JP2005050820A

JP2005050820A - ホットプレート

Info

Publication number: JP2005050820A
Application number: JP2004245842A
Authority: JP
Inventors: Yasuji Hiramatsu; 靖二平松; Yasutaka Ito; 康隆伊藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2005-02-24

Abstract

【課題】セラミック基板にクーリングスポットが発生するのを防止することができ、従って、セラミック基板の加熱面の温度を均一にすることができ、シリコンウエハ等の被加熱物を均一に加熱することができるホットプレートを提供する。
【解決手段】その表面または内部に抵抗発熱体が形成されたセラミック基板が、支持容器に配設されてなるホットプレートであって、前記セラミック基板は、前記支持容器の内部に設置された支持部材により支持されており、かつ、前記支持部材と前記セラミック基板との接触部は、前記抵抗発熱体が形成された領域の内部に存在することを特徴とするホットプレート。
【選択図】図４

Description

本発明は、主に、半導体の製造や検査に用いるホットプレート（セラミックヒータ）に関する。

エッチング装置や、化学的気相成長装置等を含む半導体製造・検査装置等においては、従来、ステンレス鋼やアルミニウム合金などの金属製基材を用いたヒータやウエハプローバ等が用いられてきた。

ところが、このような金属製のヒータは、以下のような問題があった。
まず、金属製であるため、ヒータ板の厚みは、１５ｍｍ程度と厚くしなければならない。なぜなら、薄い金属板では、加熱に起因する熱膨張により、反り、歪み等が発生していまい、金属板上に載置したシリコンウエハが破損したり傾いたりしてしまうからである。しかしながら、ヒータ板の厚みを厚くすると、ヒータの重量が重くなり、また、嵩張ってしまうという問題があった。

また、抵抗発熱体に印加する電圧や電流量を変えることにより、シリコンウエハ等の被加熱物を加熱する面（以下、加熱面という）の温度を制御するのであるが、金属板が厚いために、電圧や電流量の変化に対してヒータ板の温度が迅速に追従せず、温度制御しにくいという問題もあった。

そこで、特許文献１には、基板として、熱伝導率が高く、強度も大きい窒化物セラミックや炭化物セラミックを使用し、これらのセラミックからなる板状体の表面に、金属粒子を焼結して形成した抵抗発熱体が設けられたセラミック基板が提案されている。

図７は、このような構成のセラミック基板が支持容器に設置されたホットプレートを模式的に示した断面図である。
このホットプレート２０では、底面４１ｂに抵抗発熱体４２が形成された円板形状のセラミック基板４１が断熱リング２５を介して円環形状の支持容器本体２１に嵌め込まれており、抵抗発熱体４２の端部には、半田層（図示せず）等を介して外部端子４３が接続されている。

支持容器本体２１の下部の内側には、このセラミック基板４１を支持するための基板受け部２１ａが一体的に形成されており、一方、支持容器本体２１の下面には、有底円筒形状の遮熱部材２６がボルト２８を用いて取り付けられ、固定されている。

このボルト２８は、押さえ用金具２７を固定する働きも有しており、この押さえ用金具２７により、セラミック基板４１が断熱リング２５を介して基板受け部２１ａに押しつけられ、固定されている。

また、遮熱部材２６の底部には、冷媒導入管１９が設けられており、この冷媒導入管１９を介して冷媒が支持容器２０の内部に導入されるとともに、遮熱部材２６に設けられた貫通孔２６ａを介して排出され、加熱後の冷却時にセラミック基板４１が冷却されるようになっている。

このような構成のホットプレート２０に通電すると、抵抗発熱体が発熱する結果、セラミック基板上に載置されるシリコンウエハ９等を所定の温度に加熱することができる。
特開平１１−４０３３０号公報

しかしながら、上記した構成のホットプレート２０では、セラミック基板の側面または底面外周が断熱リング２５等を介して支持容器本体２１と接しており、そのために、この部分から熱が逃散しやすい。

このような熱の逃散を防止するため、断熱性能を有する断熱リング２５をセラミック基板４１と支持容器２０との間に介装しているが、セラミック基板４１が、例えば、３００℃程度の高温になった場合には、やはり、この断熱リング２５を通って熱が逃散するのを完全に防止するのは難しくかった。

さらに、このセラミック基板４１の側面や底面外周には、抵抗発熱体４２が形成されていないため、熱の逃散により一層温度が低下しやすく、そのために、この部分に所謂クーリングスポット（局部的に温度の低下した部分）が発生し、シリコンウエハ等の被加熱物を均一に加熱することが難しいという問題があった。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、抵抗発熱体が形成されていないセラミック基板の側面や底面外周からの放熱を防止するために、セラミック基板の側面や底面外周部と支持容器とを全く接触させずに、セラミック基板を支持する方法を見い出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、その表面または内部に抵抗発熱体が形成されたセラミック基板が、支持容器に配設されてなるホットプレートであって、
上記セラミック基板は、上記支持容器の内部に設置された支持部材により支持されており、かつ、
上記支持部材と上記セラミック基板との接触部は、上記抵抗発熱体が形成された領域の内部に存在することを特徴とするホットプレートである。

