. This is because the temperature of the entire heating surface can be measured.
[0040]
Examples of the temperature measuring element include a thermocouple, a platinum temperature measuring resistor, a thermistor, and the like.
Examples of the thermocouple include K-type, R-type, B-type, S-type, E-type, J-type, and T-type thermocouples as described in JIS-C-1602 (1980). Of these, a K-type thermocouple is preferred.
[0041]
It is desirable that the size of the junction of the thermocouple is equal to or larger than the diameter of the strand, and is 0.5 mm or less. This is because, if the junction is large, the heat capacity increases and the responsiveness decreases. It is difficult to make the diameter smaller than the diameter of the strand.
[0042]
The temperature measuring element may be adhered to the bottom of the bottomed hole 14 by using gold brazing, silver brazing, or the like, or may be fixed or contacted with the bottom of the bottomed hole 14 by pressing with a screw or a spring. Alternatively, after being inserted into the bottomed hole 14, it may be sealed with a sealing material such as a heat-resistant resin or a ceramic adhesive. These may be used in combination.
Examples of the heat-resistant resin include a thermosetting resin, particularly, an epoxy resin, a polyimide resin, and a bismaleimide-triazine resin. Examples of the ceramic adhesive include Aron Ceramic (manufactured by Toagosei Co., Ltd.). These sealing materials may be used alone or in combination of two or more.
[0043]
As the above-mentioned gold solder, 37-80.5% by weight Au-63-19.5% by weight Cu alloy, 81.5-82.5% by weight: Au-18.5-17.5% by weight: Ni alloy At least one selected is desirable. These are because the melting temperature is 900 ° C. or higher and it is difficult to melt even in a high temperature region.
As the silver solder, for example, an Ag-Cu-based one can be used.
[0044]
The ceramic constituting the ceramic heater of the present invention is preferably a nitride ceramic, a carbide ceramic or an oxide ceramic.
Nitride ceramics, carbide ceramics, and oxide ceramics have a lower coefficient of thermal expansion than metals and have much higher mechanical strength than metals, so even if the thickness of the ceramic substrate is reduced, it warps due to heating. , Does not distort. Therefore, the ceramic substrate can be made thin and light. Furthermore, since the thermal conductivity of the ceramic substrate is high and the ceramic substrate itself is thin, the surface temperature of the ceramic substrate quickly follows the temperature change of the resistance heating element. That is, the surface temperature of the ceramic substrate can be controlled by changing the temperature of the resistance heating element by changing the voltage and the current value.
[0045]
Examples of the nitride ceramic include aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, and titanium nitride. These may be used alone or in combination of two or more.
[0046]
Examples of the carbide ceramic include silicon carbide, zirconium carbide, titanium carbide, tantalum carbide, and tungsten carbide. These may be used alone or in combination of two or more.
[0047]
Further, the oxide ceramics include metal oxide ceramics, for example, alumina, zirconia, cordierite, mullite and the like.
These ceramics may be used alone or in combination of two or more.
[0048]
Of these, aluminum nitride is most preferred. This is because the thermal conductivity is the highest at 180 W / m · K, and is excellent in temperature followability.
[0049]
In the hot plate unit of the present invention, when a nitride ceramic, a carbide ceramic, an oxide ceramic, or the like is used as the ceramic substrate, an insulating layer may be formed on the surface as necessary. Since nitride ceramics contain oxygen and the like, the volume resistance value tends to decrease at high temperatures, and carbide ceramics have conductivity unless particularly highly purified. Alternatively, even if impurities are contained, short-circuiting between circuits can be prevented and temperature controllability can be ensured.
[0050]
The insulating layer is desirably an oxide ceramic. Specifically, silica, alumina, mullite, cordierite, beryllia, or the like can be used.
Such an insulating layer may be formed by spin coating a sol solution obtained by hydrolyzing and polymerizing an alkoxide on a ceramic substrate, followed by drying and baking, or by sputtering, spray coating, CVD, or the like. Further, an oxide layer may be provided by oxidizing the surface of the ceramic substrate.
[0051]
The thickness of the insulating layer is desirably 0.1 to 1000 μm. If the thickness is less than 0.1 μm, the insulating property cannot be secured, and if it exceeds 1000 μm, the thermal conductivity from the resistance heating element to the ceramic substrate is impaired.
Further, the volume resistivity of the insulating layer is desirably 10 times or more (same measurement temperature) as the volume resistivity of the ceramic substrate. If it is less than 10 times, a short circuit cannot be prevented.
[0052]
The ceramic substrate contains carbon, and its content is desirably 200 to 5,000 ppm. This is because the electrode can be concealed and blackbody radiation can be easily used.
[0053]
The ceramic substrate desirably has a brightness of N6 or less as a value based on the provisions of JIS Z 8721. This is because a material having such a lightness is excellent in radiant heat and concealing property.
Here, N of lightness is 0 for ideal black lightness and 10 for ideal white lightness, and between these black lightness and white lightness, the perception of the lightness of the color is Each color is divided into 10 so as to have a uniform rate, and displayed by symbols N0 to N10.
The actual measurement is performed by comparing the color charts corresponding to N0 to N10. In this case, the first decimal place is 0 or 5.
[0054]
When a resistance heating element is provided on the surface of the ceramic substrate, the heating surface is desirably on the opposite side of the resistance heating element formation surface. This is because the ceramic substrate plays a role of thermal diffusion, so that the temperature uniformity of the heating surface can be improved.
[0055]
In the hot plate unit of the present invention, a conductor paste containing metal particles is applied to the surface of the ceramic substrate to form a conductor paste layer of a predetermined pattern, which is then baked and the metal particles are sintered on the surface of the ceramic substrate. The method is preferred. The sintering of the metal is sufficient if the metal particles and the metal particles and the ceramic are fused.
[0056]
When the resistance heating element is formed on the surface of the ceramic substrate, the thickness of the resistance heating element is preferably 1 to 30 μm, more preferably 1 to 10 μm.
