JP2014186872A

JP2014186872A - セラミックヒータ

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Publication number: JP2014186872A
Application number: JP2013061174A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yonemura; 剛米村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2013-03-23
Filing date: 2013-03-23
Publication date: 2014-10-02

Abstract

【課題】セラミックヒータの長期信頼性を向上させる。
【解決手段】本発明のセラミックヒータ１は、セラミックスからなる基体２と、基体２の表面に設けられた発熱抵抗体層５と、発熱抵抗体層５上に積層された導電層６と、導電層６に接続された導電端子７と、導電層６上の導電端子７との接続部の近傍に設けられたセラミック部材２２とを具備することを特徴とする。セラミックヒータ１は、セラミック部材２２が設けられていることによって、導体層６の熱膨張を低減することができる。その結果、セラミックヒータ１の長期信頼性を向上できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主にウエハを加熱するために用いるセラミックヒータに関する。

半導体の製造工程における、半導体薄膜の成膜処理、エッチング処理またはレジスト膜の焼付け処理等においては、半導体ウエハ（以下、ウエハと略す）を加熱するためにウエハ加熱装置が用いられている。ウエハ加熱装置は、半導体製造装置に組み込まれて用いられている。このようなウエハ加熱装置としては、例えば、特許文献１に記載のセラミックヒータが挙げられる。特許文献１に記載のセラミックヒータは、セラミックスから成る均熱板と、均熱板の表面に設けられたＳｉＯ_２膜と、ＳｉＯ_２膜の表面に設けられたガラスから成る絶縁層と、絶縁層の表面に設けられた発熱抵抗体とを備えており、発熱抵抗体は給電部を介して導電端子に電気的に接続されている。

特開２００１−２４４０５７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のセラミックヒータにおいては、ヒートサイクル下において、給電部と発熱抵抗体との間または給電部と導電端子との間に熱応力が集中する可能性があった。その結果、セラミックヒータの昇温速度または冷却速度を高めたときに、長期信頼性を向上させることが困難であった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、昇温速度または冷却速度を高めた場合であっても、長期信頼性を向上させることができるセラミックヒータを提供することにある。

本発明の一態様のセラミックヒータは、セラミックスからなる基体と、該基体の表面に設けられた発熱抵抗体層と、該発熱抵抗体層上に積層された導電層と、該導電層に接続された導電端子と、前記導電層上の前記導電端子との接続部の近傍に設けられたセラミック部材とを具備することを特徴とする。

本発明のセラミックヒータによれば、導電層の上にセラミック部材を設けることによって、このセラミック部材と基体とで挟まれた導電層に生じる熱膨張を抑制できる。その結果、セラミックヒータの長期信頼性を向上させることができる。

本発明のセラミックヒータの一実施形態の概略断面図である。図１に示すセラミックヒータの要部拡大断面図である。図２に示すセラミックヒータの要部の下面図である。本発明のセラミックヒータの変形例１の要部の下面図である。本発明のセラミックヒータの変形例２の要部拡大断面図である。本発明のセラミックヒータの変形例３の要部拡大断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係るセラミックヒータについて、図面を参照しながら説明する。図１は本発明のセラミックヒータの実施形態の概略断面図であり、図２は図１に示すセラミックヒータの要部拡大断面図である。本実施形態のセラミックヒータ１は、セラミックスからなる基体２と、この基体２の表面に設けられた絶縁層４と、この絶縁層４上に積層された発熱抵抗体層５と、この発熱抵抗体層５上に積層された導電層６と、この導電層６に接続された導電端子７と、導電層６上の導電端子７の接続部の近傍に設けられたセラミック部材２２とを具備する。

