JP3618640B2

JP3618640B2 - 半導体製造・検査装置用ホットプレート

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Publication number: JP3618640B2
Application number: JP2000180321A
Authority: JP
Inventors: 靖二平松; 康隆伊藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2000-06-15
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2020-06-15
Also published as: EP1229570A4; EP1229570A1; US20030080110A1; JP2001357965A; WO2001097263A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に半導体の製造や検査に用いられるホットプレートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エッチング装置や、化学的気相成長装置等を含む半導体製造・検査装置等においては、従来、ステンレス鋼やアルミニウム合金などの金属製基材を用いたヒータやウエハプローバ等が用いられてきた。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
そこで、特開平１１−４０３３０号公報に記載のように、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（セラミック基板）の表面に、金属粒子を焼結して形成した抵抗発熱体が設けられたホットプレートが提案されている。
また、特開平９−４８６６８号公報には、カーボンを含有する窒化アルミニウム焼結体が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このセラミック基板では、サーモビュアで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）の表面温度を測定しようとすると、赤外線を透過してしまうため、発熱体から放射される赤外線を測定することとなり、正確な加熱面の温度測定ができないという問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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、セラミック基板中に所定量のカーボンを含有させることにより、すなわち、セラミック粉末と樹脂を加圧成形し、生成形体とした後、脱脂、焼成することで、炭素の結晶性を低下させて、赤外線の吸収効率を高くし、また、樹脂として脱脂工程で炭素が残りやすく、また、結晶性の低いものを選択したりすることで、赤外線透過率が０または１０％以下のセラミック基板を製造することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、第一の本発明は、セラミック基板の表面に抵抗発熱体が形成された半導体製造・検査装置用ホットプレートであって、
上記セラミック基板は、抵抗発熱体が形成された側の反対側が加熱面であり、
上記セラミック基板は、非晶質カーボンを含み、波長２５００ｎｍの赤外線の透過率が０または５％以下であることを特徴とする半導体製造・検査装置用ホットプレートである。
また、第二の本発明は、セラミック基板の内部に抵抗発熱体が形成された半導体製造・検査装置用ホットプレートであって、
上記セラミック基板は、非晶質カーボンを含み、波長２５００ｎｍの赤外線の透過率が０または５％以下であることを特徴とする半導体製造・検査装置用ホットプレートである。
【０００９】
第一および第二の本発明のホットプレートによれば、セラミック基板は、赤外線、特に波長２５００ｎｍの赤外線透過率が５％以下であるため、発熱体から放射される赤外線を透過せず、ホットプレート加熱面の表面温度をサーモビュアなどで測定する際に、発熱体からの赤外線が邪魔にならない。このため、サーモビュアの測定波長を２５００ｎｍ付近から設定することができ、低温で発生する比較的短い波長の赤外線を捉えることができるようになり、低温から高温まで広い温度範囲で加熱面の温度を測定することが可能になる。
【００１０】
また、ＪＩＳＺ８７２１に基づく明度がＮ４以下と黒色化されているため、黒体放射を利用することができ、高輻射熱が得られ、抵抗発熱体等によるセラミック基板の加熱を効率よく行うことができる。さらに、内部に抵抗発熱体が形成されている場合には、その抵抗発熱体を隠蔽することができる。
【００１１】
以下、本発明のホットプレートについて実施の形態に則して説明する。
第一の本発明は、セラミック基板の表面に抵抗発熱体が形成された半導体製造・検査装置用ホットプレートであって、
上記セラミック基板は、抵抗発熱体が形成された側の反対側が加熱面であり、
上記セラミック基板は、非晶質カーボンを含み、波長２５００ｎｍの赤外線の透過率が０または５％以下であることを特徴とする半導体製造・検査装置用ホットプレートである。
