JP4776156B2 - セラミックスヒータ - Google Patents
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Description
本発明は、主にウェハを加熱する際に用いるセラミックスヒータに関し、例えば半導体ウェハや液晶装置あるいは回路基板等のウェハ上に薄膜を形成したり、前記ウェハ上に塗布されたレジスト液を乾燥焼き付けしてレジスト膜を形成したりする際に好適なセラミックスヒータに関する。
半導体製造装置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、レジスト膜の焼き付け処理等においては、半導体ウェハ（以下、ウェハと略す）を加熱するためのヒータが用いられている。
温度制御性に優れ、半導体素子の配線の微細化とウェハ熱処理温度の精度向上が要求されるのに伴い、セラミックスヒータが広く使用されている。
このようなセラミックスヒータとして、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３や特許文献４には、図７に示すようなセラミックスヒータ７１が提案されている。
このセラミックスヒータ７１は、板状セラミックス体７２、ケース７９、を主要な構成要素としたもので、アルミニウム等の金属からなる有底状のケース７９の開口部に、窒化物セラミックスや炭化物セラミックスからなる板状セラミック体７２を樹脂製の断熱性の接続部材７４を介してボルト８０で固定され、その上面をウェハＷを載せる載置面７３とするとともに、板状セラミック体７２の下面に、例えば図８に示すような同心円状の抵抗発熱体７５を備えるようになっていた。
さらに、抵抗発熱体７５の端子部には、給電端子７７がロウ付けされており、この給電端子７７がケース７９の底部７９ａに形成されたリード線引出用の孔７６に挿通されたリード線７８と電気的に接続されるようになっていた。
そして、板状セラミックス体７２とケースで囲まれた空間内にノズル８２より冷媒を送り、循環させ排出口８３より排出することにより板状セラミックス体７２を冷却するようになっていた。
ところで、このようなセラミックスヒータ７１において、ウェハＷの表面全体に均質な膜を形成したり、レジスト膜の加熱反応状態を均質にしたりするにはウェハ面内の温度差を小さくして温度分布を均一にすることが重要であり、同時にウェハを加熱・冷却する際の過渡時間が短く、しかも過渡時の温度が均一であることが求められている。更に、ウェハの加熱温度を変更するためにセラミックスヒータ７１の設定温度を変更する必要があり、セラミックスヒータ７１を短時間に昇温したり冷却したりする時間が短い必要があった。
特許文献５には、図７に示すように、ケース７９の底部７９ａの面粗度を一定の値以下とすると、冷媒が底部７９ａとの界面で気流の乱れが無くなり、昇温効率や冷却効率を向上させたり、熱線の反射が大きくなり昇温効率が向上したりすることが記載されている。
また、特許文献６には、上記のセラミックスヒータ７１の熱容量を５０００Ｊ／Ｋ以下として、ウェハの昇温速度や冷却速度を高めている。しかし、ケース７９の熱容量は板状セラミックス体７３の熱容量の３．３倍以上と大きく、また、ケース７９の表面積Ｓとケース７９の体積Ｖとの比率Ｓ／Ｖが５（１／ｃｍ）を下回ることから冷却時間が長かった。
しかし、いずれもウェハの設定加熱温度を変更する時間は長く、短時間で温度変更できるセラミックスヒータが求められていた。
ところで、このようなセラミックスヒータ７１において、ウェハＷの表面全体に均質な膜を形成したり、レジスト膜の加熱反応状態を均質にしたりするためには、ウェハの温度分布を均一にすることが重要である。その為、これまでウェハの温度分布を小さくするため、帯状の抵抗発熱体７５の抵抗分布を調整したり、帯状の抵抗発熱体７５の温度を分割制御したりすることが行われており、また、熱引きを発生し易い構造の場合、その周囲の発熱量を増大させる等の提案がされていた。
しかし、いずれも非常に複雑な構造、制御が必要になるという課題があり、簡単な構造で温度分布を均一に加熱できるようなセラミックスヒータが求められている。
特開２００１−１３５６８４号公報
特開２００１−２０３１５６号公報
特開２００１−３１３２４９号公報
特開２００２−７６１０２号公報
特開２００２−８３８４８号公報
特開２００２−１００４６２号公報
特開２００２−６４１３３号公報
半導体素子の配線微細化に伴い使用され始めた化学増幅型レジストにおいては、ウェハの温度の均一性は勿論のこと、ウェハを熱処理装置に載置した瞬間から離脱し熱処理を終了させるまでの過渡的な温度履歴も極めて重要となり、ウェハ載置直後から概ね３０秒以内にウェハの温度が均一に安定することが望まれている。
特に、ウェハＷを板状セラミックス体７２上に差し替えした際に温度が安定するまでの時間やウェハ面内の温度バラツキが大きいとの問題があった。
しかしながら、特許文献７に紹介されているセラミックスヒータでは、直径２１０ｍｍの窒化アルミニウムからなる板状セラミックス体に０．３５〜０．８１ｋｇのケースとその付属品０．４３〜２．９１ｋｇから構成されている。また、直径３２０ｍｍの窒化アルミニウムに０．７３〜１．５１ｋｇのケースと、その付属品０．７７〜６．２９ｋｇから構成されていた。しかし、これらのセラミックスヒータは、ウェハの急速な昇温や冷却する時間が長く不十分であり、ウェハ面内の過渡的な温度差が大きいとの問題があった。
また、特許文献５に記載のセラミックスヒータでは、図７に示した板状セラミックス体７３とケース７９が囲む空間に冷媒を循環させ冷却するために、ケース７９の底面７９ａの表面粗度Ｒａを２０μｍ以下とし気流の乱流をなくし冷却効率を大きくしたり、反射率を高めたりしているが、ノズル８２からの気流の流れる範囲が限定され、部分的にしか冷却されないことから、ウェハの、例えば中心温度のみを効率良く冷却できてもウェハ表面の温度差が大きい状態で冷却されるとの問題があった。
更に、特許文献６に記載のセラミックスヒータでは、その熱容量を５０００Ｊ／Ｋ以下とし、昇温特性と冷却特性を向上させているが、ウェハ面内の温度差が大きいとの問題があった。