図２を参照して、本発明のセラミックヒータ１の基体２の構造を細かく説明する。基体２は、炭化珪素質セラミックスからなる。基体２は上面にウエハ載置面３を有する。基体２の表面のうち、ウエハ載置面３を除く領域には、酸化雰囲気中で熱処理することによって生成したＳiＯ_２膜２１が形成されている。そして、このＳiＯ_２膜２１上にガラスからなる絶縁層４が形成されている。さらにこの絶縁層４上に、金（Ａｕ）もしくは白金（Ｐｔ）またはこれらの合金からなる発熱抵抗体層５が形成されている。発熱抵抗体層５の下面には、導電層６が設けられている。

導電層６は、例えば、Ａｕ粉末を添加したガラスペーストをスクリーン印刷法を用いて発熱抵抗体層５の下面に塗布して焼結することによって形成される。ここで、図３に示すように、導電層６は、例えば円形状である。なお、図３においては、各構成を明確にすることを目的としてハッチングを施しているが、断面を示しているわけではない。導電層６にはセラミック部材２２が接合されている。図１に戻って、基体２の下面は、箱状の支持体１１に接合されている。支持体１１は、基体２の下面に対して主面が平行に位置する板状構造体を複数備えている。支持体１１は、例えば、ステンレス等の金属から成る。ステンレスとしては、例えば、ＳＵＳ３０４を用いることができる。

導電端子７は導電層６に押し付けられている。また、ウエハＷは、支持ピン（図示せず）によってウエハ載置面３から離して保持される。導電端子７は、絶縁材９を介して板状構造体１３に取り付けられている。絶縁材９としては、例えば、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３系またはＳｉＯ_２−ＢａＯ系等の無アルカリガラスを用いることができる。

ＳｉＯ_２膜２１の厚みは、例えば、０．０５〜２μｍとすることが好ましい。さらに好ましくは、０．１〜１μｍとするとよい。これにより、ＳｉＯ_２膜２１の表面に絶縁層４を信頼性高く形成することが可能となる。ＳｉＯ_２膜２１の厚みを０．０５μｍ以上にすることによって、このＳｉＯ_２膜２１の上に絶縁層４となるガラスの層を形成した場合に、ＳｉＯ_２膜２１がガラスに吸収されることを抑制できる。その結果、絶縁層４をＳｉＯ_２膜２１に良好に濡れ広がらせることができる。

また、ＳｉＯ_２膜２１の厚みを２μｍ以下にすることによって、ＳｉＯ_２膜２１中にクリストバライトからなる結晶相が増えることを抑制できる。その結果、絶縁層４とＳｉＯ_２膜２１との間の密着性が低下することを抑制できる。なお、信頼性と生産性との面から考慮すると、ＳｉＯ_２膜２１の厚みは０．１〜１μｍとすることがさらに好ましい。

また、ＳｉＯ_２膜２１を形成する方法については、炭化珪素質セラミックスからなる基体２の表面を平坦度が１０μｍ以下になるように研磨した後に、酸素雰囲気中で１２００〜１６００℃で１〜１２時間処理し、冷却過程において少なくとも１０００〜６００℃の間を２００℃／時より速い速度で冷却することにより、クリストバライト結晶の生成を抑えたＳｉＯ_２膜２１を形成することができる。なお、載置面３側に形成されたＳｉＯ_２膜に関しては、研磨によって除去する。

基体２は、炭化珪素質セラミックスの他に、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化硼素および炭化硼素のいずれか１種以上を主成分とするセラミックスからなっていてもよい。なお、基体２が絶縁性セラミックスからなる場合には、絶縁層４を形成しなくてもよい。また、基体２を形成する炭化珪素質セラミックスとしては、主成分の炭化珪素に対し、焼結助剤として硼素（Ｂ）と炭素（Ｃ）を含有したものを焼結したセラミックスを用いることができる。また、炭化珪素質セラミックスの別の例としては、主成分の炭化珪素に対して、焼結助剤としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）とを含有させたものを焼結したセラミックスを用いることができる。これらのセラミックスは、１９００〜２２００℃で焼結させることができる。また、炭化珪素としては、α型を主体とするもの、あるいはβ型を主体とするもののいずれを用いても構わない。