Further, the width of the resistance heating element is preferably 0.1 to 20 mm, more preferably 0.1 to 5 mm.
Although the resistance value of the resistance heating element can be varied depending on its width and thickness, the above range is most practical. The resistance value increases as the resistance value decreases and the resistance value decreases.
[0057]
By setting the formation position of the resistance heating element in this way, while the heat generated from the resistance heating element propagates, it is conducted to the entire ceramic substrate, and the temperature of the surface that heats the object to be heated (semiconductor wafer). The distribution is made uniform, and as a result, the temperature in each part of the object to be heated is made uniform.
[0058]
Further, the pattern of the resistance heating element in the ceramic heater is not limited to the pattern shown in FIG. 2, but may be, for example, a spiral pattern, an eccentric pattern, a repeated pattern of bent lines, or the like. These may be used in combination.
In addition, by making the resistance heating element pattern formed on the outermost circumference into a pattern divided in the circumferential direction, it is possible to perform fine temperature control on the outermost circumference of the ceramic heater where the temperature is apt to decrease. Temperature variation can be suppressed. Further, the pattern of the resistance heating element divided in the circumferential direction may be formed not only on the outermost periphery of the ceramic substrate but also on the inside thereof.
[0059]
The resistance heating element may have a rectangular or elliptical cross section, but is preferably flat. This is because the flat surface is more likely to dissipate heat toward the heating surface, so that the temperature distribution on the heating surface is less likely.
The aspect ratio of the cross section (the width of the resistance heating element / the thickness of the resistance heating element) is desirably 10 to 5000.
By adjusting to this range, the resistance value of the resistance heating element can be increased, and the uniformity of the temperature of the heating surface can be ensured.
[0060]
When the thickness of the resistance heating element is constant, if the aspect ratio is smaller than the above range, the amount of heat propagation in the direction of the heating surface of the ceramic substrate is reduced, and the heat distribution approximate to the pattern of the resistance heating element is reduced. Conversely, if the aspect ratio is too large, the temperature immediately above the center of the resistance heating element becomes high, and eventually, a heat distribution similar to the pattern of the resistance heating element is generated on the heating surface. Therefore, in consideration of the temperature distribution, the aspect ratio of the cross section is preferably 10 to 5000.
In the ceramic heater constituting the hot plate unit of the present invention, the aspect ratio is desirably 10 to 200.
[0061]
In addition, the conductive paste used when forming the resistance heating element is not particularly limited, but contains metal particles or conductive ceramic for ensuring conductivity, as well as a resin, a solvent, a thickener, and the like. Is preferred.
[0062]
As the metal particles, for example, noble metals (gold, silver, platinum, and palladium), lead, tungsten, molybdenum, nickel, and the like are preferable, and among them, noble metals (gold, silver, platinum, and palladium) are more preferable. These may be used alone, but it is desirable to use two or more of them. This is because these metals are relatively hard to oxidize and have a resistance value sufficient to generate heat.
Examples of the conductive ceramic include carbides of tungsten and molybdenum. These may be used alone or in combination of two or more.
[0063]
The metal particles or the conductive ceramic particles preferably have a particle size of 0.1 to 100 μm. If it is too fine, less than 0.1 μm, it is liable to be oxidized, while if it exceeds 100 μm, sintering becomes difficult and the resistance value becomes large.
[0064]
The shape of the metal particles may be spherical or scaly. When these metal particles are used, they may be a mixture of the above-mentioned spherical material and the above-mentioned scaly material.
When the metal particles are scaly, or a mixture of spherical and scaly, the metal oxide between the metal particles is easily retained, and the adhesion between the resistance heating element and the nitride ceramic or the like is improved. And the resistance value can be increased, which is advantageous.
[0065]
Examples of the resin used for the conductor paste include an epoxy resin and a phenol resin. Examples of the solvent include isopropyl alcohol. Examples of the thickener include cellulose and the like.
[0066]
As described above, it is preferable that the conductor paste is formed by adding a metal oxide to the metal particles and sintering the metal particles and the metal oxide as the resistance heating element. By sintering the metal oxide together with the metal particles in this way, the ceramic particles, ie, the nitride ceramic or the carbide ceramic, can be brought into close contact with the metal particles.
[0067]
It is not clear why mixing metal oxides improves the adhesion with nitride ceramics or carbide ceramics, but the surface of metal particles, nitride ceramics, and carbide ceramics is slightly oxidized and becomes an oxide film. It is considered that these oxide films are sintered and integrated via the metal oxide, and the metal particles and the nitride ceramic or the carbide ceramic adhere to each other.
[0068]
Examples of the metal oxide include lead oxide, zinc oxide, silica, and boron oxide (B 2 O 3 ), At least one selected from the group consisting of alumina, yttria and titania.
[0069]
This is because these oxides can improve the adhesion between the metal particles and the nitride ceramic or the carbide ceramic without increasing the resistance value of the resistance heating element.
[0070]
The above lead oxide, zinc oxide, silica, boron oxide (B 2 O 3 ), Alumina, yttria, and titania, assuming that the total amount of metal oxides is 100 parts by weight, lead oxides are 1 to 10, silica is 1 to 30, boron oxide is 5 to 50, and zinc oxide is zinc oxide. Is preferably 20 to 70, alumina is 1 to 10, yttria is 1 to 50, and titania is 1 to 50, and the total is preferably adjusted so as not to exceed 100 parts by weight.
By adjusting the amounts of these oxides in these ranges, the adhesion to the nitride ceramic can be particularly improved.
The amount of the metal oxide added to the metal particles is preferably 0.1% by weight or more and less than 10% by weight.
[0071]
Further, a metal foil or a metal wire can be used as the resistance heating element. As the metal foil, it is desirable to use a nickel foil or a stainless steel foil as a resistance heating element by forming a pattern by etching or the like. The patterned metal foil may be bonded with a resin film or the like. Examples of the metal wire include a tungsten wire and a molybdenum wire.