本発明のセラミックスヒータは、板状セラミックス体の一方の主面に抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハ加熱面を備えたヒータ部と、前記抵抗発熱体に電力を供給する給電端子と、該給電端子を包むように板状セラミックス体と接続した有底のケースと、前記板状セラミック体の周辺部をリング状に支持して前記ケースと接続する接触部材と、前記板
状セラミックス体の周囲で前記抵抗発熱体の外接円の外側に前記抵抗発熱体の存在しない非発熱領域を設け、前記ケースに前記板状セラミックス体を冷却するガスを噴出するノズルとを備え、前記ケースの内面の赤外線の反射率が７０％以上であり、前記非発熱領域の厚みが前記板状セラミック体の中央部の厚みより大きいことを特徴とする。
状セラミックス体の周囲で前記抵抗発熱体の外接円の外側に前記抵抗発熱体の存在しない非発熱領域を設け、前記ケースに前記板状セラミックス体を冷却するガスを噴出するノズルとを備え、前記ケースの内面の赤外線の反射率が７０％以上であり、前記非発熱領域の厚みが前記板状セラミック体の中央部の厚みより大きいことを特徴とする。
また、前記ケースの内面の赤外線の反射率はその外面の赤外線の反射率より大きいことを特徴とする。
また、前記ケースは金属からなり、Ｆｅを７５．７質量％以上含むことを特徴とする。
また、前記ケースは金属からなり、質量％でＣｒ：１６〜２６％、Ｎｉ：８〜２２％、
Ｃ：０．２％以下、Ｎ：０．１％以下、残部がＦｅと不可避成分からなることを特徴とする。
Ｃ：０．２％以下、Ｎ：０．１％以下、残部がＦｅと不可避成分からなることを特徴とする。
また、前記ケースの表面粗さＲａが５μｍ以下であることを特徴とする。
また、前記ケースの内面に赤外線の反射層を形成したことを特徴とする。
また、前記反射層がＡｇまたはＡｕ、Ｐｔ等の貴金属層であることを特徴とする。
また、前記板状セラミックス体の周辺の下面を支えるようにリング状に上記接触部材が接続していることを特徴とする。
また、前記板状セラミックス体の周辺の端面を囲むように前記接触部材が接続していることを特徴とする。
また、前記抵抗発熱体の外接円の直径が前記板状セラミックス体の直径の９０〜９９％であることを特徴とする。
また、前記抵抗発熱体の外接円の直径が前記板状セラミックス体の直径の９２〜９５％であることを特徴とする。
また、前記抵抗発熱体の外接円の直径が前記板状セラミックス体の直径の９５〜９８％であることを特徴とする。
また、前記ケースの熱容量が、前記板状セラミックス体の熱容量の０．５〜３．０倍であることを特徴とする。
また、前記ケースの表面積Ｓ（ｃｍ
２
）と前記ケースの体積Ｖ（ｃｍ
３
）との比率Ｓ／Ｖが５〜５０（１／ｃｍ）であることを特徴とする。
また、前記抵抗発熱体の対向間隔Ｓが前記板状セラミックス体の厚みの５倍以下であることを特徴とする。
また、前記板状セラミックス体の厚みが１〜７ｍｍで、前記抵抗発熱体の外接円の面積に対する抵抗発熱体の面積の比率が５〜５０％であることを特徴とする。
また、前記接触部材が前記板状セラミックス体と接する巾が０．１〜１３ｍｍであることを特徴とする。
また、前記接触部材の熱伝導率が前記板状セラミックス体の熱伝導率より小さいことを特徴とする。
また、前記接触部材のヤング率が１ＧＰａ以上で、前記板状セラミックス体のヤング率より小さいことを特徴とする。
また、前記接触部材の断面が円形状であることを特徴とする。
また、前記接触部材の直径が１ｍｍ以下であることを特徴とする。
本発明によれば、板状セラミックス体の一方の主面に抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハ加熱面を備えたヒータ部と、前記抵抗発熱体に電力を供給する給電端子と、該給電端子を包むように板状セラミックス体と接続した有底のケースと、前記板状セラミック体の周辺部をリング状に支持して前記ケースと接続する接触部材と、前記板状セラミックス体の周囲で前記抵抗発熱体の外接円の外側に前記抵抗発熱体の存在しない非発熱領域を設け、前記ケースに前記板状セラミックス体を冷却するガスを噴出するノズルとを備え、前記ケースの内面の赤外線の反射率を７０％以上とし、前記非発熱領域の厚みを前記板状セラミック体の中央部の厚みより大きくすることによって、ウェハ面内の温度差の小さくしかも応答時間が小さく、過渡時のウェハ面内の温度差の小さな良好なセラミックスヒータが得られる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明に係るセラミックスヒータ１の一例を示す断面図で、炭化珪素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなる板状セラミックス体２の一方の主面を、ウェハＷを載せるウェハ加熱面３とするとともに、他方の主面に抵抗発熱体５を形成したヒータ部３０を備えている。
抵抗発熱体５のパターン形状としては、略同心円状をしたものや渦巻き状をしたものなど、ウェハ加熱面３を均一に加熱できるパターン形状であれば良い。均熱性を改善するため、抵抗発熱体５を複数のパターンに分割することも可能である。またパターンの線幅や粗密を調整し、電力密度に分布をつけて均熱性を改善しても良い。
抵抗発熱体５には、金や銀、パラジウム、白金等の材質からなる給電部６が形成され、該給電部６に給電端子１１を接触させることにより、導通が確保されている。給電端子１１と給電部６とは、導通が確保できる方法で有れば、はんだ付け、ロウ付け等の手法を用
いてもよい。
いてもよい。
さらに、板状セラミックス体２と有底のケース１９開口部の外周にボルト１６を貫通させ、板状セラミックス体２と有底のケース１９が直接当たらないように、リング状の接触部材１７を介在させ、有底のケース１９側より弾性体１８を介在させてナット２０を螺着することにより弾性的に固定している。
これにより、板状セラミックス体２の温度が変動した場合に有底のケース１９が変形しても、上記弾性体１８によってこれを吸収し、これにより板状セラミックス体２の反りを抑制し、ウェハ表面に、板状セラミックス体２の反りに起因する温度ばらつきが発生することを防止できるようになる。