また、炭化硼素質セラミックスとしては、主成分の炭化硼素に対して、焼結助剤として炭素を３〜１０質量％混合したものを焼結したセラミックスを用いることができる。このセラミックスは、２０００〜２２００℃で焼結させることができる。

また、窒化硼素質セラミックスとしては、主成分の窒化硼素に対して、焼結助剤として３０〜４５質量％の窒化アルミニウムと５〜１０質量％の希土類元素酸化物とを混合したものを焼結したセラミックスを用いることができる。このセラミックスは、１９００〜２１００℃で焼結させることができる。

また、窒化珪素質セラミックスとしては、主成分の窒化珪素に対して、焼結助剤として３〜１２質量％の希土類元素酸化物と０．５〜３質量％のＡｌ_２Ｏ_３と、さらにセラミックスに含まれるＳｉＯ_２量が１．５〜５質量％となるようにＳｉＯ_２とを混合したものを焼結したセラミックスを用いることができる。このセラミックスは、１６５０〜１７５０℃で焼結させることができる。なお、ここで示すＳｉＯ_２量とは、窒化珪素原料中に含まれる酸素から生成されるＳｉＯ_２量と、他の添加物に含まれる不純物としてのＳｉＯ_２量と、意図的に添加したＳｉＯ_２量との総和の量である。

また、窒化アルミニウム質セラミックスとしては、主成分の窒化アルミニウムに対して、焼結助剤としてＹ_２Ｏ_３またはＹｂ_２Ｏ_３等の希土類元素酸化物と必要に応じてＣａＯ等のアルカリ土類金属酸化物とを添加して混合したものを焼結したセラミックスを用いることができる。このセラミックスは、窒素ガス中で１９００〜２１００℃で焼成することによって得られる。

これらのセラミックスは、セラミックヒータ１の用途に応じて材質を選択して使用する。例えば、セラミックヒータ１をレジスト膜の乾燥に使用する場合には、窒化物以外のセラミックスを用いることが好ましい。これにより、水分と反応してアンモニアガスが発生することを抑制できる。また、セラミックヒータ１を８００℃程度の高温で使用する可能性のあるＣＶＤ用に使用する場合には、窒化硼素系以外のセラミックスを用いることによって、基体２が使用中に変形する可能性を抑制できる。

基体２の載置面３と反対側の面(下面)は、ガラスまたは樹脂からなる絶縁層４との密着性を高めるために、平面度が２０μｍ以下、算術平均粗さＲａが０．１〜０．５μｍ程度になるように研磨しておくことが好ましい。

炭化珪素質セラミックスを基体２として使用する場合には、基体２が多少の導電性を有することになるために、絶縁層４が必要になる。基体２と発熱抵抗体層５との間の絶縁を保つ絶縁層４としては、例えば、ガラスまたは樹脂を用いることができる。絶縁層４にガラスを用いる場合には、その厚みを３０μｍ以上にすることによって、耐電圧を１．５ｋＶを上回るものにできるため、絶縁性を保つことができる。また、厚みを６００μｍ以下
にすることによって、基体２を形成する炭化珪素質セラミックスとの間または窒化アルミニウム質セラミックスとの間で生じる熱応力を小さく抑えることができる。さらに好ましくは、絶縁層４の厚みを１００μｍ〜３５０μｍの範囲で形成することがよい。

なお、ガラスまたは樹脂から成る絶縁層４を基体２上に被着する手段としては、ガラスペーストまたは樹脂ペーストを基体２の中心部に適量滴下してスピンコーティング法にて伸ばして均一に塗布するか、あるいはスクリーン印刷法、ディッピング法またはスプレーコーティング法等にて均一に塗布した後に焼結させればよい。ガラスペーストの場合には６００℃の温度で焼結させることができ、樹脂ペーストの場合には３００℃以上の温度で焼結させることができる。また、絶縁層４としてガラスを用いる場合には、あらかじめ炭化系素質セラミックスまたは炭化硼素質セラミックスから成る基体２を１２００℃程度の温度に加熱して、絶縁層４を被着する表面を酸化処理しておくことで、ガラスから成る絶縁層４との密着性を高めることができる。