上記ホットプレートによれば、セラミック基板の側面や底面外周部は、断熱リングや支持容器等と全く接触しておらず、他の部分と同様に空気と接しているため、この部分からの熱の逃散が他の部分に比べて大きくなることはなく、従って、これらの部分にクーリングスポットが発生することはない。

また、上記支持部材と上記セラミック基板との接触部は、上記抵抗発熱体が形成された領域の内部に存在するので、たとえ、上記支持部材を介して多少の放の逃散があったとしても、抵抗発熱体の発熱量を制御することにより、支持部材からの熱の逃散を補うことができる。従って、セラミック基板にクーリングスポットが発生することはない。

上記ホットプレートにおいて、上記支持部材は、弾性体からなることが望ましい。弾性体でセラミック基板を支持することにより、セラミック基板に急激な負荷がかかった場合であっても、弾性体が衝撃を吸収し、セラミック基板やシリコンウエハ等の被加熱物の損傷を防止することができるからである。

弾性体としては、板状バネやコイルバネを使用することができる。また、コイルバネや板状バネの材質としては、金属が挙げられ、上記金属としては、例えば、ステンレス、インコネル、鋼鉄、アルミニウム、ニッケル、銅等が挙げられる。

これらのなかでは、金属製のバネが望ましい。金属バネは、耐熱性を有するため、高温用のホットプレートとした場合であっても耐久性に優れるからである。
また本発明では、支持部材は、セラミックであってもよい。セラミックの方が金属に比べて熱伝導率が相対的に低く、耐熱性にも優れるからである。

上記セラミックとしては、アルミナ、シリカ、コージェライト、ジルコニア、ＳｉＣおよびＡｌＮから選ばれる少なくとも１種を使用することができる。また、これらの中では、アルミナが好ましい。
さらに、上記支持部材とセラミック基板の接触部の表面は、ＪＩＳＲ０６０１で、Ｒｍａｘが０．１μｍ以上であることが望ましい。Ｒｍａｘが０．１μｍ未満では、接触面積が大きくなり、加熱面にクーリングスポットが発生しやすいからである。

上記支持部材とセラミック基板の接触部の表面とは、支持部材側の接触面またはセラミック基板側の接触面であるが、支持部材側の接触面およびセラミック基板側の接触面両方であってもよい。
表面の粗化方法としては、研磨処理、サンドブラスト処理などが挙げられる。

本発明に係るホットプレートでは、セラミック基板の側面や底面外周部は、断熱リングや支持容器等と全く接触しておらず、他の部分と同様に空気と接しているため、この部分からの熱の逃散が他の部分に比べて大きくなることはなく、これらの部分にクーリングスポットが発生することはない。

また、上記支持部材と上記セラミック基板との接触部は、上記抵抗発熱体が形成された領域の内部に存在するので、抵抗発熱体の発熱量を制御することにより、支持部材からの放熱を補うことができ、セラミック基板にクーリングスポットが発生するのを防止することができる。
従って、セラミック基板の加熱面の温度を均一にすることができ、シリコンウエハ等の被加熱物を均一に加熱することができる。

本発明のホットプレートは、その表面または内部に抵抗発熱体が形成されたセラミック基板が、支持容器に配設されてなるホットプレートであって、
上記セラミック基板は、上記支持容器の内部に設置された支持部材により支持されており、かつ、上記支持部材と上記セラミック基板との接触部は、上記抵抗発熱体が形成された領域の内部に存在することを特徴とする。

以下、本発明のホットプレートについて、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のホットプレートの一例を模式的に示す底面図であり、図２は、図１に示したホットプレートの平面図である。

セラミック基板４１は、円板形状に形成されており、抵抗発熱体４２は、セラミック基板４１の底面に同心円状のパターンに形成されている。また、これら抵抗発熱体４２は、互いに近い二重の同心円同士が１組の回路として、１本の線になるように接続されている。このようなパターンの抵抗発熱体を形成することにより、加熱面４１ａの温度を均一にすることができる。

抵抗発熱体４２の端部には、半田層（図示せず）等を介して外部端子４３が接続されており、外部端子４３には導電線１４を有するソケット２３が取り付けられ、この導電線１４は、支持容器１１の外部に引き出され、電源（図示せず）との接続が図られている。

また、中央に近い部分には、シリコンウエハの運搬等に用いるリフターピンを挿入するための複数の貫通孔４５が形成されるとともに、支持容器１１の底部にも、これらに連通する貫通孔が形成されている。

一方、セラミック基板４１の底面には、熱電対等の測温素子４７を挿入するための有底孔４４が形成され、この測温素子４７より配線４６が導出され、支持容器１１の底部の貫通孔１１ａより外部に引き出されている。

支持容器１１の底部には、複数（４個）のわずかに屈曲した形状の支持部材１２が一端部を固定具１８により固定され、斜めに傾斜した状態で設置されており、一方、セラミック基板４１の底面には、凹部４９が形成され、この凹部４９に支持部材１２の上端が挿入され、この部分を支点としてセラミック基板４１が支持・固定されている。

この支持部材１２は、上記ステンレス、インコネル、鋼鉄等の金属バネで形成されており、セラミック基板４１の中心に対して十字になる位置に凹部（接触部）が存在する。支持部材１２の個数は、３個以上であれば、特に限定されないが、セラミック基板４１の中心に対して回転対象になるように接触部が形成されていることが望ましい。