[0072]
The area resistivity when the resistance heating element is formed is preferably from 0.1 mΩ to 10 Ω / □. When the sheet resistivity is less than 0.1 mΩ / □, the width of the resistive heating element pattern must be very thin, about 0.1 to 1 mm, in order to secure a heat generation amount. If the wire breaks due to chipping or the like, the resistance value fluctuates, and if the area resistivity exceeds 10Ω / □, the heating value cannot be secured unless the width of the resistive heating element pattern is increased. This is because the degree of freedom of design decreases, and it becomes difficult to make the temperature of the heating surface uniform.
[0073]
When the resistance heating element is formed on the surface of the ceramic substrate, it is desirable that a coating layer is provided on the surface of the resistance heating element. This is to prevent the resistance value from changing due to oxidation or the like of the internal metal sintered body. The thickness of the coating layer to be formed is preferably 0.1 to 10 μm.
[0074]
The metal used when forming the coating layer with a metal is not particularly limited as long as it is a non-oxidizing metal, and specific examples include gold, silver, palladium, platinum, and nickel. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, nickel is preferred. Further, the coating layer may be formed of glass.
[0075]
In the hot plate unit of the present invention, a method of connecting the external terminals is not particularly limited. For example, a method of connecting via solder or brazing material, or a method of providing a screw portion to the external terminal as described above, and screwing in the external terminal. And the like. In the case of connection via solder or brazing material, there is a risk of damage due to deterioration. However, in the case of a method of screwing in an external terminal, there is no possibility of such deterioration, and a strong connection can be achieved.
Further, the material of the external terminals is not particularly limited as long as it is a material having good electric conductivity, and examples thereof include metals such as nickel and Kovar.
[0076]
Next, another example of the hot plate unit of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 is a sectional view schematically showing another example of the hot plate unit of the present invention, and FIG. 5 is a bottom view schematically showing an example of the ceramic heater constituting the hot plate unit shown in FIG. It is. FIG. 6A is a partially enlarged sectional view of the ceramic heater shown in FIG. 5, and FIG. 6B is a partially enlarged sectional view schematically showing another example of the ceramic heater shown in FIG. FIG.
[0077]
In the hot plate unit 200 shown in FIG. 4, the ceramic heater 30 having the configuration shown in FIGS. 5 and 6 (a) has a screw portion at the head and the tip end similarly to the hot plate unit 100 shown in FIG. The fixing member 16 having a T-shaped cross section in view is inserted through a fixing through hole 35 formed in the ceramic substrate 30 and is fixed by being screwed into the support container 20.
[0078]
As shown in FIG. 5, in the ceramic heater 30 constituting the hot plate unit 200, a resistance heating element 32 composed of one circuit is embedded in a disk-shaped ceramic substrate 31. The resistance heating element 32 has a pattern similar to a plurality of concentric circles formed on the entire ceramic substrate 31. The concentric circle is cut at one or a plurality of portions, and adjacent concentric circles are connected alternately. By doing so, it is configured that the whole is connected as one circuit. The resistance heating element formed on the ceramic substrate may be formed of one circuit as shown in FIG. 5 or may be formed of a plurality of circuits.
[0079]
Further, a through hole 40 is provided directly below an end of the resistance heating element 32 formed inside the ceramic substrate 31, and a screw hole 36 is formed in the bottom of the through hole 40. An external terminal 33 having a screw portion is screwed.
Further, the wiring 17 connected to the external terminal 33 is connected to a power supply (not shown), so that the resistance heating element 32 and the power supply can be connected through the through hole 40. Has become.
[0080]
The other parts of the hot plate unit 200 have the same configuration as that of the hot plate unit 100, and thus the description thereof will be omitted.
[0081]
As described above, in the hot plate unit 200, the resistance heating element 32 is formed inside the ceramic substrate 31, and the end of the resistance heating element 32 is connected to the external terminal 33 through the through hole 40. The ceramic heater 30 is fixed via the protrusions 23 formed on the bottom 21 b of the support portion 21 of the support 20, and the wiring 17 connected to the external terminal 33 passes through the columnar body 22 of the support container 20 to the outside. Is derived.
[0082]
FIG. 6B is a partially enlarged cross-sectional view schematically showing another example of the ceramic heater constituting the hot plate unit of the present invention.
In this ceramic heater, a resistance heating element 42 and a through hole 50 formed immediately below the resistance heating element 42 are both formed inside the ceramic substrate 41, and a through hole 50 is formed on the bottom surface of the ceramic substrate 41. A screw hole exposing a part of 50 is provided, and an external terminal 43 having a screw portion is screwed.
Since the wiring 17 connected to the external terminal 43 is connected to a power supply (not shown), the connection between the resistance heating element 42 and the power supply is established through the through hole 50. I have.
[0083]
In the hot plate unit of the present invention, when the resistance heating element is formed inside the ceramic substrate, it is desirable that the resistance heating element is formed at a position of 60% or less in the thickness direction from the bottom surface of the ceramic substrate. If it exceeds 60%, the temperature is too close to the upper surface of the ceramic substrate, so that a temperature variation occurs on the heating surface.
[0084]
When a resistance heating element is formed inside a ceramic substrate, a plurality of resistance heating element formation layers may be provided. In this case, it is desirable that the resistance heating element is formed in some layer so as to complement each other, and that the pattern is formed in any region when viewed from above the heating surface. As such a structure, for example, there is a structure in which the staggered arrangement is provided.
Note that the resistance heating element may be provided inside the ceramic substrate, and the resistance heating element may be partially exposed.
[0085]
When the resistance heating element is formed inside the ceramic substrate, the thickness of the resistance heating element is preferably 1 to 50 μm, and the width of the resistance heating element is preferably 0.2 to 30 mm.