また、絶縁層４上に被着する発熱抵抗体層５は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）またはパラジウム（Ｐｄ）等の金属単体を蒸着法またはメッキ法にて直接被着するか、あるいは、金属単体や酸化レニウム（Ｒｅ_２Ｏ_３）またはランタンマンガネート（ＬａＭｎＯ_３）等の酸化物を導電材として含む樹脂ペーストまたはガラスペーストを用意し、所定のパターン形状にスクリーン印刷法等にて印刷した後に焼結することによって形成することができる。

さらに、発熱抵抗体層５は、絶縁層４との密着性を高めるためにガラスを含み、このガラスの軟化点が、絶縁層４に含まれるガラスの転移点よりも低いことが好ましい。これにより、発熱抵抗体層５の加工精度を向上させることができる。ガラスは転移点以上の温度では高粘度の粘性流体であると考えられる。このため、絶縁層４に含まれるガラスの転移点よりも発熱抵抗体層５に含まれるガラスの軟化点を低くすることによって、発熱抵抗体層５の焼結時に、基材となる絶縁層４に生じる影響を抑制できる。

発熱抵抗体層５のパターン形状としては、円弧状の電極部と直線状の電極部とからなる略同心円状のもの、または渦巻き状のものなどを用いることができる。均熱性を向上させるために、発熱抵抗体層５を複数のパターンに分割することも可能である。また、発熱抵抗体層５としては、金、銀、パラジウムまたは白金族の金属等の材質のものを使用することができる。また、必要に応じて発熱抵抗体層５をトリミングすることにより、均熱性を向上させてもよい。

また、基体２は、基体２と支持体１１の外周部分とにボルト１７を貫通させて、基体２側より弾性体８および座金１８を介在させてナット１９で締め付けることによって弾性的に固定している。これにより、基体２の温度を変更したり、載置面３にウエハＷを載せることによって基体２の温度が変動したりした場合に支持体１１に変形が発生したとしても、弾性体８によってこれを吸収して、基体２に反りが生じることを抑制できる。その結果、基体２のウエハ載置面３の均熱性を向上できる。

熱電対１０は、基体２の中央部のウエハ載置面３の直近に設置されている。熱電対１０で温度を測定することによって、基体２の温度を調整することができる。発熱抵抗体層５が複数のブロックに別れており、個別に温度制御する場合には、それぞれの発熱抵抗体層５のブロックに測温用の熱電対１０を設置する。熱電対１０としては、外径１ｍｍ以下のシース型の熱電対１０を使用することが好ましい。また、基体２に埋め込まれた先端部に力がかからないように、熱電対１０の中央付近が板状構造部１３によって保持されている。この熱電対１０の先端部は、基体２に孔が形成され、この中に設置された円筒状の金属体の内壁面にバネ材によって押し付けられて固定されている。これにより、測温の信頼性
を向上させることができる。また、図１には、熱電対１０を１本しか示していないが、発熱抵抗体層５を分割制御する場合は、その数に応じて熱電対１０の数を増やすことが好ましい。

また、支持体１１は板状構造体１３と板状構造体１３に対して垂直な方向に設けられた側壁部１４とからなり、板状構造体１３には発熱抵抗体層５に電力を供給するための導電端子７が絶縁材９を介して設置されている。そして、導電端子７は、弾性体８によって導電層６に押圧される構造となっている。