なお、有底のケース１９は側壁部２２と底面２１を有し、板状セラミックス体２はその有底のケース１９の開口部を覆うように設置してある。また、有底のケース１９には冷却ガスを排出するための排出口２３が施されており、板状セラミックス体２の抵抗発熱体５に給電するための給電部６に導通するための給電端子１１，板状セラミックス体２を冷却するためのガス噴射口２４、板状セラミックス体２の温度を測定するための熱電対２７を設置してある。
さらに、有底のケース１９の深さは１０〜５０ｍｍで、底面２１は、板状セラミックス体２から１０〜５０ｍｍの距離に設置することが望ましい。更に好ましくは２０〜３０ｍｍである。これは、板状セラミックス体２と有底のケース１９相互の輻射熱によりウェハ加熱面３が加熱されると同時に、ケース１９の外部との断熱効果があるので、ウェハ加熱面３の温度分布に大きな影響を及ぼすからである。
また、板状セラミックス体２には少なくとも３箇所の貫通孔２６が設けられ、ウェハリフトピン２５を上下させることにより、板状セラミックス体２へウェハを迅速に載置離脱がおこなえる。また、ウェハリフトピン２５が板状セラミックス体２へ直接接触しないようにガイド部材１０が設置されている。
本発明のセラミックスヒータ１は、板状セラミック体２の周辺部をリング状に支持して前記ケース１９と接続する接触部材１７と、前記板状セラミックス体２の周囲で前記抵抗発熱体５の外接円の外側に前記抵抗発熱体５の存在しない非発熱領域を設け、上記ケース１９に前記板状セラミックス体２を冷却するノズル２４とを備え、上記ケース１９の内面の赤外線の反射率が７０％以上であることを特徴とするものである。このような構成とすることにより、抵抗発熱体５で加熱された板状セラミックス体２からの放射熱がケース１９の内壁で反射しケース１９自体の加熱を防ぐとともに、ケース１９から反射した輻射熱は板状体の下面を加熱し、板状セラミックス体２を均一に加熱することができるからである。また、特に板状セラミックス体２の温度が１００℃以上となると板状セラミックス体２の抵抗発熱体２の下面から赤外領域の波長５〜９μｍの輻射熱が強くなりケース１９内面からの反射熱の影響が大きく、ケース１９内面の赤外線の反射率が７０％以上であると、ケース１９の加熱が抑えられ、ケース１９からの反射熱により板状セラミックス体２の加熱が促進され、板状セラミックス体２のウェハ加熱面３の温度差を小さくする効果が増進されるからである。特に、上記反射率は波長５〜９μｍの赤外領域の輻射が影響することが判明した。さらに、これらの波長域の赤外線の反射率を代表する値として波長７μｍの赤外線の反射率が７０％以上であることが好ましい。
板状セラミックス体２は、ウェハＷを均一に加熱するように抵抗発熱体５が配設されているが、ウェハ加熱面３に載せられたウェハＷをウェハＷ面内の温度差が小さい状態で急速に加熱したり、ウェハ加熱面３の温度変更を短時間で行うには、ウェハＷの面内温度差が小さくなるように板状セラミックス体２を加熱するとともに板状セラミックス体２の周囲から下面を覆うケース１９に伝わる熱や、ケース１９の外周の上部から接触部材１７を通して板状セラミックス体２の周囲に伝わる熱や、ケース１９内面から板状セラミックス体２を加熱する輻射熱の影響を効果的に抑制／制御することが重要である。そしてケース１９から反射した輻射熱が板状セラミックス体２の下面を加熱するとともに、ケース１９そのものの加熱を抑え、ウェハＷの周辺の温度差が大きくならない様に板状セラミックス体２の周辺部をリング状に支持してケース１９と接続する接触部材１７を備えた構成とすることが重要である。このような構成とすることで例えば直径２００ｍｍ以上或いは直径３００ｍｍ以上の大型ウェハＷの周辺部の温度差を小さく保つことができるとともに低温のウェハＷがウェハ加熱面３に載せられた際にはウェハＷ周辺の温度が中心部より低下しないよう熱を供給しつつ、ウェハ加熱面の温度変更時にはケース１９の温度の影響を抑えることができることから素早く温度を変えることができる。
更に、板状セラミックス体２の周囲で前記抵抗発熱体５の外接円の外側に前記抵抗発熱体５の存在しない非発熱領域を備えることが必要である。このように非発熱領域を備えることで、板状セラミックス体２の周辺部から熱がケースに逃げることを妨げることができることから、ウェハＷ面の温度差を小さくすることができるからである。また、同時に冷えたウェハＷを加熱されたウェハ加熱面３に載せても、前記非発熱領域の熱がウェハＷの周辺の温度の低下を防ぎウェハＷの周辺や中心の温度が等しく加熱されウェハＷ面内の温度差が小さい状態でウェハＷ全面の温度が上昇し所定の温度に短時間で昇温することができるからである。一方前記非発熱領域がなく抵抗発熱体５の外接円の直径を単に大きくしただけでは、定常状態での板状セラミックス体２周辺部からの熱がケース１９に流れ、ケース１９が加熱されウェハ加熱面の温度変更等の際にケース１９の温度が高く、短時間でウェハ加熱面の温度変更ができなくなる虞があるからである。
尚、ケース１９の内面側には給電端子１１、ガス噴射口２４、ガスを放出する排出口２３、熱電対２７、ガイド部材１０、等が配設されている。これらの部品からの反射も重要である。特にケース１９に穿孔される排出口２３はその面積が大きくケース内面からの輻射量を低減する効果があることから、排出口２３はケース１９の下面に均等に配設されていることが好ましい。
また、ケース１９の内面の赤外線の反射率はその外面の赤外線の反射率より大きいことが好ましい。上記内面の赤外線の反射率は７０％以上であり板状セラミックス体２からの熱の大部分を反射することができるが、反射されない輻射光はケース１９を加熱する。板状セラミックス体２の温度が上昇するとケース１９の温度も上昇するが、ケース１９の熱はケース１９の外面からの輻射光によりケース１９の温度を下げることができる。ケース１９の外側の赤外線の反射率が内側の赤外線の反射率より小さいと、ケース１９内面から加熱された熱が、ケース１９の外面から放射され、ケース１９の温度上昇を抑えることができ好ましい。