また、第二の本発明は、セラミック基板の内部に抵抗発熱体が形成された半導体製造・検査装置用ホットプレートであって、
上記セラミック基板は、非晶質カーボンを含み、波長２５００ｎｍの赤外線の透過率が０または５％以下であることを特徴とする半導体製造・検査装置用ホットプレートである。
第一の本発明の半導体製造・検査装置用ホットプレートと、第二の本発明の半導体製造・検査装置用ホットプレートとは、抵抗発熱体の形成位置が異なる以外は、その他の構成は、同一である。従って、以下、両者を併せて本発明の半導体製造・検査装置用ホットプレートとして説明する。
【００１２】
測定する赤外線の波長は、２５００ｎｍである。近赤外線領域（７６０〜２５００ｎｍ）と中間赤外線領域（２５００〜２５０００ｎｍ）の中間領域であるので、両方の領域の透過率の目安になるからである。
また、比較的低温では近赤外線が発生しやすいが、近赤外線領域の透過率を１０％以下とすることで、低温〜高温（１００〜８００℃）までの加熱面の温度をサーモビュアにより正確に測定することができる。
【００１３】
セラミック基板の赤外線透過率が１０％を超えると、発熱体からの赤外線がバックグランドになり、加熱面の温度測定ができず、測定値に誤差を生じてしまう。誤差を見込んで補正処理を行えば測定することができるが、補正処理ソフトが必要になり煩雑であり、実用的なホットプレートとは言えない。透過率は５％以下が最適である。
なお、上記光透過率は、０．５ｍｍの厚さのセラミック基板の光透過率を測定した際の値である。
【００１４】
また、セラミック基板の明度は、ＪＩＳＺ８７２１の規定に基づく値でＮ４以下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、このような特性を有するセラミック基板は、サーモビュアによる正確な表面温度測定が可能となり、このサーモビュアを利用することにより、セラミック基板のシリコンウエハ等を加熱する面（加熱面）の温度の制御等が容易になる。
【００１５】
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。
【００１６】
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に示すホットプレートの一部を模式的に示す部分拡大断面図である。このホットプレートでは、セラミック基板の底面に抵抗発熱体が形成されている。
【００１７】
図１に示したように、セラミック基板１１は、円板状に形成されており、このセラミック基板１１の底面１１ｂには、周縁部に近い部分に屈曲形状の回路からなる抵抗発熱体１２ａが形成され、それよりも内側の部分に略同心円形状からなる抵抗発熱体１２ｂ〜１２ｄが形成され、これらの回路を組み合わせて、加熱面１１ａでの温度が均一になるように設計されている。
【００１８】
また、抵抗発熱体１２ａ〜１２ｄは、酸化を防止するために金属被覆層１２０が形成され、その両端に入出力用の端部１３が形成されており、さらに、この端部１３には、図２に示すように外部端子１７が半田等を用いて接合されている。また、この外部端子１７には、配線を備えたソケット１７０が接続され、電源との接続が図られるようになっている。
【００１９】
また、セラミック基板１１には、測温素子１８を挿入するための有底孔１４が形成されており、中央に近い部分には、リフターピン１６を挿通するための貫通孔１５が設けられている。
【００２０】
このリフターピン１６は、その上にシリコンウエハ１９を載置して上下させることができるようになっており、これにより、シリコンウエハ１９を図示しない搬送機に渡したり、搬送機からシリコンウエハ１９を受け取ったりすることができるとともに、シリコンウエハ１９をセラミック基板１１の加熱面１１ａに載置して加熱したり、シリコンウエハ１９を加熱面１１ａから５０〜２０００μｍ離間させた状態で支持し、加熱することができるようになっている。
【００２１】
また、セラミック基板１１に貫通孔や凹部を設け、この貫通孔または凹部に先端が尖塔状または半球状の支持ピンを挿入した後、支持ピンをセラミック基板１１よりわずかに突出させた状態で固定し、この支持ピンでシリコンウエハ１９を支持することにより、加熱面１１ａから５０〜２０００μｍ離間させた状態で加熱してもよい。
【００２２】
図３は、本発明のホットプレートの他の一例を模式的に示す部分拡大断面図である。このホットプレートでは、セラミック基板の内部に抵抗発熱体が形成されている。
【００２３】
図示はしていないが、図１に示したセラミックヒータと同様に、セラミック基板２１は、円板形状に形成されており、抵抗発熱体２２は、セラミック基板２１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、同心円と屈曲線とを組み合わせたパターンで形成されている。
【００２４】
そして、抵抗発熱体２２の端部の直下には、スルーホール２８が形成され、さらに、このスルーホール２８を露出させる袋孔２７が底面２１ｂに形成され、袋孔２７には外部端子２３が挿入され、ろう材２４等で接合されている。