また、導電端子７と導電層６との接続部の近傍には、セラミック部材２２が導電層６上に設けられている。セラミック部材２２は、導電層６によって発熱抵抗体層５に接合されている。導電層６の上にセラミック部材２２を設けることによって、このセラミック部材２２と基体２とで挟まれた導電層６に生じる熱膨張を抑制できる。その結果、セラミックヒータ１の長期信頼性を向上させることができる。

さらに、導電層６にはＡｕまたはＡｇ等の貴金属を主成分とするペーストを使用するが、その中にガラス成分を含むことが好ましい。ガラス成分を含むことによって導電層６を柔らかくすることができることから、熱応力を吸収しやすくすることができる。その結果、発熱抵抗体層５に熱応力を集中しにくくすることができる。その結果、セラミックヒータ１の長期信頼性をさらに向上できる。

さらに、図２および図３に示すように、導電端子７が基体２の表面に対して垂直方向に延びており、セラミック部材２２が導電端子７を囲む枠状に形成されていることが好ましい。これにより、セラミック部材２２に歪みを生じにくくすることができるため、導電層６に生じる熱膨張をさらに抑制できる。その結果、セラミックヒータ１の長期信頼性をさらに向上できる。

さらに、図４に示すように、枠状のセラミック部材２２の内周の形状が円形状であることが好ましい。セラミック部材２２の内周の形状を角が無い形状にすることによって、角に起因して発生するクラックが生じることを抑制できることから、セラミック部材２２を割れ難くすることができる。その結果、セラミックヒータ１の長期信頼性をさらに向上できる。

さらに、図５に示すように、導電層６の一部が導電端子７とセラミック部材２２との隙間に入り込んで導電端子７とセラミック部材２２とを接合していることが好ましい。これにより、通電時に導電端子７が発熱したとしても、導電層６を介して良好に外部に排熱することができる。その結果、導電端子７の抵抗が上がることによる消費電力の増加を抑制することができる。また、セラミックヒータ１または導電端子７の周辺に振動が発生した場合に、導電端子７を導電層６によって拘束することができるので、導電端子７が導電層６から離れにくくなり、導電端子７が導電層６に接触したり離れたりすることによるスパークの発生を抑制することができる。

さらに、図６に示すように、導電端子７とセラミック部材２２との間隔が基体２から離れるにつれて大きくなっていることが好ましい。これにより、導電端子７に発生する熱をより効率的に放熱することができる。その結果、導電端子７の抵抗が上がることによる消費電力の増加を抑制することができる。

さらに、基体２と主成分が同じセラミック部材２２が導電層６の上で接合されていることが好ましい。基体２の主成分とセラミック部材２２の主成分とを同じにすることによって、基体２の熱膨張率とセラミック部材２２の熱膨張率とを近付けることができる。そし
て、熱膨張率が近い基体２とセラミック部材２２とで導電層６を挟み込むことによって、導電層６の熱膨張をさらに抑制することができる。

さらに、基体２とセラミック部材２２とが共に炭化珪素質セラミックスからなることが好ましい。炭化珪素質セラミックスは、ガラス成分を含む導電層６との濡れがよく接合性がよいため、導電層６が持つ熱をセラミック部材２２によって吸熱しやすくすることができる。これにより、導電端子７に発生する熱を放熱しやすくすることができる。また、炭化珪素質セラミックスは高い熱伝導性を有するため、セラミックヒータ１の昇温時間を短くすることができる。

また、セラミック部材２２として炭化珪素質セラミックスを用い、導電層６にガラス成分を含む場合は、基体２と同様に、炭化珪素質セラミックスの表面には、酸化雰囲気中で熱処理することによって生成したＳiＯ_２膜２１を形成させることが好ましい。ＳｉＯ_２
膜２１の厚みは、基体２の場合と同様に、０．０５〜２μｍに設定することができる。さらに好ましくは、０．１〜１μｍとすることがよい。これにより、導電層６とセラミック部材２２とを信頼性高く接合することが可能となる。なお、信頼性および生産性の面から考慮すると、ＳｉＯ_２膜２１の厚みは０．１〜１μｍとすることがさらに好ましい。