また、支持部材１２は、セラミック等により形成されていてもよい。熱伝導率が低く、セラミック基板４１からの熱の逃散を防止することができるからである。セラミック基板の抵抗発熱体形成領域の内部に貫通孔等を設け、この貫通孔に支持部材を挿入することによりセラミック基板を支持・固定してもよい。

なお、支持容器１１の底部には、従来のホットプレート２０の場合と同様に、冷媒導入管１９が固定され、冷却することができるようになっている。

上述のように、セラミック基板４１には、リフターピンを挿通するための貫通孔４５が複数個設けられているが、この複数のリフターピンでシリコンウエハ９を支持することにより、セラミック基板４１の上面より一定の距離離間させた状態でシリコンウエハを載置し、加熱等を行うことができる。

また、セラミック基板４１に貫通孔や凹部を形成し、この貫通孔等に先端が尖塔状または半球状の支持ピンをセラミック基板４１よりわずかに突出させた状態で挿入、固定し、この上にシリコンウエハ９を載置することにより、シリコンウエハ９をセラミック基板４１の上面より一定の距離離間させた状態で載置することができる。

本発明のホットプレート１０では、このように支持容器１１の底部に設けられた支持部材１２により、抵抗発熱体４２が形成された領域の内部でセラミック基板４１を支持しているため、その部分から多少の熱の逃散があっても、抵抗発熱体４２の発熱量を制御することにより、クーリングスポットが発生するのを防止することができる。

また、セラミック基板４１の側面や底面外周は、他の部分と同様に、空気と接しており、従って、これらの部分からの熱の逃散が特に大きくなることはなく、セラミック基板の加熱面４１ａを均一な温度にすることができる。
従って、本発明のホットプレート１０を用いることにより、シリコンウエハ９等の被加熱物を均一に加熱することができる。

図３は、本発明のホットプレートの別の実施形態を模式的に示す断面図である。このホットプレート５０では、セラミック基板５１は、円板形状に形成されており、抵抗発熱体５２は、セラミック基板５１の内部に、図１に示したパターンと同様のパターン、すなわち、同心円形状のパターンで形成されている。

そして、抵抗発熱体５２の端部の直下には、スルーホール５８が形成され、さらに、このスルーホール５８を露出させる袋孔（図示せず）が底面５１ｂに形成され、袋孔には外部端子５３が挿入され、ろう材（図示せず）等で接合されている。
そして、外部端子５３には、導電線１４を有するソケット２３が取り付けられ、この導電線１４は電源（図示せず）と接続されている。

また、図１に示したホットプレート１０の場合と同様に、支持容器１１の底部には、支持部材１２が一端部を固定具１８により固定された状態で設置されており、一方、セラミック基板５１の底面に形成された凹部５９には、支持部材１２の上端が挿入され、セラミック基板５１が支持されている。

このホットプレート５０においても、支持部材１２が抵抗発熱体５２が形成された領域の内部でセラミック基板５１を支持しているため、その部分から多少の熱の逃散があっても、抵抗発熱体５２の発熱量を制御することにより、クーリングスポットが発生するのを防止することができ、シリコンウエハ９等の被加熱物を均一に加熱することができる。

図４は、本発明のホットプレートのさらに別の実施形態を模式的に示す断面図である。
この場合、柱状のアルミナ製の支持部材６２により、セラミック基板４１が支持されているほかは、図１に示したホットプレートと同様に構成されている。
上記構成のホットプレートは、金属に比べて熱伝導率の低いアルミナ製の支持部材６２が用いられているので、セラミック基板４１の加熱面の温度がより均一になる。

抵抗発熱体のパターンとしては、図１に示した同心円形状のほかに、渦巻き形状、偏心円形状などの単独パターン、同心円形状と屈曲線形状との組み合わせ、または、渦巻き形状や偏心円形状と屈曲線形状との組み合わせなどを挙げることができる。
また、抵抗発熱体は螺旋形状でもよい。

上記ホットプレートにおいて、上記抵抗発熱体からなる回路の数は１以上であれば特に限定されないが、加熱面を均一に加熱するためには、複数の回路が形成されていることが望ましく、複数の同心円状の回路と屈曲線状の回路とを組み合わせたものが好ましい。
なお、図１、３に示したように、本発明のホットプレートでは、抵抗発熱体は、底面に形成されていてもよく、セラミック基板の内部に形成されていてもよい。

上記抵抗発熱体を、セラミック基板の内部に形成する場合、その形成位置は特に限定されないが、セラミック基板の底面からその厚さの６０％までの位置に少なくとも１層形成されていることが好ましい。加熱面まで熱が伝搬する間に拡散し、加熱面での温度が均一になりやすいからである。

セラミック基板の内部または底面に抵抗発熱体を形成する際には、金属や導電性セラミックからなる導体ペーストを用いることが好ましい。
即ち、セラミック基板の内部に抵抗発熱体を形成する場合には、グリーンシート上に導体ペースト層を形成した後、グリーンシートを積層、焼成することにより、内部に抵抗発熱体を形成する。一方、表面に抵抗発熱体を形成する場合には、通常、焼成を行って、セラミック基板を製造した後、その表面に導体ペースト層を形成し、焼成することより、抵抗発熱体を形成する。