また、図３には示していないが、外部端子２３には、図１に示したホットプレートと同様に、例えば、導電線を有するソケットが取り付けられ、この導電線は電源等と接続されている。
【００２５】
本発明のホットプレートは、例えば、図１〜３に示したような構成を有するものである。以下において、上記ホットプレートを構成する各部材等について、順次、詳細に説明していくことにする。
【００２６】
上記ホットプレートを構成するセラミック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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
これらのセラミックの中では、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望ましい。熱伝導率が高いからである。
また、窒化物セラミックの中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。
【００３０】
通常、窒化物セラミック中には、金属酸化物が含まれていることが好ましい。これらは、焼結助剤として働き、焼結が進行しやすくなり、内部の気孔が小さくなるため、セラミック基板の耐電圧、機械的特性等が改善されるからである。
【００３１】
上記金属酸化物としては、例えば、イットリヤ（Ｙ_２Ｏ_３）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ルビジウム（Ｒｂ_２Ｏ）、酸化リチウム（Ｌｉ_２Ｏ）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）等が挙げられる。
これらの金属酸化物の添加量は、窒化物セラミック１００重量部に対して、１〜１０重量部が好ましい。
【００３２】
本発明のホットプレートを構成するセラミック基板は、赤外線の透過率が０または１０％以下であり、望ましくは、ＪＩＳＺ８７２１に基づく明度がＮ４以下である。
【００３３】
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ると考えられ、また、赤外領域の光を吸収しやすく、透過させないため有利である。
【００３４】
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る。なお、結晶質のカーボンとしては、グラファイト粉末等が挙げられる。
【００３５】
また、アクリル系樹脂を含むグリーンシート積層体等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含有するセラミック基板を得ることができ、また、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。また、上記アクリル系樹脂は、バインダとして添加することができる。
上記アクリル系樹脂バインダとしては、例えば、三井化学社製のＳＡ−５４５シリーズ、共栄社製のＫＣ−６００シリーズ等を用いることができる。
【００３６】
また、上記セラミック基板の気孔率は、５％以下で、最大気孔の気孔径が５０μｍ以下であることが望ましい。
上記気孔率が５％を超えると、セラミック誘電体膜中の気孔数が増加し、また、気孔径が大きくなり、このような構造のセラミック基板は、耐電圧や機械的特性等が低下してしまうからである。
【００３７】
また、最大気孔の気孔径が５０μｍを超えると、やはり耐電圧や機械的特性等が低下してしまう。
気孔率は、０または３％以下がより好ましく、最大気孔の気孔径は、０または１０μｍ以下がより好ましい。
最大気孔の気孔径の測定は、試料を５個用意し、その表面を鏡面研磨し、２０００から５０００倍の倍率で表面を電子顕微鏡で１０箇所撮影することにより行う。そして、撮影された写真で最大の気孔径を選び、５０ショットの平均を最大気孔の気孔径とする。
【００３８】
気孔率は、アルキメデス法により測定する。焼結体を粉砕して有機溶媒中または水銀中に粉砕物を入れて体積を測定し、粉砕物の重量と体積とから真比重を求め、真比重と見かけの比重とから気孔率を計算するのである。
【００３９】
本発明のホットプレートでは、通常、図１に示したように、抵抗発熱体が設けられているが、上記温度制御手段としては、抵抗発熱体のほかに、ペルチェ素子が挙げられる。
【００４０】
抵抗発熱体をセラミック基板の内部に設ける場合には、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形成されて、加熱面からみるとどこかの層にパターンが形成された状態が望ましい。例えば、互いに千鳥の配置になっている構造である。
【００４１】
抵抗発熱体としては、例えば、金属または導電性セラミックの焼結体、金属箔、金属線等が挙げられる。金属焼結体としては、タングステン、モリブデンから選ばれる少なくとも１種が好ましい。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。
【００４２】
また、導電性セラミックとしては、タングステン、モリブデンの炭化物から選ばれる少なくとも１種を使用することができる。