尚、ケース１９の赤外線の反射率は赤外線の反射率の大きな金属製のケース１９が好ましく、赤外線の反射率は研摩加工や、反射層の形成、酸化膜処理、黒色塗料等の塗布により調整できる。
また、本発明のセラミックスヒータは熱伝達に重要な波長３〜２５μｍの赤外線の反射率がセラミックスヒータの温度特性に影響するが、その中でも波長５〜９μｍの赤外線の反射率の影響が大きく、この赤外線の反射率は波長７μｍの赤外線の反射率で本発明の赤外線の反射率とすることができる。
そして、長期間に亘り上記の赤外線の反射率を維持するには、上記ケース１９の材質は金属からなり、Ｆｅを７５．７質量％以上含むことが好ましい。このような組成とすることで赤外線の反射率を７０％以上とすることができるからである。
更に、ケース１９はＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系合金が好ましい。特に、Ｃｒ量は１７〜２６重量％で、Ｎｉ量は８〜２２重量％で、Ｃが０．２質量％以下でＮが０．１質量％以下であると赤外線の反射率が大きく、経時変化が少なく好ましく。更に好ましくはＮｉ量が８〜１５重量％であり、より好ましくはＮｉ量が８〜１６重量％である。Ｃｒ量が１７質量％を下回ったり、Ｎｉ量が８質量％を下回ったりすると、赤外線の反射率が７０％を下回り好ましくない。また、Ｃｒ量が２６質量％を超えたり、Ｎｉ量が２２質量％を超えたりすると金属合金の剛性が大きく脆くなることから好ましくない。更に、Ｃは０．２質量％を超えたり、Ｎが０．１質量％を超えたりすると金属合金が脆くなり好ましくない。
また、ケース１９のＪＩＳ Ｂ０６３３による表面粗さは、Ｒａは５μｍ以下であることが好ましい。Ｒａが５μｍを超えると赤外線の反射率が７０％を下回る虞があり好ましくない。更に好ましくは２μｍ以下であり、より好ましくは０．５μｍ以下である。
また、ケース１９の赤外線反射率を大きくするには、ケース１９の表面に赤外線を強く反射する反射層を形成することが好ましい。
上記反射層はＡｇやＡｕ、Ｐｔ等の貴金属層が好ましく、これらの金属層をメッキ法や蒸着法やＣＤＶコート法を用いることができる。そして、これらの反射層は０．１〜５μｍの厚みで形成すると、赤外線の反射率が７０％以上と大きくなり好ましい。
また、本発明の一例である図１のセラミックスヒータ１は、板状セラミックス体２の周辺の下面を支えるようにリング状に接触部材１７が接続しているので、ケース１９の直径と板状セラミックス体２の直径Ｄを同等とすることができることから、板状セラミックス体２の直径を大きくすることができる。そのため、温度の低いウェハＷを温度の高いウェハ加熱面に載せてもウェハＷの周辺の温度が低下することなく、板状セラミックス体２の周辺の非発熱領域に蓄熱された熱によりウェハＷの周辺を加熱することができる。
また、本発明のセラミックスヒータ１は図２に示すように板状セラミックス体２の周辺の端面を囲むようにリング状に上記接触部材１７が接続することで、板状セラミックス体２の周辺部の熱の漏出を防止しウェハＷ面内の温度差を小さくすることができる。特に板状セラミックス体２の周辺の端面が接触部材１７と接触することで板状セラミックス体２の直径が小さくなり抵抗発熱体５の熱を効率的にウェハＷに供給することができることから好ましい。また、温度の低いウェハＷを温度の高いウェハ加熱面に載せた際に、ウェハＷの周辺部に多くの熱を供給する必要があることから板状セラミックス体２の周辺に多くの熱を蓄える必要があり、この熱を蓄える領域として、板状セラミックス体２の周辺に抵抗発熱体５の存在しない非発熱領域が必要である。
なお、ウェハＷの定常時の面内温度差を小さくするには抵抗発熱体５の外接円の直径をウェハＷの直径より３〜５％程大きいことが必要である。従って、板状セラミックス体２の直径ＤはウェハＷの直径の４〜１７％程大きいことが好ましい。また、板状セラミックス体２の周囲の端面を保持することから板状セラミックス体２の非発熱領域を小さくすることができる一方、非発熱領域の蓄熱量を増やすために非発熱領域の板状セラミックス体２の厚みを大きくすることで非発熱領域の熱容量を調整することができる。
そして、板状セラミックス体２の外接円の直径ＤＣが板状セラミックス体２の直径Ｄの９０〜９９％であると更に好ましい。
抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径ＤＣが板状セラミックス体２の直径Ｄの９０％より小さいと、非発熱領域が大き過ぎることからウェハを急速に昇温したり急速に降温させたりする時間が大きくなりウェハＷの温度応答特性が劣る。また、板状セラミックス体２の直径Ｄが大きくなり、均一に加熱できるウェハＷの大きさが板状セラミックス体２の直径Ｄに比較して小さくなり、ウェハＷを加熱する電力に対するウェハ加熱効率が悪くなる。更に、板状セラミックス体２が大きくなることからウェハ製造装置の設置面積が大きくなり、最小の設置面積で最大の生産を行う必要がある半導体製造装置の設置面積に対する稼働率を低下させ好ましくない。
抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径ＤＣが板状セラミックス体２の直径Ｄの９９％より大きいと非発熱領域が小さすぎることから温度の低いウェハＷを温度の高いウェハ加熱面３に載せると、ウェハＷの周辺の温度が低下しウェハＷ面内の温度差が小さい状態でウェハＷ温度を高めることができない虞があるからであり、接触部材１７と抵抗発熱体５の外周との間隔が小さく抵抗発熱体５の外周部から熱が接触部材１７に不均一に流れ、特に、外周部の抵抗発熱体５の対称性が崩れ欠落している微小な部分からも熱が流れ、温度が低下しウェハＷの定常時の面内温度差を大きくする虞がある。
より好ましくは、抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径ＤＣが板状セラミックス体２の直径Ｄの９２〜９７％である。
特に、板状セラミックス体２とケース１９の外形が略同等で、板状セラミックス体２を下からケース１９が支える図１のセラミックスヒータ１の場合、ウェハＷの面内の温度差を小さくするには、抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径ＤＣが板状セラミックス体２の直径Ｄの９２〜９５％であり、更に好ましくは９３〜９５％である。