[0086]
Although the resistance value of the resistance heating element can be varied depending on its width and thickness, the above range is most practical. The resistance value increases as the resistance value decreases and the resistance value decreases. When the resistance heating element is formed inside the ceramic substrate, the thickness and width are larger.However, when the resistance heating element is provided inside, the distance between the upper surface of the ceramic substrate and the resistance heating element becomes shorter, and It is necessary to increase the width of the resistance heating element itself because the temperature uniformity is lowered, and it is not necessary to consider the adhesion with the nitride ceramic or the like in order to provide the resistance heating element inside. , Tungsten, molybdenum and other high melting point metals and carbides such as tungsten and molybdenum can be used, and the resistance value can be increased. . Therefore, it is desirable that the resistance heating element has the above-described thickness and width.
[0087]
The aspect ratio of the resistance heating element is desirably 200 to 5000.
When the resistance heating element is formed inside the ceramic substrate, the aspect ratio becomes larger.However, when the resistance heating element is provided inside, the distance between the heating surface and the resistance heating element becomes shorter, and the surface of the surface becomes smaller. This is because it is necessary to flatten the resistance heating element itself because the temperature uniformity is reduced.
[0088]
When the resistance heating element is formed inside the ceramic substrate, the surface is not oxidized, and thus no coating is required. When the resistance heating element is formed inside the ceramic substrate, a part of the resistance heating element may be exposed on the surface, and a through hole for connecting the resistance heating element is provided in the terminal portion. May be connected and fixed.
[0089]
Since the shape, material, and the like of the ceramic heater other than those described above are the same as those of the ceramic heater shown in FIGS.
[0090]
The hot plate unit has been described above. However, the ceramic heater constituting the hot plate unit of the present invention is provided with a resistive heating element on the surface or inside of the ceramic substrate, and is provided with an electrostatic electrode inside the ceramic substrate. It can be an electric chuck. By providing a chuck top conductor layer on the surface and providing a guard electrode and a ground electrode inside, a chuck top plate used for a wafer prober can be obtained.
[0091]
Next, an example of a method for manufacturing the hot plate unit of the present invention shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
(1) Manufacturing process of ceramic substrate
If necessary, yttria (Y 2 O 3 ) Or B 4 After a slurry is prepared by blending a sintering aid such as C, a compound containing Na and Ca, a binder, and the like, the slurry is granulated by a method such as spray drying, and the granules are put in a mold and pressed. Thereby, it is formed into a plate shape or the like to produce a green body.
[0092]
Next, the formed body is heated, fired and sintered to produce a ceramic plate. Thereafter, the ceramic substrate 11 is formed by processing into a predetermined shape. At this time, a concave portion 11a for mounting the susceptor 25 is formed. By performing heating and firing while applying pressure, it is possible to manufacture a ceramic substrate 11 having no pores. Heating and firing may be performed at a temperature equal to or higher than the sintering temperature. For nitride ceramics and carbide ceramics, the temperature is 1000 to 2500 ° C. Moreover, it is 1500-2000 degreeC in an oxide ceramic.
[0093]
Further, drilling is performed to form a bottomed hole 14 for embedding a temperature measuring element such as a thermocouple, a fixing through hole 15 for inserting a fixing member 16, and a concave portion for forming a conductor 12 a. (See FIG. 7A). Further, the recess is filled with a conductor to form a conductor portion 12a.
[0094]
(2) Step of printing conductive paste on ceramic substrate
The conductor paste is generally a high-viscosity fluid composed of metal particles, a resin, and a solvent. The conductor paste is printed on a portion where the resistance heating element 12 is to be provided by screen printing or the like, thereby forming a conductor paste layer.
The conductor paste layer is desirably formed so that the cross section of the resistance heating element 12 after firing has a rectangular and flat shape.
[0095]
(3) Baking of conductor paste
The conductor paste layer printed on the bottom surface 11b of the ceramic substrate 11 is heated and baked to remove the resin and the solvent, and at the same time, sinter the metal particles, and bake it on the bottom surface 11b of the ceramic substrate 11 to form the resistance heating element 12 (FIG. 7 (b)). The temperature of the heating and firing is preferably from 500 to 1000C.
If the above-described oxide is added to the conductor paste, the metal particles, the ceramic substrate and the oxide are sintered and integrated, so that the adhesion between the resistance heating element 12 and the ceramic substrate 11 is improved.
[0096]
(4) Formation of coating layer
Next, a coating layer (not shown) is formed to protect the surface of the resistance heating element 12. The coating layer is formed by forming a metal coating layer on the surface of the resistance heating element 12 by electrolytic plating, electroless plating, or the like, or by printing a glass insulating layer on the resistance heating element 12. Considering mass productivity, a metal coating layer formed by electroless plating is optimal.
[0097]
(5) Formation of screw holes, attachment of external terminals, etc.
Next, screw holes for fixing the external terminals 13 are formed in the end portion of the resistance heating element and the conductor portion 12a. The screw hole can be formed by forming a bottomed hole in the conductor portion 12a by blasting such as drilling or sandblasting, and then cutting a thread groove on the wall surface of the bottomed hole.
The external terminals 13 are attached to the ceramic substrate 11 by screwing the external terminals 13 into screw holes formed in the conductor portion 12a (see FIG. 7C). As a result, the external terminals 13 are connected to the resistance heating elements 12.
[0098]
(6) Susceptor manufacturing
A susceptor 25 having a projection 25b is manufactured by cutting out a plate-shaped quartz glass or ceramic plate having a projection formed at a predetermined position into a predetermined disk shape and polishing the plate.
[0099]
(7) Production of support containers
Next, the support container 20 as shown in FIG. 1 is manufactured.
The support container 20 is desirably made of quartz glass, and the support portion 21 of the support container 20 has an annular shape with a bottom, and the outer frame portion and the bottom portion are desirably formed integrally. . Further, it is desirable that the columnar body 22 of the support container 20 has a cylindrical shape.
After applying a vitreous adhesive to the upper part of the columnar body 22, the columnar body 22 is brought into close contact with the through-hole forming part of the bottom part 21b of the support part 21 and heated at 1500 to 1700 ° C. The support container 20 is formed by integrating the support portion 21 and the columnar body 22 by pressing them against each other.