さらに、セラミック基板の底面に抵抗発熱体を形成する場合には、金属焼結体としては、貴金属（金、銀、パラジウム、白金）、ニッケルを使用することが望ましい。具体的には銀、銀−パラジウム等を使用することができる。
上記金属焼結体に使用される金属粒子は、球状、リン片状または球状とリン片状との混合物を使用することができる。
【００４３】
金属焼結体中には、金属酸化物を添加してもよい。上記金属酸化物を使用するのは、セラミック基板と金属粒子とを密着させるためである。上記金属酸化物により、セラミック基板と金属粒子との密着性が改善される理由は明確ではないが、金属粒子の表面はわずかに酸化膜が形成されており、セラミック基板は、酸化物の場合は勿論、非酸化物セラミックである場合にも、その表面には酸化膜が形成されている。従って、この酸化膜が金属酸化物を介してセラミック基板表面で焼結して一体化し、金属粒子とセラミック基板とが密着するのではないかと考えられる。
【００４４】
上記金属酸化物としては、例えば、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）、アルミナ、イットリア、チタニア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できるからである。
【００４５】
上記金属酸化物は、金属粒子１００重量部に対して０．１重量部以上１０重量部未満であることが望ましい。この範囲で金属酸化物を用いることにより、抵抗値が大きくなりすぎず、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。
【００４６】
また、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）、アルミナ、イットリア、チタニアの割合は、金属酸化物の全量を１００重量部とした場合に、酸化鉛が１〜１０重量部、シリカが１〜３０重量部、酸化ホウ素が５〜５０重量部、酸化亜鉛が２０〜７０重量部、アルミナが１〜１０重量部、イットリアが１〜５０重量部、チタニアが１〜５０重量部が好ましい。但し、これらの合計が１００重量部を超えない範囲で調整されることが望ましい。これらの範囲が特にセラミック基板との密着性を改善できる範囲だからである。
【００４７】
抵抗発熱体をセラミック基板の底面に設ける場合は、抵抗発熱体１２の表面は、金属被覆層１２０で被覆されていることが望ましい（図２参照）。抵抗発熱体１２は、金属粒子の焼結体であり、露出していると酸化しやすく、この酸化により抵抗値が変化してしまう。そこで、表面を金属被覆層１２０で被覆することにより、酸化を防止することができるのである。
【００４８】
金属被覆層１２０の厚さは、０．１〜１０μｍが望ましい。抵抗発熱体の抵抗値を変化させることなく、抵抗発熱体の酸化を防止することができる範囲だからである。
被覆に使用される金属は、非酸化性の金属であればよい。具体的には、金、銀、パラジウム、白金、ニッケルから選ばれる少なくとも１種以上が好ましい。なかでもニッケルがさらに好ましい。抵抗発熱体には電源と接続するための端子が必要であり、この端子は、半田を介して抵抗発熱体に取り付けるが、ニッケルは半田の熱拡散を防止するからである。接続端子しては、コバール製の端子ピンを使用することができる。
【００４９】
なお、抵抗発熱体をヒータ板内部に形成する場合は、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。抵抗発熱体をヒータ板内部に形成する場合、抵抗発熱体の表面の一部が露出していてもよい。
【００５０】
抵抗発熱体として使用する金属箔としては、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。
【００５１】
温度制御手段としてペルチェ素子を使用する場合は、電流の流れる方向を変えることにより発熱、冷却両方行うことができるため有利である。
ペルチェ素子は、ｐ型、ｎ型の熱電素子を直列に接続し、これをセラミック板などに接合させることにより形成される。
ペルチェ素子としては、例えば、シリコン・ゲルマニウム系、ビスマス・アンチモン系、鉛・テルル系材料等が挙げられる。
【００５２】
本発明のホットプレートでは、セラミック基板の内部に抵抗発熱体２２を設けた場合には、これらと外部端子とを接続するための接続部（スルーホール）２８が必要となる。スルーホール２８は、タングステンペースト、モリブデンペーストなどの高融点金属、タングステンカーバイド、モリブデンカーバイドなどの導電性セラミックを充填することにより形成される。
【００５３】
また、接続部（スルーホール）２８の直径は、０．１〜１０ｍｍが望ましい。断線を防止しつつ、クラックや歪みを防止できるからである。
このスルーホールを接続パッドとして外部端子ピン２３を接続する（図３参照）。
【００５４】
接続は、半田、ろう材により行う。ろう材としては銀ろう、パラジウムろう、アルミニウムろう、金ろうを使用する。金ろうとしては、Ａｕ−Ｎｉ合金が望ましい。Ａｕ−Ｎｉ合金は、タングステンとの密着性に優れるからである。
【００５５】
Ａｕ／Ｎｉの比率は、〔８１．５〜８２．５（重量％）〕／〔１８．５〜１７．５（重量％）〕が望ましい。