上記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。

上記金属粒子としては、例えば、貴金属（金、銀、白金、パラジウム）、鉛、タングステン、モリブデン、ニッケルなどが好ましい。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの金属は、比較的酸化しにくく、発熱するに充分な抵抗値を有するからである。

上記導電性セラミックとしては、例えば、タングステン、モリブデンの炭化物などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。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。

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、抵抗発熱体とセラミック基板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。

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。

抵抗発熱体用の導体ペーストをセラミック基板の表面に形成する際には、導体ペースト中に金属粒子のほかに金属酸化物を添加し、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好ましい。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、セラミック基板と金属粒子とを密着させることができる。

金属酸化物を混合することにより、セラミック基板との密着性が改善される理由は明確ではないが、金属粒子表面や非酸化物からなるセラミック基板の表面は、その表面が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、金属粒子とセラミックとが密着するのではないかと考えられる。また、セラミック基板を構成するセラミックが酸化物の場合は、当然に表面が酸化物からなるので、密着性に優れた導体層が形成される。

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（Ｂ₂ Ｏ₃ ）、アルミナ、イットリアおよびチタニアからなる群から選ばれる少なくとも１種が好ましい。
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、金属粒子とセラミック基板との密着性を改善することができるからである。

上記酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素（Ｂ₂ Ｏ₃ ）、アルミナ、イットリア、チタニアの割合は、金属酸化物の全量を１００重量部とした場合、重量比で、酸化鉛が１〜１０、シリカが１〜３０、酸化ホウ素が５〜５０、酸化亜鉛が２０〜７０、アルミナが１〜１０、イットリアが１〜５０、チタニアが１〜５０であって、その合計が１００重量部を超えない範囲で調整されていることが好ましい。
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、特にセラミック基板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。また、このような構成の導体ペーストを使用して抵抗発熱体を形成した際の面積抵抗率は、１〜４５ｍΩ／□が好ましい。

面積抵抗率が４５ｍΩ／□を超えると、印加電圧量に対して発熱量は大きくなりすぎて、表面に抵抗発熱体を設けたセラミック基板では、その発熱量を制御しにくいからである。なお、金属酸化物の添加量が１０重量％以上であると、面積抵抗率が５０ｍΩ／□を超えてしまい、発熱量が大きくなりすぎて温度制御が難しくなり、温度分布の均一性が低下する。

抵抗発熱体がセラミック基板の表面に形成される場合には、抵抗発熱体の表面部分に、金属被覆層が形成されていることが好ましい。内部の金属焼結体が酸化されて抵抗値が変化するのを防止するためである。形成する金属被覆層の厚さは、０．１〜１０μｍが好ましい。

上記金属被覆層を形成する際に使用される金属は、非酸化性の金属であれば特に限定されないが、具体的には、例えば、金、銀、パラジウム、白金、ニッケルなどが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらのなかでは、ニッケルが好ましい。
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。
本発明のセラミック基板は、１００℃以上使用することが望ましく、２００℃以上で使用することがより望ましい。

本発明のホットプレートを構成するセラミック基板の材料は特に限定されるものではなく、例えば、窒化物セラミック、炭化物セラミック、酸化物セラミック等が挙げられる。

上記窒化物セラミックとしては、金属窒化物セラミック、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。
また、上記炭化物セラミックとしては、金属炭化物セラミック、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。

上記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、コージュライト、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。

これらのセラミックのなかでは、窒化物セラミック、炭化物セラミックの方が酸化物セラミックに比べて好ましい。熱伝導率が高いからである。
また、窒化物セラミックのなかでは、窒化アルミニウムが最も好適である。熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高いからである。

また、上記セラミック材料は、焼結助剤を含有していてもよい。上記焼結助剤としては、例えば、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類酸化物等が挙げられる。これらの焼結助剤のなかでは、ＣａＯ、Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ｎａ₂ Ｏ、Ｌｉ₂ Ｏ、Ｒｂ₂ Ｏが好ましい。これらの含有量としては、０．１〜２０重量％が好ましい。また、アルミナを含有していてもよい。

上記セラミック基板は、明度がＪＩＳＺ８７２１の規定に基づく値でＮ４以下のものであることが望ましい。このような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。また、このようなセラミック基板は、サーモビュアにより、正確な表面温度測定が可能となる。

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。

このような特性を有するセラミック基板は、セラミック基板中にカーボンを１００〜５０００ｐｐｍ含有させることにより得られる。カーボンには、非晶質のものと結晶質のものとがあり、非晶質のカーボンは、セラミック基板の高温における体積抵抗率の低下を抑制することでき、結晶質のカーボンは、セラミック基板の高温における熱伝導率の低下を抑制することができるため、その製造する基板の目的等に応じて適宜カーボンの種類を選択することができる。

非晶質のカーボンは、例えば、Ｃ、Ｈ、Ｏだけからなる炭化水素、好ましくは、糖類を、空気中で焼成することにより得ることができ、結晶質のカーボンとしては、グラファイト粉末等を用いることができる。
また、アクリル系樹脂を不活性雰囲気下で熱分解させた後、加熱加圧することによりカーボンを得ることができるが、このアクリル系樹脂の酸価を変化させることにより、結晶性（非晶性）の程度を調整することもできる。