一方、板状セラミックス体２の周辺の端面を囲むようにケース１９が接続した図２のセラミックスヒータの場合には、抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径ＤＣが板状セラミックス体２の直径Ｄの９５〜９８％が好ましく、更に好ましくは９６〜９７％である。
また、上記のように非加熱領域の幅で熱容量を調整することができる一方で、非発熱領域の蓄熱量を増やすために非発熱領域の板状セラミックス体２の厚みを大きくすることで非発熱領域の熱容量を大きくしてウェハＷの周辺の温度低下を防ぐこともできる。
尚、本発明のセラミックスヒータ１は板状セラミックス体２の周辺の下面にケース１９を接続したり、板状セラミックス体２の周辺の端面でケースと接続した例で説明したが、周辺の下面と周辺の端面との両方同時にケース１９と接続して上記趣旨を逸脱しない範囲のセラミックスヒータ１を含むものであることは当然である。
そして、本発明のセラミックスヒータ１は、該ケース１９に前記板状セラミックス体２を冷却するノズル２４を備え、前記ケース１９の熱容量は、前記板状セラミックス体２の熱容量の０．５〜３．０倍であることを特徴とする。
ケース１９の熱容量が板状セラミックス体２の熱容量の０．５倍を下回るとノズル２４から噴射された冷却ガスが板状セラミックス体２に当たり板状セラミックス体２の熱を奪い熱せられた冷却ガスの熱がケース１９に保存される量が小さ過ぎて、適度に板状セラミック体２の熱を蓄えることができないことから、板状セラミックス体２の温度を低下させる効果が小さい。
ケース１９の熱容量が板状セラミックス体２の熱容量の３．０倍を超えると、ケース１９の熱容量が大き過ぎることから板状セラミックス体２の熱をケース１９に冷却ガスを介
して蓄えることはできるが、板状セラミックス体２を加熱する際に、板状セラミックス体２からの輻射熱がケース１９に過剰に伝わり板状セラミックス体２を加熱しても昇温速度が小さくなる虞があった。好ましくはケース１９の熱容量は板状セラミックス体２の熱容量の０．７〜１．２倍であり、更に好ましくは０．９〜１．２倍であった。このような範囲の熱容量とすることで、板状セラミックス体２の熱がノズル２４から噴射された冷却ガスを介して、ケース１９に伝わるとともに外部へ効率良く排出される。特に金属ケースの熱容量が板状セラミックス体２の熱容量に近いと板状セラミックス体２の熱の大よそ半分が金属ケースに伝わり金属ケースの外面から放散されることで板状セラミックス体２の温度が下がりやすい事が分った。そして、加熱した板状セラミックス体２の熱を効率良く取り除くことができることから、板状セラミックス体２の温度を急激に下げることができるとともに、板状セラミックス体２を抵抗発熱体５で加熱する際に効率良く急速に昇温させることができる。
して蓄えることはできるが、板状セラミックス体２を加熱する際に、板状セラミックス体２からの輻射熱がケース１９に過剰に伝わり板状セラミックス体２を加熱しても昇温速度が小さくなる虞があった。好ましくはケース１９の熱容量は板状セラミックス体２の熱容量の０．７〜１．２倍であり、更に好ましくは０．９〜１．２倍であった。このような範囲の熱容量とすることで、板状セラミックス体２の熱がノズル２４から噴射された冷却ガスを介して、ケース１９に伝わるとともに外部へ効率良く排出される。特に金属ケースの熱容量が板状セラミックス体２の熱容量に近いと板状セラミックス体２の熱の大よそ半分が金属ケースに伝わり金属ケースの外面から放散されることで板状セラミックス体２の温度が下がりやすい事が分った。そして、加熱した板状セラミックス体２の熱を効率良く取り除くことができることから、板状セラミックス体２の温度を急激に下げることができるとともに、板状セラミックス体２を抵抗発熱体５で加熱する際に効率良く急速に昇温させることができる。
ケース１９の熱容量に対する板状セラミックス体２の熱容量の倍率を変えるには、ケース１９の熱容量を変えることで調整することが好ましい。その理由は、窒化珪素や窒化アルミニウム製の大きさが同じ板状セラミックス体２では、炭化珪素より窒化アルミニウムの熱容量が数％から１０％程大きいが、本発明の板状セラミックス体２の外形や厚みは略同じことから板状セラミックス体２の熱容量を大きく変更することが困難である。しかし、ケース１９の金属板厚みやケース１９の深さを調整したり、材質を変えたりすることでケース１９を好適な熱容量に調節できるからである。
また、セラミックスヒータ１の昇温時間や冷却時間を短縮するには前記ケース１９の表面積Ｓ（ｃｍ ２ ）と前記ケース１９の体積Ｖ（ｃｍ ３ ）との比率Ｓ／Ｖが５〜５０（１／ｃｍ）であると更に効率良く板状セラミックス体２を加熱したり冷却したりすることができることから好ましいことが判明した。
比率Ｓ／Ｖが５（１／ｃｍ）を下回ると、ケース１９の体積Ｖに対する表面積Ｓの比率が小さいことから、ケース１９の表面から吸収された熱がケース１９の外に放散される効率が悪く、また、熱がケース１９に残りやすい。板状セラミックス体２を加熱すると放射熱がケース１９に吸収され易くなり板状セラミックス体２を急速に昇温させることが難しくなるからである。
比率Ｓ／Ｖが５０（１／ｃｍ）を超えると、ケース１９の表面積が大きくなりすぎてケース１９の厚みが小さくなり過ぎケース１９を装置に取り付けると変形したり、振動でケース１９が変形し板状セラミックス体２の温度分布が変動してウェハＷの面内温度差が変化したり、特に昇降温時のウェハ面内の温度差が大きくなる虞があった。
比率Ｓ／Ｖは、好ましくは １１〜２０（１／ｃｍ）であり、更に好ましくは１３〜１５（１／ｃｍ）であった。
次に、比率Ｓ／Ｖを上記の範囲内となるように調整する具体的な方法について述べる。一般にケース１９の金属板厚みを大きくするとＳ／Ｖは小さくなる。好ましくはケース１９の側壁の厚みは０．５〜３ｍｍ、底板の厚みは１〜５ｍｍである。更に好ましくは側壁の厚みは０．５〜２ｍｍで底板の厚みは１〜３ｍｍである。また、ケース１９の外周に凹凸を設け、ケース１９の表面を大きくすることで比率Ｓ／Ｖを上記の好適な範囲となるよう調整することができる。