また、ＳｉＯ_２膜２１を形成する方法については、炭化珪素質セラミックスからなる基体２を平坦度１０μｍ以下に研磨した後、酸化雰囲気中で１２００〜１６００℃で１〜１２時間処理し、冷却過程において少なくとも１０００〜６００℃の間を２００℃／時よりも速い速度で冷却することにより、クリストバライト結晶の生成を抑えたＳｉＯ_２膜２１を形成することができる。

本発明の実施例を説明する。

以下に示す方法により、本発明のセラミックヒータ（サンプル２〜５）および比較例のセラミックヒータ（サンプル１）を作製した。

まず、炭化珪素原料に３質量％のＢ_４Ｃと２質量％の炭素とを適量のバインダおよび溶剤を用いて混合し、造粒した後に成形圧１００ＭＰａで成形して、１９００〜２１００℃で焼成して、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋであり、外径が３４０ｍｍで厚みが３ｍｍの円板状の炭化珪素質セラミックスを得た。そして、両面を平面研削した後、１１００℃で１時間の熱処理を各々施してＳｉＯ_２膜２１を形成した後、一方の表面に３００μｍのガラスからなる絶縁層４を形成した。

絶縁層４については、熱膨張率が２．８×１０^−６℃^−１のガラスと熱膨張率が３．８×１０^−６℃^−１のガラスと、熱膨張率が４．８×１０^−６℃^−１のガラスとを混合し、その比率を変更することによって熱膨張を調整したガラスからなるペーストを準備し、このペーストを用いて各々の基体２にプリント形成した後に、９００℃で焼付け処理することによって形成した。

次に、絶縁層４上に発熱抵抗体層５を被着するため、導電材としてＡｕ粉末とＰｄ粉末とを添加したガラスペーストを、スクリーン印刷法にて所定のパターン形状に印刷した後に、１５０℃に加熱して有機溶剤を乾燥させて、さらに５５０℃で３０分間脱脂処理を施した後に、７００〜９００℃の温度で焼付けを行なうことにより、厚みが５０μｍの発熱抵抗体層５を形成した。

さらに、サンプル１に対しては、導電材としてＡｕ粉末を添加したガラスペーストを発
熱抵抗体層５のパターン各々の電極取り出し部にスクリーン印刷法にて円形状に印刷した後に、１５０℃に加熱して有機溶剤を乾燥させて、さらに５５０℃で３０分間脱脂処理を施した後に、７００〜９００℃の温度で焼付けを行なうことにより、外径がφ４ｍｍで厚みが３０μｍの導電層６を形成した。

次に、サンプル２〜５で使用するセラミック部材２２として、炭化珪素原料に３質量％のＢ_４Ｃと２質量％の炭素とを適量のバインダおよび溶剤を用いて混合して、造粒した後に成形圧１００ＭＰａで成形して１９００〜２１００℃で焼成して、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋであり、長さが４．０ｍｍ、幅が４ｍｍ、厚みが１．２ｍｍの炭化珪素質セラミックスを得た。

次に、サンプル２として、図３に示す形状の導電層６およびセラミック部材２２の接合体を形成した。具体的には、得られた炭化珪素質セラミックスの中心に縦が１．２ｍｍで横が１．２ｍｍの四角形状の穴を開けて、両面を平面研削した後、１１００℃で１時間の熱処理を施してＳｉＯ_２膜２１を形成した。その後、発熱抵抗体層５上に導電層６およびセラミック部材２２を接合するため、導電材としてＡｕ粉末を添加したガラスペーストを発熱抵抗体層５のパターン各々の電極取出し部にスクリーン印刷法にて円形状に印刷した後に、セラミック部材２２を取り付け、１５０℃に加熱して有機溶剤を乾燥させ、さらに５５０℃で３０分間脱脂処理を施した後に、７００〜９００℃の温度で焼付けを行なうことにより、図３に示す導電層６およびセラミック部材２２の接合体を形成した。