セラミック基板の形状は、円板形状が好ましく、その直径は、２００ｍｍ以上が好ましく、２５０ｍｍ以上が最適である。
円板形状のセラミック基板は、温度の均一性が要求されるが、直径の大きな基板ほど温度が不均一になりやすいからである。
セラミック基板の厚さは、５０ｍｍ以下が好ましく、２０ｍｍ以下がより好ましい。また、１〜５ｍｍが最適である。
上記厚さが薄すぎると、高温で加熱する際に反りが発生しやすく、一方、厚過ぎると熱容量が大きく成りすぎて昇温降温特性が低下するからである。

また、セラミック基板の気孔率は、０または５％以下が好ましい。上記気孔率はアルキメデス法により測定する。
高温での熱伝導率の低下、反りの発生を抑制することができるからである。

本発明では、必要に応じて、セラミック基板に熱電対を埋め込んでおくことができる。熱電対により抵抗発熱体の温度を測定し、そのデータをもとに電圧、電流量を代えて、温度を制御することができるからである。

上記熱電対の金属線の接合部位の大きさは、各金属線の素線径と同一か、もしくは、それよりも大きく、かつ、０．５ｍｍ以下がよい。このような構成によって、接合部分の熱容量が小さくなり、温度が正確に、また、迅速に電流値に変換されるのである。このため、温度制御性が向上してウエハの加熱面の温度分布が小さくなるのである。
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、Ｅ型、Ｊ型、Ｔ型熱電対が挙げられる。

本発明のホットプレートは、主に、半導体の製造や半導体の検査を行うために用いられる装置で、セラミック基板に抵抗発熱体のみを設けたものであるが、セラミック基板の内部に静電電極を設けた場合には、静電チャックとして機能し、セラミック基板の表面に導体層を設け、セラミック基板の内部にガード電極やグランド電極を設けた場合には、ウエハプローバとして機能する。

次に、図５（ａ）〜（ｄ）に基づき、底面に抵抗発熱体が形成されたホットプレートの製造方法について説明する。

(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などの窒化物セラミックに必要に応じてイットリア等の焼結助剤や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、この顆粒を金型など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。この際、カーボンを含有させてもよい。

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４１を作製するが、焼成後にそのまま使用することができる形状としてもよい。加圧しながら加熱、焼成を行うことにより、気孔のないセラミック基板４１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、窒化物セラミックでは、１０００〜２５００℃である。

次に、このセラミック基板に、必要に応じて、シリコンウエハを運搬するためのリフターピンを挿通する貫通孔４５、熱電対などの測温素子を埋め込むための有底孔４４、シリコンウエハを支持するための支持ピンを埋設するための凹部（図示せず）等を形成する（図５（ａ））。また、図５には図示していないが、支持部材を挿入するための凹部（図１参照）を形成する。

(2) セラミック基板に導体ペーストを印刷する工程
上述した導体ペーストを用い、スクリーン印刷などの方法により発熱体パターンに印刷し、導体ペースト層を形成する。抵抗発熱体は、セラミック基板全体を均一な温度にする必要があることから、図１に示すような同心円形状とするか、または、同心円状と屈曲線状とを組み合わせたパターンに印刷することが好ましい。
導体ペースト層は、焼成後の抵抗発熱体４２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好ましい。

(3) 導体ペーストの焼成
セラミック基板４１の底面に印刷したペースト層を加熱焼成して、樹脂、溶剤を除去するとともに、金属粒子を焼結させ、セラミック基板４１の底面に焼き付け、抵抗発熱体４２を形成する（図５（ｂ））。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金属酸化物を添加しておくと、金属粒子、金属酸化物およびセラミック基板が焼結して一体化するため、抵抗発熱体とセラミック基板との密着性が向上する。

(4) 金属被覆層の形成
次に、抵抗発熱体４２表面には、金属被覆層４２０を設ける（図５（ｃ））。
金属被覆層４２０は、電解めっき、無電解めっき、スパッタリング等により形成することができるが、量産性を考慮すると、無電解めっきが最適である。

(5) 端子等の取り付け
抵抗発熱体４２のパターンの端部に電源との接続のための外部端子４３を半田４７０等を用いて取り付ける。また、有底孔４４に測温素子（熱電対）４８を挿入し、ポリイミド等の耐熱樹脂、セラミックで封止し、ホットプレート１０とする（図５（ｄ））。
そして、このホットプレートを図１に示したような支持部材１２を有する支持容器１１に設置し、ソケットから延びたリード線を電源に接続することにより、ホットプレートの製造を終了する。

上記ホットプレートを製造する際に、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を製造することができ、また、加熱面にチャックトップ導体層を設け、セラミック基板の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を製造することができる。

セラミック基板の内部に電極を設ける場合には、金属箔等をセラミック基板の内部に埋設すればよい。また、セラミック基板の表面に導体層を形成する場合には、スパッタリング法やめっき法を用いることができ、これらを併用してもよい。

次に、図６（ａ）〜（ｄ）に基づき、セラミック基板の内部に抵抗発熱体を有するホットプレートの製造方法について説明する。

（１）グリーンシートの作製工程
まず、窒化物セラミックの粉末をバインダ、溶剤等と混合してペーストを調製し、これを用いてグリーンシートを作製する。
上述したセラミック粉末としては、窒化アルミニウム等を使用することができ、必要に応じて、イットリア等の焼結助剤を加えてもよい。また、グリーンシートを作製する際、結晶質や非晶質のカーボンを添加してもよい。