尚、ここで、ケース１９とはセラミックスヒータ１の外表面を形成する部品の中の、板状セラミックス体２と接続部材１７を除き外表面が金属からなる金属部品を示す。
また、ノズル２４から噴射された冷却ガスは板状セラミックス体２の下面に当たり、板状セラミックス体２の下面に沿って放射状に広がりケース１９やケース１９に取り付けられた部材に衝突し進路を変えケース１９の下面２１の排出孔２３からセラミックスヒータ１の外部へ放出される。そして、前記の冷却ガスは板状セラミックス体２の熱を奪い、一部の熱をケース１９に伝え、そして冷却ガスは排出される。そして、ケース１９に伝えられた板状セラミックス体２の一部の熱は効率良くケース１９の外側から放散される。ノズル２４から噴射された冷却ガスは、板状セラミックス体の下面に強く衝突することで板状セラミックス体２の熱を効率良く奪うことができる、そして熱せられた冷却ガスはケース１９に熱を伝えながら排出されるのであるが、ノズル２４から噴射される冷却ガスの流速を高め、効率良く排出するには複数取り付けられたノズル２４の開口部２４ａの総面積Ｓ１に対して、１０００〜３２００倍の面積Ｓを備えた排出孔２３を有することが好ましい。
ノズル２４の開口部２４ａの総面積Ｓ１に対して、Ｓ２の面積が１０００倍以下では排出孔２３が小さいことからノズル２４から噴射する冷却ガスの突出量が減少し板状セラミックス体２を冷却する効率が小さくなり好ましくない。
また、ノズル２４の開口部２４ａの総面積Ｓ１に対して、Ｓ２の面積が３２００倍を超えると、板状セラミックス体２により加熱された冷却ガスの熱がケース１９に伝わる量が減少し、板状セラミックス体２を冷却する効果が小さくなる。
従って、ノズル２４の開口部２４ａの総面積Ｓ１に対して、１０００〜３２００倍の面積Ｓ２を備えた排出孔２３であると効率良く板状セラミックス体２に冷却ガスを当て、板状セラミックス体２とケース１９とで囲む空間に冷却ガスを循環させて排出孔２３から排出できる。好ましくはＳ２はＳ１の１５００〜２５００倍である。更に好ましくは１７００〜２３００倍である。
更に、上記のように冷却ガスを流すと、ケース１９と板状セラミックス体２の囲む空間と、その外部空間との圧力差Ｐは５０〜１３ｋＰａとすることができることから優れた冷却特性が得られる。
圧力差Ｐが５０Ｐａ以下では冷却ガスの流量が少なく板状セラミックス体２を短時間で冷却することができない。
圧力差Ｐが１３ｋＰａを超えると内部圧力が大きく板状セラミックス体２と金属ケースで囲む空間が押し広がり容積が大きくなり、板状セラミック体とケース１９の位置がずれて板状セラミックス体２に載せたウェハの温度分布が変化する虞があった。
好ましくは、圧力差Ｐは１００Ｐａ〜１ｋＰａであり、更に好ましくは２００Ｐａ〜５００Ｐａであった。
また、抵抗発熱体５はウェハ加熱面３から一定の距離に配設され、抵抗発熱体５の対向間隔Ｓが板状セラミックス体２の板厚ｔの５倍以下となるように設計することが必要である。
また、直径２００ｍｍを超える大型ウェハＷを均一にしかも高温まで加熱できるように配設するには、対向間隔Ｓは０．５ｍｍ以上とすることが好ましい。
ここで対向間隔Ｓとは図３に示すように、抵抗発熱体５の外接円の中で、抵抗発熱体５の帯に接する最大の円の直径で示すことができる。
上記間隔Ｓが板状セラミックス体２の板圧ｔの５倍を超えると、間隔Ｓの中心付近の温度が低下し板状セラミックス体２のウェハ加熱面３に載せられたウェハＷにクールスポットが発生する虞があるからである。また、間隔Ｓが０．５ｍｍを下回るとスクリーン印刷法で抵抗発熱体５を印刷すると、インクの滲み等の影響で、抵抗発熱体５の帯と帯が短絡する虞が生じ、ウェハＷの面内温度差を小さくすることができないからである。
さらに、本発明のセラミックスヒータ１は、板状セラミック体２の一方の主面に平行な投影面で見て、帯状の抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃの面積に対し、上記外接円Ｃ内に占める帯状の抵抗発熱体５の面積の比率を５％〜５０％としたことを特徴とする。
即ち、帯状の抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃの面積に対し、外接円Ｃ内に占める帯状の抵抗発熱体５の面積の比率を５％未満とすると、帯状の抵抗発熱体５の相対向する対向領域において、板状セラミック体２の板厚ｔに対して対向領域の対向間隔Ｓが大きくなり過ぎることから、帯状の抵抗発熱体５のないウェハ加熱面３の表面温度が他の部分と比較して小さくなり、ウェハ加熱面３の温度を均一にすることが難しいからであり、逆に帯状の抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃの面積に対し、外接円Ｃ内に占める帯状の抵抗発熱体５の面積の比率を５０％を超えると、板状セラミック体２と帯状の抵抗発熱体５との間の熱膨張差を３．０×１０ −６ ／℃以下に近似させたとしても、両者の間に作用する熱応力が大きすぎること、板状セラミック体２は変形し難いセラミック焼結体からなるものの、その板厚ｔが１ｍｍ〜７ｍｍと薄いこと、から帯状の抵抗発熱体５を発熱させると、ウェハ加熱面３側が凹となるように板状セラミック体２に反りが発生し、その結果、ウェハＷの中心部の温度が周縁よりも小さくなり、温度バラツキが大きくなる虞があるからである。
なお、好ましくは、帯状の抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃの面積に対し、外接円Ｃ内に占める帯状の抵抗発熱体５の面積の比率を１０％〜３０％、さらには１５％〜２５％とすることが好ましい。
さらに、このような効果を効率良く発現させるには、帯状の抵抗発熱体５の膜厚を５〜７０μｍとすることが好ましい。