次に、サンプル３として、図４に示す形状の導電層６およびセラミック部材２２の接合体を形成した。具体的には、得られた炭化珪素質セラミックスを、機械加工によって、外形をφ４ｍｍにし、中心に内径がφ１．２ｍｍの穴を垂直に開けて、両面を平面研削した後に、１１００℃で１時間の熱処理を施してＳｉＯ_２膜２１を形成した。その後、発熱抵抗体層５上に導電層６およびセラミック部材２２を接合するため、導電材としてＡｕ粉末を添加したガラスペーストを発熱抵抗体層５のパターン各々の電極取出し部にスクリーン印刷法にて円形状に印刷した後に、セラミック部材２２を取り付け、１５０℃に加熱して有機溶剤を乾燥させ、さらに５５０℃で３０分間脱脂処理を施した後に、７００〜９００℃の温度で焼付けを行なうことにより、導電層６およびセラミック部材２２の接合体を形成した。

次に、サンプル４として、図５に示す形状の導電層６およびセラミック部材２２および導電端子７の接合体を形成した。具体的には、炭化珪素質セラミックスを、機械加工を施して、外形をφ４ｍｍにし、中心に内径がφ１．２ｍｍになるように穴を開けて、両面を平面研削した後に、１１００℃で１時間の熱処理を施してＳｉＯ_２膜２１を形成した。その後、導電層６となるガラスペーストに、導電材としてＡｕ粉末を添加して、発熱抵抗体層５のパターン各々の電極取出し部にスクリーン印刷法にて円形状に印刷した。さらに、その上にセラミック部材２２を取り付けた。その後、φ１ｍｍの円柱状のＡｕからなる導電端子７をセラミック部材２２のφ１．２ｍｍの穴に垂直に挿入した。セラミック部材２２を導電層６となるガラスペーストに押し付けて、導電層６となるガラスペーストをセラミック部材２２と導電端子７との隙間に入り込ませた後に、１５０℃に加熱して有機溶剤を乾燥させ、さらに５５０℃で３０分間脱脂処理を施した後、７００〜９００℃の温度で焼付けを行なうことにより、導電層６が導電端子７とセラミック部材２２との間の隙間に入り込んだ、導電層６およびセラミック部材２２の接合体を形成した。

次に、サンプル５として、図６に示す形状の導電層６およびセラミック部材２２および導電端子７の接合体を形成した。具体的には、得られた炭化珪素質セラミックスを機械加工して、外形をφ４ｍｍにし、中心に導電層６側の内径をφ１．２ｍｍとし導電層６の反対側の内径をφ１．５ｍｍとして内周面が傾斜するように穴を開けて、両面を平面研削し
た後に、１１００℃で１時間の熱処理を施してＳｉＯ_２膜２１を形成した。その後、導電層６となるガラスペーストに、導電材としてＡｕ粉末を添加して、発熱抵抗体層５のパターン各々の電極取出し部にスクリーン印刷法にて円形状に印刷した。さらに、その上にセラミック部材２２を取り付けた。その後、φ１ｍｍの円柱状のＡｕからなる導電端子７をセラミック部材２２の内径がφ１．２ｍｍの穴に垂直に挿入した。その後、セラミック部材２２を導電層６となるガラスペーストに押し付けて、導電層６となるガラスペーストをセラミック部材２２と導電端子７との隙間に入り込ませた後に、１５０℃に加熱して有機溶剤を乾燥させて、さらに５５０℃で３０分間脱脂処理を施した後に、７００〜９００℃の温度で焼付けを行なうことにより、セラミック部材２２の内周面が傾斜しているとともに導電層６が導電端子７とセラミック部材２２との間の隙間に入り込んだ、導電層６およびセラミック部材２２の接合体を形成した。