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。
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５００を作製する。
グリーンシート５００の厚さは、０．１〜５ｍｍが好ましい。
次に、得られたグリーンシートに、必要に応じて、シリコンウエハを支持するための支持ピンを挿入する貫通孔となる部分、シリコンウエハを運搬等するためのリフターピンを挿入する貫通孔となる部分、熱電対などの測温素子を埋め込むための有底孔となる部分、抵抗発熱体を外部端子と接続するためのスルーホールとなる部分２８０等を形成する。後述するグリーンシート積層体を形成した後に、上記加工を行ってもよい。

（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５００上に、上述した導体ペーストを用い、導体ペーストからなる導体ペースト層５２０を形成する。また、スルーホールとなる部分に導体ペーストを充填し、充填層５８０を形成する。

これらの導電ペースト中には、金属粒子または導電性セラミック粒子が含まれている。金属粒子の材料としては、例えば、タングステンまたはモリブデン等が挙げられ、導電性セラミックとしては、例えば、タングステンカーバイドまたはモリブデンカーバイドが挙げられる。

上記金属粒子であるタングステン粒子またはモリブデン粒子等の平均粒子径は、０．１〜５μｍが好ましい。平均粒子が０．１μｍ未満であるか、５μｍを超えると、導体ペーストを印刷しにくいからである。

このような導体ペーストとしては、例えば、金属粒子または導電性セラミック粒子８５〜８７重量部；アクリル系、エチルセルロース、ブチルセロソルブ、ポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも１種のバインダ１．５〜１０重量部；および、α−テルピネオール、グリコールから選ばれる少なくとも１種の溶媒を１．５〜１０重量部を混合した組成物（ペースト）が挙げられる。

（３）グリーンシートの積層工程
上記（１）の工程で作製した導体ペースト等を印刷していないグリーンシート５００を、上記（２）の工程で作製した導体ペースト層２２０等を有するグリーンシート５００の上下に積層する（図６（ａ））。
このとき、上側に積層するグリーンシート５００の数を下側に積層するグリーンシート５００の数よりも多くして、抵抗発熱体５２の形成位置を底面の方向に偏芯させる。
具体的には、上側のグリーンシート５００の積層数は２０〜５０枚が、下側のグリーンシート５００の積層数は５〜２０枚が好ましい。

（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５００および内部の導体ペーストを焼結させ、セラミック基板５１を作製する（図６（ｂ））。
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。

得られたセラミック基板５１に、リフターピンを挿通するための貫通孔５５、測温素子を挿入するための有底孔５４や、外部端子５３を挿入するための袋孔５７等を設ける（図６（ｃ））。貫通孔５５、有底孔５４および袋孔５７は、表面研磨後に、ドリル加工やサンドブラストなどのブラスト処理を行うことにより形成することができる。

次に、袋孔５７より露出したスルーホール５８に外部端子５３を金ろう等を用いて接続する（図６（ｄ））。さらに、図示はしないが、外部端子５３に、例えば、導電線を有するソケットを脱着可能に取り付ける。
なお、加熱温度は、半田処理の場合には９０〜４５０℃が好適であり、ろう材での処理の場合には、９００〜１１００℃が好適である。さらに、測温素子としての熱電対などを耐熱性樹脂で封止し、ホットプレートとする。

（５）この後、このような内部に抵抗発熱体５２を有するセラミック基板５１を、図３に示した支持部材１２を有する支持容器１１に取り付け、ソケットから延びたリード線を電源に接続することにより、ホットプレートの製造を終了する。

上記ホットプレートを製造する際にも、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を製造することができ、また、加熱面にチャックトップ導体層を設け、セラミック基板の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を製造することができる。

セラミック基板の内部に電極を設ける場合には、グリーンシート上に静電電極やガード電極等のパターンに導体ペースト層を形成し、積層、焼成すればよい。また、セラミック基板の表面に導体層を形成する場合には、セラミック基板を製造した後、スパッタリング法やめっき法を用いることにより導体層を形成すればよい。この際、スパッタリング法とめっき法とを併用してもよい。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。
（実施例１）ホットプレートの製造（図１、４参照）
（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径１．１μｍ）１００重量部、酸化イットリウム（Ｙ₂ Ｏ₃ ：イットリア、平均粒径０．４μｍ）４重量部、アクリル系樹脂バインダ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。

（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。

（３）加工処理の終わった生成形体を温度：１８００℃、圧力：２０ＭＰａでホットプレスし、厚さが３ｍｍの窒化アルミニウム焼結体を得た。
次に、この板状体から直径２１０ｍｍの円板体を切り出し、表面を平均粒径１μｍのダイヤモンドペーストでポリッシングし、接触部の表面が、ＪＩＳＲ０６０１でＲｍａｘ＝２μｍであるセラミック製の板状体（セラミック基板４１）とした。
次に、この板状体にドリル加工を施し、半導体ウエハを運搬するためのリフターピンを挿入する貫通孔４５、熱電対を埋め込むための有底孔（直径：１．１ｍｍ、深さ：２ｍｍ）４４、支持部材を挿入・固定するための凹部（図１参照）を形成した（図５（ａ））。