[0100]
(8) Assembly of hot plate unit
As shown in FIG. 1, the ceramic heater 10 is fixed to the support container 20 via a projection 23 formed on the bottom 21b. At this time, the ceramic heater 10 is supported by interposing an elastic member 19 between the ceramic heater 10 and the fixing member 16 and screwing the fixing member 16 having a screw portion into a screw hole formed in the projection 23. It is fixed to the container 20.
Thereafter, the susceptor 25 is mounted by fitting the susceptor 25 into the recess 11 a of the ceramic substrate 11.
Then, the wiring 17 from the external terminal 13 and the lead wire 18 a from the temperature measuring element 18 are drawn out through the inside of the columnar body 22 of the support container 20 to be drawn out to the outside, so that the hot plate unit 100 Complete the production of
[0101]
Next, an example of a method for manufacturing the hot plate unit of the present invention shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG.
[0102]
(1) Manufacturing process of ceramic substrate
First, a ceramic powder such as a nitride ceramic is mixed with a binder, a solvent, or the like to prepare a paste, and the green sheet 300 is manufactured using the paste.
[0103]
As the ceramic powder such as the nitride ceramic described above, a nitride ceramic or the like can be used. If necessary, a sintering aid such as yttria, a compound containing Na or Ca, or the like may be added.
The binder is preferably at least one selected from an acrylic binder, ethyl cellulose, butyl cellosolve, and polyvinyl alcohol.
[0104]
Further, as the solvent, at least one selected from α-terpineol and glycol is desirable.
A paste obtained by mixing them is formed into a sheet by a doctor blade method to produce a green sheet.
The thickness of the green sheet is preferably 0.1 to 5 mm.
[0105]
(2) Step of printing conductive paste on green sheet
A conductive paste containing metal particles or conductive ceramic for forming the resistance heating element 32 is printed on the green sheet 300, or a conductive layer 320 is formed by inserting a formed pattern, and the through-hole is formed. A conductive paste filling layer 400 for the hole 40 is formed.
[0106]
As the conductive ceramic particles contained in these conductor pastes, carbides of tungsten or molybdenum are most suitable. This is because it is difficult to be oxidized and the thermal conductivity is not easily reduced. Further, as the metal particles, for example, tungsten, molybdenum, platinum, nickel and the like can be used. The average particle diameter of the conductive ceramic particles and the metal particles is preferably 0.1 to 5 μm. If the average particle diameter is less than 0.1 μm or exceeds 5 μm, it is difficult to print the conductive paste.
As such a conductive paste, for example, 85 to 87 parts by weight of metal particles or conductive ceramic particles; 1.5 to 10 parts by weight of at least one binder selected from acrylic, ethyl cellulose, butyl cellosolve, and polyvinyl alcohol; A composition (paste) in which 1.5 to 10 parts by weight of at least one solvent selected from α-terpineol and glycol is mixed.
[0107]
(3) Green sheet lamination process
The green sheet 300 on which the conductor paste is not printed is laminated on the upper side of the green sheet 300 on which the conductor paste is printed (see FIG. 8A).
At this time, the green sheets 300 on which the conductive paste is printed are stacked so that they are positioned at 60% or less of the thickness of the stacked green sheets.
Specifically, the number of stacked green sheets on the upper side is preferably 20 to 50 sheets.
[0108]
(4) Firing step of green sheet laminate
The green sheet laminate is heated and pressed to sinter the green sheet and the internal conductor paste.
The heating temperature is preferably from 1000 to 2000 ° C., and the pressure is preferably from 10 to 20 MPa. Heating is performed in an inert gas atmosphere. As the inert gas, for example, argon, nitrogen, or the like can be used.
[0109]
Next, the bottomed hole 34 for embedding a temperature measuring element such as a thermocouple, the through hole 40 for connecting the resistance heating element 32 to the external terminal 33, and the susceptor 25 are placed on the obtained sintered body. Recesses 11a and the like are formed. (See FIG. 8B)
[0110]
The step of forming the bottomed holes 34 may be performed on the green sheet laminate, but is preferably performed on the sintered body. This is because during the sintering process, there is a possibility of deformation.
[0111]
The bottomed hole 34 and the fixing through hole 35 can be formed by drilling after surface polishing.
[0112]
(5) Screw hole formation
Next, a screw hole 36 for fixing the external terminal 33 is formed on the bottom surface of the through hole 40. The screw hole 36 can be formed by forming a bottomed hole in the bottom surface of the through hole 40 by drilling, and then cutting a thread groove on the wall surface of the bottomed hole.
[0113]
(6) Installation of external terminals
The external terminals 33 are attached to the ceramic substrate 31 by screwing the external terminals 33 into screw holes 36 formed on the bottom surface of the through holes 40. As a result, the external terminal 33 is connected to the resistance heating element 32 via the through hole 40. (See FIG. 8 (c))
[0114]
(7) Manufacture of susceptor, manufacture of support container, assembly of hot plate unit
Then, after the supporting container 20 is manufactured by the same method as (6), (7) and (8) in the manufacturing method of the hot plate unit of the present invention shown in FIG. 1, the ceramic heater 30 is supported by the supporting container. By fixing and drawing out the wiring 17 so as to be led out through the inside of the columnar body 22, the manufacture of the hot plate unit 200 is completed.
[0115]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
[0116]
(Example 1)
Manufacture of hot plate unit (see FIGS. 1-3 and 7)
(1) 100 parts by weight of aluminum nitride powder (average particle size: 0.6 μm), 4 parts by weight of yttria (average particle size: 0.4 μm), 12 parts by weight of acrylic binder and spray drying of a composition comprising alcohol, A granular powder was produced.
[0117]
(2) Next, this granular powder was placed in a mold and formed into a flat plate to obtain a formed product (green).
[0118]
(3) Next, the formed body was degreased in nitrogen gas at 600 ° C. for 4 hours, and then hot-pressed at 1800 ° C. and a pressure of 20 MPa for 10 hours to obtain an aluminum nitride plate having a thickness of 6 mm.