Ａｕ−Ｎｉ層の厚さは、０．１〜５０μｍが望ましい。接続を確保するに充分な範囲だからである。また、１０^−６〜１０^−５Ｐａの高真空で５００〜１０００℃の高温で使用するとＡｕ−Ｃｕ合金では劣化するが、Ａｕ−Ｎｉ合金ではこのような劣化がなく有利である。また、Ａｕ−Ｎｉ合金中の不純物元素量は全量を１００重量部とした場合に１重量部未満であることが望ましい。
【００５６】
本発明では、必要に応じて、セラミック基板１の有底孔１２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、電流量を変えて、温度を制御することができるからである。
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、Ｓ型、Ｅ型、Ｊ型、Ｔ型熱電対が挙げられる。
【００５７】
図４は、以上のような構成のホットプレート（セラミック基板）を配設するための支持容器３０を模式的に示した断面図である。
支持容器３０には、セラミック基板１１が断熱材３５を介して嵌め込まれ、ボルト３８および押さえ用金具３７を用いて固定されている。また、セラミック基板１１の貫通孔１５が形成された部分には、貫通孔に連通するガイド管３２が設けられている。さらに、この支持容器３１には、冷媒吹き出し口３０ａが形成されており、冷媒注入管３９から冷媒が吹き込まれ、冷媒吹き出し口３０ａを通って外部に排出されるようになっており、この冷媒の作用により、セラミック基板１１を冷却することができるようになっている。
【００５８】
上述したホットプレートは、セラミック基板の表面に抵抗発熱体のみが設けられた装置であり、これにより、シリコンウエハ等の被加熱物を所定の温度に加熱することができる。
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。
【００５９】
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。
【００６０】
（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。セラミック基板にカーボンを含有させるためには、通常、バインダとして、炭素が残留しやすいアクリル樹脂等を用いる。このアクリル樹脂は熱分解により、結晶性の低い炭素を生成させるため本発明には有利である。
【００６１】
次に、この生成形体を加熱、焼成して焼結させ、セラミック製の板状体を製造する。この後、所定の形状に加工することにより、セラミック基板１１を作製するが、焼成後にそのまま使用することができる形状としてもよい。加圧しながら加熱、焼成を行うことにより、気孔のないセラミック基板１１を製造することが可能となる。加熱、焼成は、焼結温度以上であればよいが、窒化物セラミックでは、１０００〜２５００℃である。
【００６２】
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１６を挿通する貫通孔１５、熱電対などの測温素子を埋め込むための有底孔１４、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等を形成する（図５（ａ））。
【００６３】
（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好ましい。
【００６４】
（３）導体ペーストの焼成
セラミック基板１１の底面に印刷した導体ペースト層を加熱焼成して、樹脂、溶剤を除去するとともに、貴金属粒子を焼結させ、セラミック基板１１の底面に焼き付け、抵抗発熱体１２を形成する（図５（ｂ））。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、貴金属粒子、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。
【００６５】
（４）金属被覆層の形成
次に、抵抗発熱体１２表面には、金属被覆層１２０を設ける（図５（ｃ））。
金属被覆層１２０は、電解めっき、無電解めっき、スパッタリング等により形成することができるが、量産性を考慮すると、無電解めっきが最適である。
【００６６】
（５）端子等の取り付け
抵抗発熱体１２のパターンの端部に電源との接続のための外部端子１３を半田等を用いて取り付ける。また、有底孔１４に測温素子（熱電対）１８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））。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
（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、バインダとして、カーボンが残留しやすいアクリル樹脂等を用いることが望ましいが、非晶質のカーボンを添加してもよい。
【００７１】
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。
【００７２】
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５０を作製する。