（４）上記（３）で得たセラミック基板４１の底面に、スクリーン印刷にて導体ペーストを印刷した。印刷パターンは、図１に示したような同心円形状のパターンとした。
導体ペーストとしては、プリント配線板のスルーホール形成に使用されている徳力化学研究所製のソルベストＰＳ６０３Ｄを使用した。

この導体ペーストは、銀−鉛ペーストであり、銀１００重量部に対して、酸化鉛（５重量％）、酸化亜鉛（５５重量％）、シリカ（１０重量％）、酸化ホウ素（２５重量％）およびアルミナ（５重量％）からなる金属酸化物を７．５重量部含むものであった。また、銀粒子は、平均粒径が４．５μｍで、リン片状のものであった。

（５）次に、導体ペーストを印刷した焼結体を７８０℃で加熱、焼成して、導体ペースト中の銀、鉛を焼結させるとともに焼結体に焼き付け、抵抗発熱体を形成した。銀の抵抗発熱体４２は、その端子部近傍で、厚さが５μｍ、幅が２．４ｍｍ、面積抵抗率が７．７ｍΩ／□であった（図５（ｂ））。

（６）次に、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を含む水溶液からなる無電解ニッケルめっき浴に上記（５）で作製した焼結体を浸漬し、銀の抵抗発熱体４２の表面に厚さ１μｍの金属被覆層４２０（ニッケル層）を析出させた（図５（ｃ））。

（７）電源との接続を確保するために抵抗発熱体４２の端部に、スクリーン印刷により、銀−鉛半田ペースト（田中貴金属社製）を印刷して半田層を形成した。ついで、半田層の上に断面がＴ字形状の外部端子４３を載置して、４２０℃で加熱リフローし、抵抗発熱体の端部に半田層４２０を介して外部端子４３を取り付けた。
（８）温度制御のための熱電対を有底孔４４に挿入し、ポリイミド樹脂を充填し、１９０℃で２時間硬化させ、底面４１ｂに抵抗発熱体４２を有するセラミック基板４１を得た。

（９）この後、図１に示したような形状のコバール製の金属バネからなる支持部材（表面は、ＪＩＳＲ０６０１でＲｍａｘ＝０．１μｍ）１２を備えた支持容器１１中にセラミック基板４１を入れ、凹部４９に支持部材１２の上端を挿入、固定することにより、セラミック基板４１を支持させ、導電線等の配線作業を行うことにより、ホットプレート１０の製造を終了した。

（実施例２）ホットプレート（図３、５参照）
（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径：１．１μｍ）１００重量部、酸化イットリウム（Ｙ₂ Ｏ₃ ：イットリア、平均粒径：０．４μｍ）４重量部、アクリルバインダ１１．５重量部、分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノールとからなるアルコール５３重量部を混合したペーストを用い、ドクターブレード法により成形を行って、厚さ０．４７ｍｍのグリーンシート５００を作製した。

（２）次に、このグリーンシート５００を８０℃で５時間乾燥させた後、スルーホール５８となる貫通孔等をパンチングにより形成した。

（３）平均粒子径１μｍのタングステンカーバイト粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部および分散剤０．３重量部を混合して導体ペーストＡを調製した。

平均粒子径３μｍのタングステン粒子１００重量部、アクリル系バインダ１．９重量部、α−テルピネオール溶媒３．７重量部および分散剤０．２重量部を混合して導体ペーストＢを調製した。
この導体ペーストＡをグリーンシート上にスクリーン印刷で印刷し、抵抗発熱体５２用の導体ペースト層５２０を形成した。印刷パターンは、図１に示したような同心円パターンとし、導体ペースト層の幅を１０ｍｍ、その厚さを１２μｍとした。また、スルーホールとなる部分に導体ペーストＢを充填し、充填層５８０を形成した。

上記処理の終わったグリーンシート５００に、導体ペーストを印刷しないグリーンシート５００を上側（加熱面）に３７枚、下側に１３枚、１３０℃、８ＭＰａの圧力で積層した（図６（ａ））。

（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３ｍｍの窒化アルミニウム焼結体を得た。これを２３０ｍｍの円板状に切り出し、表面を平均粒径１μｍのダイヤモンドペーストでポリッシングして、接触部の表面がＪＩＳＲ０６０１でＲｍａｘ＝２μｍである、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍ（アスペクト比：１６６６）の抵抗発熱体５２およびスルーホール５８を有するセラミック基板５１とした。

（５）次に、（４）で得られた板状体を、ダイヤモンド砥石で研磨した後、マスクを載置し、ガラスビーズによるブラスト処理で表面に熱電対のための有底孔５４およびシリコンウエハを運搬等するリフターピンを挿入するための貫通孔５５を設けた（図６（ｂ））。

（６）さらに、スルーホール５８の真下を、ドリルでえぐり取って直径３．０ｍｍ、深さ０．５ｍｍの袋孔５７を形成してスルーホール５８を露出させ（図６（ｃ））、この袋孔５７にＮｉ−Ａｕからなる金ろうを用い、外部端子をろう材（。