Next, a disk having a diameter of 330 mm was cut out from the plate to obtain a ceramic plate (ceramic substrate 11). This ceramic substrate 11 is drilled to form a bottomed hole 14 for embedding a thermocouple, a fixing through hole 15 for inserting a fixing member 16, and a recess having a thread for forming a conductor 12 a. (See FIG. 7A), and a screw made of a conductor was fitted into this recess to form a conductor portion 12a. In addition, a concave portion 11a having a depth of 3 mm for mounting the susceptor 25 made of quartz glass was formed by NC grinding using a resin bond grindstone.
[0119]
(4) A conductor paste layer was formed on the ceramic substrate 11 obtained in (3) by screen printing. The printing pattern was a pattern in which a plurality of concentric resistance heating elements were formed as shown in FIG.
As the conductor paste, Ag 48% by weight, Pt 21% by weight, SiO 2 2 1.0% by weight, B 2 O 3 A composition composed of 2.2% by weight, 4.1% by weight of ZnO, 3.4% by weight of PbO, 3.4% by weight of ethyl acetate, and 17.9% by weight of butyl carbitol was used.
This conductor paste was an Ag-Pt paste, and the silver particles had a mean particle size of 4.5 μm and were scaly. Further, the Pt particles were spherical with an average particle diameter of 0.5 μm.
[0120]
(5) Further, after the conductor paste layer of the heating element pattern is formed, the ceramic substrate 11 is heated and baked at 780 ° C. to sinter Ag and Pt in the conductor paste and to bake the ceramic substrate 11 on the ceramic substrate 11 to generate resistance heating. Body 12 was formed. (See FIG. 7B.) The resistance heating element 12 had a thickness of 5 μm, a width of 2.4 mm, and a sheet resistivity of 7.7 mΩ / □.
[0121]
(6) An electroless nickel plating bath composed of an aqueous solution having a concentration of nickel sulfate 80 g / l, sodium hypophosphite 24 g / l, sodium acetate 12 g / l, boric acid 8 g / l, and ammonium chloride 6 g / l as described in (5) above. Was immersed to deposit a metal coating layer (nickel layer) having a thickness of 1 μm on the surface of the Ag—Pt resistance heating element 12.
[0122]
(7) Forming a bottomed hole having a diameter of 5 mm and a depth of 5 mm by drilling at the end of the resistance heating element 12 and the bottom of the conductor portion 12a, and then cutting a thread groove on the inner wall surface of the bottomed hole. Thereby, a screw hole was formed in the bottom surface of the conductor portion 12a.
Next, the external terminals 13 were screwed into the screw holes, and the external terminals 13 were fixed to the ceramic substrate 11. (See FIG. 7 (c))
[0123]
(8) A support part 21 (outside diameter 360 mm, inside diameter 350 mm, height 26 mm, bottom thickness 5 mm) made of GE Quartz's quartz glass bottom and a quartz glass columnar body (outside diameter 80 mm, inside diameter 70 mm) , 190 mm in length) were heated and joined at 1600 ° C. in the air to produce a support container 20 in which a columnar body 22 was joined to a support 21 as shown in FIG.
[0124]
(9) The ceramic heater 10 manufactured by the steps (1) to (7) is fixed to the support container 20 manufactured by the step (8) via the projection 23. At this time, the ceramic heater 10 is supported by interposing an elastic member 19 between the ceramic heater 10 and the fixing member 16 and screwing the fixing member 16 having a screw portion into a screw hole formed in the projection 23. It was fixed to the container 20.
Thereafter, a susceptor 25 made of quartz glass was fitted into the concave portion 11a of the ceramic substrate 11 and placed.
Then, the lead wire 18a from the wiring 17 and the temperature measuring element 18 was drawn out so as to be led out through the inside of the columnar body 22, and the production of the hot plate unit 100 was completed.
[0125]
(Example 2)
Manufacture of hot plate unit (see FIGS. 4 to 6 and 8)
(1) 100 parts by weight of aluminum nitride powder (manufactured by Tokuyama Corporation, average particle size: 0.6 μm), 4 parts by weight of alumina, 11.5 parts by weight of an acrylic resin binder, 0.5 part by weight of a dispersant, 1-butanol and ethanol A green sheet having a thickness of 0.47 mm was prepared by using a paste obtained by mixing 53 parts by weight of alcohol consisting of
[0126]
(2) Next, after drying the green sheet at 80 ° C. for 5 hours, a portion to be a through hole 40 was provided by punching.
[0127]
(3) 10000 parts by weight of tungsten carbide (WC-10 manufactured by Allied Materials), 1509 parts by weight of an acrylic binder (SA-545 manufactured by Mitsui Chemicals), 175 parts by weight of plasticizer (DOA manufactured by Kurokin Kasei), dispersant (Kyoeisha Chemical) G700) 35 parts by weight, 1-butanol 560 parts by weight, and ethanol 432 parts by weight were mixed, and a tungsten carbide green sheet having a thickness of 65 μm ± 5 μm was produced by a doctor blade method. This was dried in air at 25 ° C. for 48 hours to obtain a green sheet having a thickness of 55 μm ± 5 μm. The green sheet was punched to form a tungsten carbide pattern sheet. (See Fig. 5)
[0128]
A conductive paste was prepared by mixing 100 parts by weight of tungsten particles having an average particle diameter of 3 μm, 1.9 parts by weight of an acrylic binder, 3.7 parts by weight of an α-terpineol solvent, and 0.2 parts by weight of a dispersant.
Further, a conductive paste was filled into a portion to be a through hole 40 for connecting the external terminal 33 to form a filling layer 400.
[0129]
On the green sheet after the above treatment, the above-mentioned tungsten carbide pattern sheet and 50 green sheets on which the conductor paste is not printed are laminated on the upper side (heating surface side), and pressure-bonded at 130 ° C. and a pressure of 8 MPa. Thus, a laminate was formed (see FIG. 8A).