帯状の抵抗発熱体５の膜厚が５μｍを下回ると、帯状の抵抗発熱体５をスクリーン印刷法で膜厚を均一に印刷することが困難となるからであり、また、帯状の抵抗発熱体５の厚みが７０μｍを越えると、外接円Ｃに対し、帯状の抵抗発熱体５の占める面積の比率を５０％以下としても帯状の抵抗発熱体５の厚みが大きく、抵抗発熱体５の剛性が大きくなり、板状セラミック体５の温度変化により帯状の抵抗発熱体５の伸び縮みによる影響で板状セラミック体２が変形したり、スクリーン印刷で均一の厚みに印刷することが難しくウェハＷの表面の温度差が大きくなったりする虞があるからである。なお、好ましい帯状の抵抗発熱体５の厚みは１０〜３０μｍとすることが良い。
図５は、図1に示すセラミックスヒータ１のリング状の接触部材１７付近を示す拡大断面図である。リング状の接触部材１７の断面は多角形や円形の何れでも良いが、板状セラミックス体２と接触部材１７が平面で接触する場合において、板状セラミックス体２と接触部材１７の接する接触部の巾は０．１ｍｍ〜１３ｍｍであれば、板状セラミックス体２の熱が接触部材１７を介して有底のケース１９に流れる量を小さくすることができる。そして、ウェハＷの面内の温度差が小さくウェハＷを均一に加熱することができる。
接触部材１７の接触部の巾が０．１ｍｍ以下では、板状セラミックス体２と接触固定した際に接触部が変形し、接触部材が破損する虞がある。また、接触部材１７の接触部の巾が１３ｍｍを超える場合には、板状セラミックス体２の熱が接触部材に流れ、板状セラミックス体２の周辺部の温度が低下しウェハＷを均一に加熱することが難しくなる。好ましくは接触部材１７と板状セラミックス体２の接触部の巾は０．１ｍｍ〜８ｍｍであり、更に好ましくは０．１〜２ｍｍである。
また、接触部材１７の熱伝導率は板状セラミックス体２の熱伝導率より小さいことが好ましい。接触部材１７の熱伝導率が板状セラミックス体２の熱伝導率より小さければ板状セラミックス体２に載せたウェハＷ面内の温度分布を均一に加熱することができると共に、板状セラミックス体２の温度を上げたり下げたりする際に、接触部材１７との熱の伝達量が小さく有底のケース１９との熱的干渉が少なく、迅速に温度を変更することが容易となる。
接触部材１７の熱伝導率が板状セラミックス体２の熱伝導率の１０％より小さいセラミックスヒータ１では、接触部材を介して板状セラミックス体２の熱が有底のケース１９に流れ難く、雰囲気ガス（ここでは空気）による伝熱や輻射伝熱により板状セラミックス体２から有底のケース１９へ流れる熱が多くなり、逆に効果が小さい。
接触部材１７の熱伝導率が板状セラミックス体２の熱伝導率より大きい場合には、板状セラミックス体２の周辺部の熱が接触部材１７を介して有底のケース１９に流れ、有底のケース１９を加熱すると共に、板状セラミックス体２の周辺部の温度が低下しウェハＷ面内の温度差が大きくなり好ましくない。また、有底のケース１９が加熱されることからガス噴射口２４からエアーを噴射し板状セラミックス体２を冷却しようとしても有底のケース１９の温度が高いことから冷却する時間が大きくなったり、一定温度に加熱する際に一定温度になるまでの時間が大きくなったりする虞があった。
一方、前記接触部材１７を構成する材料としては、小さな接触部を保持するために、接触部材のヤング率は１ＧＰａ以上が好ましく、更に好ましくは１０ＧＰａ以上である。このようなヤング率とすることで、接触部の巾が０．１ｍｍ〜８ｍｍと小さく、板状セラミックス体２を有底のケース１９に接触部材１７を介してボルト１６で固定しても、接触部材１７が変形すること無く、板状セラミックス体２が位置ズレしたり平行度が変化したりすることなく、精度良く保持することができる。
尚、接触部材をフッ素系に樹脂やガラス繊維を添加した樹脂からなる接触部材では得られない精度を達成することができる。
前記接触部材１７の材質としては鉄とカーボンからなる炭素鋼やニッケル、マンガン、クロムを加えた特殊鋼等の金属がヤング率が大きく好ましい。また、熱伝導率の小さな材料としては、ステンレス鋼やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金の所謂コバールが好ましく、板状セラミックス体２の熱伝導率より小さくなるように接触部材１７の材料を選択することが好ましい。
更に、接触部材１７と板状セラミックス体２との接触部を小さく、且つ接触部が小さくても接触部が欠損しパーティクルを発生する虞が小さく安定な接触部を保持できるために、板状セラミックス体２に垂直な面で切断した接触部材１７の断面は多角形より円形が好ましく、断面の直径１ｍｍ以下の円形のワイヤを接触部材１７として使用すると板状セラミックス体２と有底のケース１９の位置が変化することなくウェハＷの表面温度を均一にしかも迅速に昇降温することが可能である。
次に、その他の構成について説明する。
ケース１９内に昇降自在に設置されたリフトピン２５により、ウェハＷをウェハ加熱面３上に載せたり加熱面３より持ち上げたりといった作業がなされる。そして、ウェハＷは、ウェハ支持ピン８によりウェハ加熱面３から浮かした状態で保持され、片当たり等による温度バラツキを防止するようにしている。
また、このセラミックスヒータ１によりウェハＷを加熱するには、搬送アーム（不図示）にてウェハ加熱面３の上方まで運ばれたウェハＷをリフトピン２５にて支持したあと、リフトピン２５を降下させてウェハＷをウェハ加熱面３上に載せる。
次に、給電部６に通電して抵抗発熱体５を発熱させ、板状セラミックス体２を介してウェハ加熱面３上のウェハＷを加熱するのであるが、本発明によれば、セラミックスヒータ１に板状セラミックス体２を支持する接触部材１７を介して有底のケース１９と接続していることから、板状セラミックス体２に接続した接触部材１７により板状セラミックス体２の熱が必要以上に逃げることなく運転できるので、板状セラミックス体２を有効に短時間で均熱化しウェハＷの温度を均一に加熱することができる。
さらに、板状セラミックス体２を炭化珪素質焼結体又は窒化アルミニウム質焼結体により形成してあることから、ヤング率が２００ＧＰａ以上と大きく熱を加えても変形が小さく、板厚を薄くできるため、所定の処理温度に加熱するまでの昇温時間及び所定の処理温度から室温付近に冷却するまでの冷却時間を短くすることができ、生産性を高めることができるとともに、板状セラミックス体２は６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有することから、薄い板厚でも抵抗発熱体５のジュール熱を素早く伝えることができる。