また、サンプル１〜５に使用する支持体１１として、主面の３０％に開口部を形成した厚みが２．５ｍｍのＳＵＳ３０４からなる２枚の板状構造体１３を準備し、この内の１枚に熱電対１０および導電端子７を所定の位置に形成して、同じくＳＵＳ３０４からなる側壁部とネジ締めにて固定して支持体１１を準備した。その後、支持体１１の上に、各々基体２をそれぞれの導電端子７が導電層６またはセラミック部材２２の穴の中心に位置するよう重ねて、その外周部を弾性体８を介してネジ締めを行なった。

そして、得られたセラミックヒータ（サンプル１〜５）に２００Ｖの電圧を印加して、１８０℃になるまで発熱抵抗体層５をジュール発熱させた後に、電圧の印加をやめて、圧縮空気をセラミックヒータの載置面３と反対側の面に吹き付けて冷却させることによって７０℃まで冷却することを１サイクルとして、１８，５００サイクルの通電サイクル試験（耐久試験）を行なった。耐久試験後のサンプル１〜５に対して、抵抗変化率の測定を行ない、マイクロクラックの発生の有無の確認をＳＥＭによって行なった。その結果を表１に示す。

表１においては、判定基準として、抵抗変化率が０．１５％以下のものを◎（大変良い）、０．１５％を超えて０．３％以下のものを○（良い）、０．３を超えて０．５％以下のものを△（許容範囲内）、０．５％を超えるものを×（許容範囲外）とした。

また、得られたセラミックヒータ（サンプル１〜５）に２００Ｖの電圧を印加して、１８０℃の状態を維持させたときの消費電力を評価した。判定基準として、消費電力が１,
６６０Ｗ以下のものを◎（大変良い）、１,６６０Ｗを超えて１,６７５Ｗ以下のものを○
（良い）、１，６７５を超えて１，６８５Ｗ以下のものを△（許容範囲内）、１,６８５
Ｗを超えるものを×（許容範囲外）とした。その結果を表２に示す。

表１に示す結果によれば、本発明の実施例であるサンプル２〜５においては、マイクロクラックの発生を抑制することができた。また、サンプル２〜５においては、抵抗変化率を小さくすることができた。抵抗変化率を小さくすることができた理由としては、マイクロクラックの発生を抑制できたためと推測される。また、表２に示す結果によれば、本発明の実施例であるサンプル２〜５において、サンプル１と比較して、消費電力を抑制できたことがわかる。

１:セラミックヒータ
２：基体
３：載置面
４：絶縁層
５：発熱抵抗体層
６：導電層
７：導電端子
８：弾性体
１０：熱電対
１１：支持体
１３：板状構造体
２０：支持ピン
２１：ＳｉＯ_２膜
２２：セラミック部材
Ｗ：ウエハ

Claims

セラミックスからなる基体と、該基体の表面に設けられた発熱抵抗体層と、該発熱抵抗体層上に積層された導電層と、該導電層に接続された導電端子と、前記導電層上の前記導電端子との接続部の近傍に設けられたセラミック部材とを具備することを特徴とするセラミックヒータ。
前記導電層はガラス成分を含むことを特徴とする請求項１に記載のセラミックヒータ。
前記導電端子が前記基体の表面に対して垂直方向に延びており、前記セラミック部材が前記導電端子を囲む枠状であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックヒータ。
枠状の前記セラミック部材の内周の形状が円形状であることを特徴とする請求項３に記載のセラミックヒータ。
前記導電層の一部が前記導電端子と前記セラミック部材との隙間に入り込んで前記導電端子と前記セラミック部材とを接合していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のセラミックヒータ。
前記導電端子と前記セラミック部材との隙間が前記基体から離れるにつれて大きくなっていることを特徴とする請求項５に記載のセラミックヒータ。
前記基体および前記セラミック部材が炭化ケイ素質セラミックスからなることを特徴とする請求項６に記載のセラミックヒータ。