[0130]
(4) Next, the obtained laminate was degreased in nitrogen gas at 600 ° C. for 5 hours and hot-pressed at 1890 ° C. and a pressure of 15 MPa for 10 hours to obtain a 15 mm-thick ceramic plate. This was cut out into a 330 mm disk shape to obtain a ceramic plate having a 6 μm thick, 10 mm wide resistance heating element 32 and a through hole 40 inside.
[0131]
(5) Then, a bottomed hole 34 for inserting a temperature measuring element by drilling and a fixing through-hole 35 for inserting the fixing member 16 are formed on the surface of the ceramic plate obtained in (4). did. (See FIG. 8B). In addition, a recess 11a for mounting the susceptor 25 made of quartz glass was formed by NC grinding using a resin bond grindstone.
[0132]
(6) After forming a bottomed hole having a diameter of 5 mm and a depth of 5 mm on the bottom surface of the through hole 40 by drilling, and forming a thread groove on the inner wall surface of the bottomed hole, the bottom surface of the through hole 40 is formed. A screw hole 36 was formed.
[0133]
(7) Next, the external terminals 33 were screwed into the screw holes 36, and the external terminals 33 were fixed to the ceramic substrate 31 (see FIG. 8C).
[0134]
(8) A susceptor 25 having a projection 25b was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thickness was 3 to 5 mm.
Also, except that the outer diameter of the support portion was 360 mm, the inner diameter was 350 mm, the height was 26 mm, the thickness of the bottom 21 b was 5 mm, the length of the columnar body 22 was 195 mm, the outer diameter was 82 mm, and the inner diameter was 72 mm. A supporting container 20 was manufactured in the same manner as in Example 1.
[0135]
(9) The ceramic heater 30 manufactured by the steps (1) to (7) is fixed to the support container 20 manufactured by the step (8) via the projection 23. At this time, the ceramic heater 30 is supported by interposing an elastic member 19 between the ceramic heater 30 and the fixing member 16 and screwing the fixing member 16 having a screw portion into a screw hole formed in the projection 23. It was fixed to the container 20.
Thereafter, a susceptor 25 made of quartz glass was fitted and placed in the concave portion 31a of the ceramic substrate 31.
Then, the lead wire 18 a from the wiring 17 and the temperature measuring element 18 was drawn out so as to be led out through the inside of the columnar body 22, and the production of the hot plate unit 200 was completed.
[0136]
(Comparative Example 1)
Using stainless steel (SUS316), circular processing by laser or press die cutting, the outer periphery is squeezed at 90 °, and the stainless steel bottomed ring (outer diameter 360 mm, inner diameter 350 mm, height 30 mm) is supported by stainless steel. A hot plate unit was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the container 20 was formed, and a through-hole for leading out a wire having a diameter of 40 mm was formed at the bottom thereof, and the wiring 17 and the lead wire 18a were drawn out of the through-hole. did.
[0137]
(Comparative Example 2)
Using SUS316 with a laser or press die cutting to form a circular shape, a stainless steel bottomed annular support part 21 (outside diameter 360 mm, inside diameter 350 mm, height 19 mm, bottom thickness 5 mm) whose outer peripheral part is squeezed by 90 °. A stainless steel columnar body 22 (outer diameter 80 mm, inner diameter 70 mm, length 190 mm) was welded to produce a stainless steel support container 20 in which the columnar body 22 was joined to a support 21 as shown in FIG. A hot plate unit was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the support container 20 was a stainless steel support container.
[0138]
(Comparative Example 3)
Aluminum nitride powder (manufactured by Tokuyama Corporation, average particle size: 0.6 μm) was formed into a cylindrical shape by a dry rubber press method on the ceramic heater 30 manufactured by the steps (1) to (7) of Example 2. A columnar body 22 made of aluminum nitride (outside diameter 80 mm, inside diameter 70 mm, length 190 mm) which is degreased in an oxidizing atmosphere at 600 ° C. for 5 hours and then baked in nitrogen gas at 1860 ° C. for 6 hours. Were joined in a nitrogen gas by heating at 1850 ° C., and a susceptor was placed thereon to produce a hot plate unit.
[0139]
(Comparative Example 4)
An annular bottomed ring made of GE Quartz made of quartz glass (outside diameter: 360 mm, inside diameter: 350 mm, height: 30 mm) is used as a quartz glass support container 20, and a through-hole for leading out a wire having a diameter of 40 mm is provided at the bottom. A hot plate unit was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the wiring 17 and the lead wire 18a were drawn out of the through hole.
[0140]
The following evaluation tests were performed on the hot plate units according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4. The results are shown in Table 1 below.
[0141]
(1) Leakage from wiring
After applying a voltage to the hot plate units according to the example and the comparative example and heating the ceramic heater to 500 ° C., the current value of the wiring from the resistance heating element was measured to determine whether there was a leakage from the wiring. confirmed.
[0142]
(2) In-plane temperature uniformity at steady state
After a voltage was applied to the hot plate units according to the examples and the comparative examples to raise the temperature of the ceramic heater to 500 ° C., the temperature distribution on the heating surface of the ceramic heater was measured using a thermoviewer (IRI2012-0012 manufactured by Nippon Tatum Co., Ltd.). Was measured, and the temperature difference between the highest temperature and the lowest temperature was calculated. FIGS. 10 to 11 show temperature distribution diagrams of the thermoviewers obtained in the examples and comparative examples.
[0143]
[Table 1]
Figure 2004296532
[0144]
As is clear from the results shown in Table 1, in the hot plate units according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 3 and 4, no leakage occurred from the wiring.
On the other hand, in the hot plate units according to Comparative Examples 1 and 2, leakage from the wiring occurred.
This is because, in the hot plate units according to Comparative Examples 1 and 2, since the outer peripheral portion of the ceramic heater has a bottomed annular shape made of stainless steel, an internal power supply line near the outer wall comes into contact, and electric leakage occurs. It is thought that it was done. In addition, the rise in the temperature of the supporting container may reduce the insulating property of the atmosphere gas, and may cause a leakage through the atmosphere gas.