（７）温度制御のための複数の熱電対を有底孔５４に埋め込み、ポリイミド樹脂を充填し、１９０℃で２時間硬化させた。
（８）この後、支持容器１２を用意し、この支持容器１２に中板１５を取り付けた後、この中板１５にスチール製の板バネ（表面の粗度が、ＪＩＳＲ０６０１でＲｍａｘ＝０．１μｍ）１６および外部端子２２を取り付け、外部端子１３から延びたリード線１７を貫通孔１４ａを介して外部に引き出す。

（９）この後、図１に示したような形状の支持部材１２を備えた支持容器１１中にセラミック基板５１を入れ、凹部５９に支持部材１２の上端を挿入、固定することにより、セラミック基板５１を支持させ、導電線等の配線作業を行うことにより、ホットプレート２０の製造を終了した。

（実施例３）
実施例１と同様であるが、支持部材として、気孔率１０％のアルミナ（直径１０ｍｍ、高さ２０ｍｍ）を使用した。このようなアルミナ製の支持部材は、粒径１μｍのアルミナ粉末を成形して柱状とし、１６００℃で３時間常圧焼結させることにより製造した。そして、この後、柱の端面を平均粒子径１μｍのダイヤモンドペーストで研磨し、接触部の表面をＪＩＳＲ０６０１でＲｍａｘが１μｍとなるようにした。
なお、アルミナ製の支持部材の上部は、セラミック基板４１の底面に形成された凹部４９に嵌合されている。

（実施例４）
実施例１と同様であるが、支持部材として、気孔率１０％のアルミナ（直径１０ｍｍ、高さ２０ｍｍ）を使用した。このようなアルミナ製の支持部材は、粒径１μｍのアルミナ粉末を成形して柱状とし、１６００℃で３時間常圧焼結させることにより製造した。そして、この後、柱の端面を平均粒子径０．０５μｍのダイヤモンドペーストで研磨し、接触部の表面をＪＩＳＲ０６０１Ｒｍａｘで０．０８μｍとした。
また、セラミック基板も平均粒子径０．０５μｍのダイヤモンドペーストで研磨し、接触面をＪＩＳＲ０６０１Ｒｍａｘで０．０８μｍとした。
なお、アルミナ製の支持部材の上部は、セラミック基板４１の底面に形成された凹部４９に嵌合されている。

（比較例１）
実施例１の場合と同様にしてセラミック基板４１を製造した後、図７に示した支持容器２０に断熱リング２５を介してはめ込み、導電線等の配線作業を行うことにより、ホットプレートを製造した。

実施例１〜４および比較例１に係るホットプレートに通電を行って３００℃まで加熱し、加熱面全体の温度をサーモビュア（日本データム社製ＩＲ１６２０１２−００１２）で測定した。

実施例１〜４に係る製品のセラミック基板では、加熱面全体がほぼ均一な温度であったのに対し、比較例１に係るホットプレートでは、セラミック基板４１、５１の外周に近い部分に、クーリングスポットが発生していた。

また、このサーモビュアを用いて、加熱面の最高温度と最低温度との差（ΔＴ℃）を測定したところ、実施例１ではΔＴが５℃、実施例２ではΔＴが６℃、実施例３ではΔＴが６℃、実施例４ではΔＴが８℃と小さかったのに対し、比較例１では、ΔＴは、１２℃と大きくなっていた。
また、実施例３、４の比較では、実施例４の方が若干ΔＴが大きい。支持部材およびセラミック基板自体がほぼ鏡面であるため接触面積が大きいためと推定される。

本発明のホットプレートの一例を模式的に示す断面図である。図１に示すホットプレートの平面図である。本発明のホットプレートの他の一例を模式的に示す断面図である。本発明のホットプレートのさらに他の一例を模式的に示す断面図である。（ａ）〜（ｄ）は、本発明の図１に示すホットプレートを構成するセラミック基板の製造工程の一部を模式的に示す断面図である。（ａ）〜（ｄ）は、本発明の図３に示すホットプレートを構成するセラミック基板の製造工程の一部を模式的に示す断面図である。従来のホットプレートの一例を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１０、５０ホットプレート
１１支持容器
１１ａ貫通孔
１２支持部材
１８固定具
２３ソケット
４１、５１セラミック基板
４２、５２抵抗発熱体
４３、５３外部端子
４４、５４有底孔
４５、５５貫通孔
４６、５６配線
４７、５７測温素子
４９、５９凹部
５８スルーホール

Claims

その表面または内部に抵抗発熱体が形成されたセラミック基板が、支持容器に配設されてなるホットプレートであって、
前記セラミック基板は、前記支持容器の内部に設置された支持部材により支持されており、かつ、
前記支持部材と前記セラミック基板との接触部は、前記抵抗発熱体が形成された領域の内部に存在することを特徴とするホットプレート。
前記支持部材は、弾性体からなる請求項１に記載のホットプレート。
前記弾性体は、金属製のバネである請求項２に記載のホットプレート。
前記支持部材は、セラミックである請求項１〜３のいずれか１に記載のホットプレート。
前記支持部材は、アルミナである請求項４に記載のホットプレート。
前記支持部材とセラミック基板の接触部の表面は、ＪＩＳＲ０６０１でＲｍａｘが０．１μｍ以上である請求項１〜５のいずれか１に記載のホットプレート。