グリーンシート５０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２５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。
【００７３】
（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５０上に、導体ペーストを印刷して導体ペースト層２２０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する。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
（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５０を、上記（２）の工程で作製したペースト層２２０等を有するグリーンシート５０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５０の数を下側に積層するグリーンシート５０の数よりも多くして、抵抗発熱体２２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５０の積層数は２０〜５０枚が、下側のグリーンシート５０の積層数は５〜２０枚が好ましい。
【００７８】
（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５０および内部の導体ペーストを焼結させ、セラミック基板３１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。
【００７９】
得られたセラミック基板２１に、リフターピンを挿通するための貫通孔２５、測温素子を挿入するための有底孔（図示せず）や、外部端子２３を挿入するための袋孔２７等を設ける（図６（ｃ））。貫通孔２５、有底孔および袋孔２７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。
【００８０】
次に、袋孔２７より露出したスルーホール２８に外部端子２３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２３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、セラミックヒータとする。
【００８１】
（５）この後、このような内部に抵抗発熱体１２を有するセラミック基板２１を、円筒形状の支持容器に取り付け、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、セラミックヒータの製造を終了する。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
【実施例】
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（図６参照）の製造
（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径１．１μｍ）１００重量部、イットリア（平均粒径：０．４μｍ）４重量部、アクリル系樹脂バインダ（三井化学製ＳＡ−５４５シリーズ酸価０．５）１０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る成形を行って、厚さ０．４７ｍｍのグリーンシートを得た。
【００８５】
（２）次に、このグリーンシートを８０℃で５時間乾燥させた後、パンチングにより直径１．８ｍｍ、３．０ｍｍ、５．０ｍｍの貫通孔を形成し、外部端子と接続するためのスルーホールとなる部分等を設けた。
【００８６】
（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をグリーンシートにスクリーン印刷で印刷し、抵抗発熱体用の導体ペースト層を形成した。印刷パターンは、同心円形状パターンとした。
【００８７】
さらに、外部端子を接続するためのスルーホール用の貫通孔に導体ペーストＢを充填した。
上記処理の終わったグリーンシート５０に、さらに、タングステンペーストを印刷しないグリーンシート５０を上側（加熱面）に３４枚、下側に１３枚積層し、これらを１３０℃、８０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で圧着して積層体を形成した（図６（ａ））。
【００８８】
（４）次に、得られた積層体を窒素ガス中、６００℃で１０時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５０ｋｇ／ｃｍ^２で３時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍの窒化アルミニウム板状体を得た。これを２３０ｍｍの円板状に切り出し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの抵抗発熱体２２を有する窒化アルミニウム製の板状体（セラミック基板２１）とした（図６（ｂ））。