[0145]
Further, in the hot plate units according to Examples 1 and 2, the temperature variation on the heating surface was small, whereas in the hot plate units according to Comparative Examples 1 to 4, the temperature variation on the heating surface was small. It was big.
[0146]
This is presumably because in the hot plate units according to Comparative Examples 1 and 2, since the supporting container was made of stainless steel, the heat radiation was intense at the contact portion with the ceramic substrate, so that the temperature variation became large. Further, in the hot plate units according to Comparative Examples 3 and 4, the temperature of the heating surface was hard to decrease because the columnar body or the support portion made of quartz glass was used, but the support container including the columnar body and the support portion was used. , Temperature uniformity was poor. When the columnar body is directly connected to the ceramic substrate constituting the ceramic heater as in Comparative Example 3, the temperature of the peripheral portion of the heating surface of the ceramic heater decreases, and the temperature uniformity of the heating surface decreases. It is thought that.
[0147]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the wires from the external terminals are drawn out to the outside through the convex body of the supporting container, the generated heat passes through the convex body to the lower side of the supporting container. Since the propagation occurs, the temperature of the supporting container constituting the hot plate unit does not become too high, the electric leakage from the wiring can be prevented, and the reliability of the hot plate unit can be greatly improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing one example of a hot plate unit of the present invention.
FIG. 2 is a bottom view schematically showing an example of a ceramic heater constituting the hot plate unit shown in FIG.
FIG. 3 is a partially enlarged sectional view of the ceramic heater shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing another example of the hot plate unit of the present invention.
FIG. 5 is a bottom view schematically showing an example of a ceramic heater constituting the hot plate unit shown in FIG.
FIG. 6A is a partially enlarged cross-sectional view of the ceramic heater shown in FIG. FIG. 6B is a partially enlarged cross-sectional view schematically illustrating another example of the ceramic heater illustrated in FIG. 5.
FIGS. 7A to 7D are cross-sectional views schematically showing a part of an example of a manufacturing process of the hot plate unit of the present invention shown in FIG.
8 (a) to 8 (d) are cross-sectional views schematically showing a part of an example of a manufacturing process of the hot plate unit of the present invention shown in FIG.
FIGS. 9A and 9B are cross-sectional views showing the shape of the heat-resistant elastic member.
FIGS. 10A and 10B are temperature distribution diagrams illustrating a temperature state of a heating surface of the hot plate unit according to the embodiment.
FIGS. 11A to 11D are temperature distribution diagrams illustrating a temperature state of a heating surface of a hot plate unit according to a comparative example.
[Explanation of symbols]
10, 30 Ceramic heater
11,31 ceramic substrate
11a, 31a recess
11b, 31b bottom
12, 32 (32a to 32p) Resistance heating element
13, 33 external terminal
14, 34 bottomed hole
15, 35 Fixing through hole
16 Fixing member
36 screw hole
17 Wiring
18 Temperature measuring element
19, 180, 190 Elastic member
20 Support container
21 Support
21a Outer frame
21b bottom
22 Pillar
23 Projection
25 Susceptor
25a heating surface
25b protrusion
40, 50 Through hole
140 through hole
170 insulator

Claims (5)

セラミック基板の表面または内部に抵抗発熱体が形成され、前記抵抗発熱体の端部に外部端子が接続されてなるセラミックヒータと、それを支持する支持容器とを含んで構成されるホットプレートユニットであって、
前記支持容器は、底部に貫通孔を有する絶縁性の有底円環形状又は有底多角形形状の支持部と、前記貫通孔形成部に接合された絶縁性の凸状体とからなり、
前記外部端子に接続された配線は、前記支持容器の前記絶縁性の凸状体を通って外部に導出されてなることを特徴とするホットプレートユニット。A hot plate unit including a ceramic heater in which a resistance heating element is formed on the surface or inside of a ceramic substrate and an external terminal is connected to an end of the resistance heating element, and a supporting container that supports the ceramic heater. So,
The support container includes an insulating bottomed annular shape or a bottomed polygonal support having a through hole at the bottom, and an insulating convex body joined to the through hole forming portion,
The hot plate unit, wherein the wiring connected to the external terminal is led out through the insulating convex body of the support container. 前記セラミックヒータには、頭部およびねじ部を有する固定部材を挿通するための複数の固定用貫通孔が形成されるとともに、
前記支持容器を構成する支持部の底部に形成された突起部には、ねじ孔が形成され、
前記セラミックヒータは、前記突起部を介し、該セラミックヒータの前記固定用貫通孔に挿通された前記固定部材により前記支持容器に固定されてなる請求項１に記載のホットプレートユニット。The ceramic heater is formed with a plurality of fixing through holes for inserting a fixing member having a head and a screw portion,
A screw hole is formed in a protrusion formed on the bottom of the support portion that constitutes the support container,
2. The hot plate unit according to claim 1, wherein the ceramic heater is fixed to the support container by the fixing member inserted into the fixing through hole of the ceramic heater via the protrusion. 3. 前記セラミックヒータは、該セラミックヒータと前記固定部材との間に介装された弾性部材を介して突起部に固定されている請求項２に記載のホットプレートユニット。The hot plate unit according to claim 2, wherein the ceramic heater is fixed to the protrusion via an elastic member interposed between the ceramic heater and the fixing member. 前記セラミックヒータの上面にはサセプタが載置され、前記サセプタを介して被加熱物を加熱する請求項１〜３のいずれかに記載のホットプレートユニット。The hot plate unit according to claim 1, wherein a susceptor is mounted on an upper surface of the ceramic heater, and heats an object to be heated via the susceptor. 前記サセプタの被加熱物を加熱する加熱面には、該被加熱物との間に空間を形成するために複数の突起が形成され、前記被加熱物は、所定の空間を介して加熱される請求項４に記載のホットプレートユニット。A plurality of protrusions are formed on the heating surface of the susceptor that heats the object to be heated to form a space between the object and the object to be heated, and the object to be heated is heated through a predetermined space. The hot plate unit according to claim 4.
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