このセラミック基板２１に含まれるカーボンの結晶性を、レーザラマンスペクトルで調べたところ、１５８０ｃｍ^−１および１３５５ｃｍ^−１にピークが観察された。１３５５ｃｍ^−１のピークは非晶質性を示すピークであり、結晶性が低いことが分かる。
【００８９】
（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、ＳｉＣ等によるブラスト処理で表面に熱電対のための有底孔（直径：１．２ｍｍ、深さ：２．０ｍｍ）やリフターピンを挿通するための貫通孔を設けた（図６（ｃ））。
【００９０】
（６）さらに、スルーホールが形成されている部分をえぐり取って袋孔２７とし（図７（ｃ））、この袋孔２７にＮｉ−Ａｕからなる金ろうを用い、７００℃で加熱リフローしてコバール製の外部端子２３を接続させた（図７（ｄ））。
なお、外部端子の接続は、タングステンの支持体が３点で支持する構造が望ましい。接続信頼性を確保することができるからである。
【００９１】
（７）次に、温度制御のための複数の熱電対をポリイミド等の樹脂を用いて有底孔に埋め込み、ホットプレートの製造を完了した。
【００９２】
（実施例２）ホットプレートの製造（図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（Ｙ_２Ｏ_３：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（共栄社製商品名ＫＣ−６００シリーズ酸価１７）８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。
【００９３】
（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。
【００９４】
（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３１０ｍｍ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（図５（ａ））。
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１６を挿入する貫通孔１５、熱電対を埋め込むための有底孔（直径：１．１ｍｍ、深さ：２ｍｍ）１４を形成した。
【００９５】
（４）上記（３）で得た焼結体の底面に、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と屈曲線形状とを組み合わせたパターンとした。
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。
【００９６】
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。
【００９７】
（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１２を形成した（図５（ｂ））。銀の抵抗発熱体１２は、その端部近傍で、厚さが５μｍ、幅が２．４ｍｍ、面積抵抗率が７．７ｍΩ／□であった。
【００９８】
（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（４）で作製した焼結体を浸漬し、銀の抵抗発熱体１２の表面に厚さ１μｍの金属被覆層１２０（ニッケル層）を析出させた（図５（ｃ））。
【００９９】
（７）電源との接続を確保するための端部に、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、半田層の上に先端がＴ字形状の外部端子１３を載置し、４２０℃で加熱リフローし、抵抗発熱体１２の端部に半田１７０を介して外部端子１７を取り付けた。
（８）温度制御のための熱電対を有底孔１３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１１ｂに抵抗発熱体１２を有するホットプレート１０を得た。
【０１００】
（実施例３〜４）ホットプレートの製造
アクリル系樹脂バインダ（共栄社製商品名ＫＣ−６００シリーズ酸価１７）の量を４重量部（実施例３）、２０重量部（実施例４）としたほかは、実施例２と同様にしてホットプレートを製造した。
【０１０１】
（比較例１）
実施例１と同様であるが、脱脂を６００℃で２４時間行い、炭素量を１００ｐｐｍ程度まで減らした。
（比較例２）
実施例１と同様であるが、結晶性グラファイトを添加した。焼結体中の添加量は８００ｐｐｍであった。レーザラマンスペクトルでカーボンの結晶性を調べたところ、１５８０ｃｍ^−１にピークが観察された。従って、このカーボンは、結晶性が高いことが分かる。
【０１０２】
このようにして製造した実施例１〜４および比較例１、２に係るホットプレートの炭素量、明度、透過率および体積抵抗率を以下の方法により調べた。また、３００℃に昇温した際のセラミック基板の加熱面の温度をサーモビュア（日本電子製ＪＴＣ−６１００）で測定し、その後、熱電対が接着された測温用シリコンウエハを加熱面に載置し、シリコンウエハの温度を測定した。
炭素量、明度等の測定結果を下記の表１に示す。また、サーモビュアや熱電対で測定した結果については、最高温度と最低温度との温度差を比較した結果を下記の表１に示す。
さらに、実施例１で得られた焼結体（厚さ０．５ｍｍ）の各波長の透過率を図７に示し、比較例１で得られた焼結体（厚さ０．５ｍｍ）の各波長の透過率を図８に示す。
【０１０３】
評価方法
（１）炭素量の測定
上記実施例および比較例で製造した窒化アルミニウム板状体を粉砕し、これを５００〜８００℃で加熱して発生するＣＯ_Ｘガスを捕集することにより測定した。
【０１０４】
（２）光透過率の測定
実施例および比較例で得られたセラミック基板から０．５ｍｍの厚さの焼結体を切り出し、２４０〜２６７０ｎｍの可視光の透過率を測定することができる自記分光光度計（日立製作所社製Ｕ−４０００形）に設置し、光透過率（Ｔ／Ｔｗ）を測定した。
【０１０５】
（３）体積抵抗率の測定
焼結体を切削加工することにより、直径１０ｍｍ、厚さ３ｍｍの形状に切出し、三端子（主電極、対電極、ガード電極）を形成し、直流電圧を加え、１分間充電した後のデジタルエレクトロメーターに流れる電流（Ｉ）を読んで、試料の抵抗（Ｒ）を求め、抵抗（Ｒ）と試料の寸法から体積抵抗率（ρ）を下記の計算式（１）で計算した。なお、この場合の温度は、３００℃である。
【０１０６】
【数１】

【０１０７】
上記計算式（１）において、ｔは試料の厚さ（ｍｍ）である。また、Ｓは、下記の計算式（２）および（３）により与えられる。
【０１０８】
【数２】

【０１０９】
【数３】

【０１１０】
なお、上記計算式（２）および（３）において、ｒ_１は主電極の半径、ｒ_２はガード電極の内径（半径）、ｒ_３はガード電極の外径（半径）、Ｄ_１は主電極の直径、Ｄ_２はガード電極の内径（直径）、Ｄ_３はガード電極の外径（直径）であり、本実施例においては、２ｒ_１＝Ｄ_１＝１．４５ｃｍ、２ｒ_２＝Ｄ_２＝１．６０ｃｍ、２ｒ_３＝Ｄ_３＝２．００ｃｍである。
【０１１１】
【表１】

【０１１２】
上記の表１から明らかなように、赤外線（２５００ｎｍ）の透過率を５％以下にすることで、加熱面の温度をサーモビュアにより正確に測定することができる。
【０１１３】
【発明の効果】
以上説明のように、本発明のホットプレートでは、セラミック基板の赤外線透過率が１０％以下と低いため、加熱面の温度をサーモビュアにより正確に測定することができる。また、明度もＮ４以下と充分に黒色化されており、高輻射熱が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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る。
【図２】図１に示したホットプレートの一部を模式的に示す部分拡大断面図である。
【図３】本発明のホットプレートの他の一例を模式的に示す部分拡大断面図である。
【図４】ホットプレートを嵌合する支持容器を模式的に示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のホットプレートの製造工程の一部を模式的に示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のホットプレートの製造工程の一部を模式的に示す断面図である。
【図７】実施例１で得られたセラミック基板の各波長に対する透過率を示したチャートである。
【図８】比較例１で得られたセラミック基板の各波長に対する透過率を示したチャートである。
【符号の説明】
１０ホットプレート
１１、２１セラミック基板
１１ａ加熱面
１１ｂ、１２ｂ底面
１２（１２ａ〜１２ｄ）、２２抵抗発熱体
１３端部
１４有底孔
１５貫通孔
１６リフターピン
１７外部端子
１８測温素子
１９シリコンウエハ
２３外部端子
２４ろう材
２７袋孔
２８スルーホール
３０支持容器
３２ガイド管
３５断熱材
３７押さえ用金具
３８ボルト
３９冷媒導入管

Claims

セラミック基板の表面に抵抗発熱体が形成された半導体製造・検査装置用ホットプレートであって、
前記セラミック基板は、抵抗発熱体が形成された側の反対側が加熱面であり、
前記セラミック基板は、非晶質カーボンを含み、
波長２５００ｎｍの赤外線の透過率が０または５％以下であることを特徴とする半導体製造・検査装置用ホットプレート。
前記セラミック基板は、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックからなる請求項１に記載の半導体製造・検査装置用ホットプレート。
前記セラミック基板は、非晶質カーボンおよび結晶質カーボンを有している請求項１に記載の半導体製造・検査装置用ホットプレート。
セラミック基板の内部に抵抗発熱体が形成された半導体製造・検査装置用ホットプレートであって、
前記セラミック基板は、非晶質カーボンを含み、
波長２５００ｎｍの赤外線の透過率が０または５％以下であることを特徴とする半導体製造・検査装置用ホットプレート。
前記セラミック基板は、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックからなる請求項４に記載の半導体製造・検査装置用ホットプレート。
前記セラミック基板は、非晶質カーボンおよび結晶質カーボンを有している請求項４に記載の半導体製造・検査装置用ホットプレート。