板状セラミックス体２の厚みは、１〜７ｍｍとすることが好ましい。板状セラミックス体２の厚みが１ｍｍより薄いと、板状セラミックス体２の強度がなくなり抵抗発熱体５の発熱による加熱時、ガス噴射口２４らの冷却エアーを吹き付けた際に、冷却時の熱応力に
耐えきれず、板状セラミックス体２にクラックが発生する。また、板状セラミックス体２の厚みが７ｍｍを超えると、板状セラミックス体２の熱容量が大きくなるので加熱および冷却時の温度が安定するまでの時間が長くなってしまい好ましくない。より好ましくは板状セラミックス体２の厚みは２〜５ｍｍである。
耐えきれず、板状セラミックス体２にクラックが発生する。また、板状セラミックス体２の厚みが７ｍｍを超えると、板状セラミックス体２の熱容量が大きくなるので加熱および冷却時の温度が安定するまでの時間が長くなってしまい好ましくない。より好ましくは板状セラミックス体２の厚みは２〜５ｍｍである。
このように、板状セラミックス体２の熱容量を小さくすると、有底のケース１９からの熱引きにより板状セラミックス体２の温度分布が悪くなる。そこで、有底のケース１９が板状セラミックス体２をその外周部で保持する構造としている。
また、抵抗発熱体５への給電方法については、有底のケース１９に設置した給電端子１１を板状セラミックス体２の表面に形成した給電部６にバネ（不図示）で押圧することにより接続を確保し給電する。これは、１〜７ｍｍの厚みの板状セラミックス体２に金属からなる端子部を埋設して形成すると、該端子部の熱容量により均熱性が悪くなるからである。そのため、本発明のように、給電端子１１をバネで押圧して電気的接続を確保することにより、板状セラミックス体２とその有底のケース１９の間の温度差による熱応力を緩和し、高い信頼性で電気的導通を維持できる。さらに、接点が点接触となるのを防止するため、弾性のある導体を中間層として挿入しても構わない。この中間層は単に箔状のシートを挿入するだけでも効果がある。そして、給電端子１１の給電部６側の径は、１．５〜５ｍｍとすることが好ましい。
また、板状セラミックス体２の温度は、板状セラミックス体２にその先端が埋め込まれた熱電対２７により測定する。熱電対２７としては、その応答性と保持の作業性の観点から、外径０．８ｍｍ以下のシース型の熱電対２７を使用することが好ましい。この熱電対２７の先端部は、板状セラミックス体２に孔が形成され、この中に設置された固定部材により孔の内壁面に押圧固定することが測温の信頼性を向上させるために好ましい。同様に素線の熱電対やＰｔ等の測温抵抗体を埋設して測温を行うことも可能である。
さらに、レジスト膜形成用のセラミックスヒータ１として使用する場合は、板状セラミックス体２の主成分を炭化珪素にすると、大気中の水分等と反応してガスを発生させることもないため、ウェハＷ上へのレジスト膜の貼付に用いたとしても、レジスト膜の組織に悪影響を与えることがなく、微細な配線を高密度に形成することが可能である。この際、焼結助剤に水と反応してアンモニアやアミンを形成する可能性のある窒化物を含まないようにすることが必要である。
なお、板状セラミックス体２を形成する炭化珪素質焼結体は、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）を添加したり、もしくはアルミナ（Ａｌ ２ Ｏ ３ ）イットリア（Ｙ ２ Ｏ ３ ）のような金属酸化物を添加したりして十分混合し、平板状に加工したのち、１９００〜２１００℃で焼成することにより得られる。炭化珪素は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であっても構わない。
また、板状セラミックス体２を形成する窒化アルミニウム質焼結体は、主成分の窒化アルミニウムに対し、焼結助剤としてＹ ２ Ｏ ３ やＹｂ ２ Ｏ 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を添加して十分混合し、平板状に加工した後、窒素ガス中１９００〜２１００℃で焼成することにより得られる。
さらに、板状セラミックス体２のウェハ加熱面３と反対側の主面は、ガラスや樹脂からなる絶縁層４との密着性を高める観点から、平面度２０μｍ以下、面粗さを中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ〜０．５μｍに研磨しておくことが好ましい。
一方、炭化珪素質焼結体を板状セラミックス体２として使用する場合、半導電性を有する板状セラミックス体２と抵抗発熱体５との間の絶縁を保つ絶縁層としては、ガラス又は樹脂を用いることが可能であり、ガラスを用いる場合、その厚みが１００μｍ未満では耐電圧が１．５ｋＶを下回り絶縁性が保てず、逆に厚みが４００μｍを超えると、板状セラミックス体２を形成する炭化珪素質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体との熱膨張差が大きくなり過ぎるために、クラックが発生して絶縁層として機能しなくなる。その為、絶縁層としてガラスを用いる場合、絶縁層４の厚みは１００〜４００μｍの範囲で形成することが好ましく、望ましくは２００μｍ〜３５０μｍの範囲とすることが良い。
また、板状セラミックス体２を、窒化アルミニウムを主成分とする焼結体で形成する場合は、板状セラミックス体２に対する抵抗発熱体５の密着性を向上させるために、ガラスからなる絶縁層を形成する。ただし、抵抗発熱体５の中に十分なガラスを添加し、これにより十分な密着強度が得られる場合は、省略することが可能である。
この絶縁層を形成するガラスの特性としては、結晶質又は非晶質のいずれでも良く、耐
熱温度が２００℃以上でかつ０℃〜２００℃の温度域における熱膨張係数が板状セラミックス体２を構成するセラミックスの熱膨張係数に対し−５〜＋５×１０ −７ ／℃の範囲にあるものを適宜選択して用いることが好ましい。即ち、熱膨張係数が前記範囲を外れたガラスを用いると、板状セラミックス体２を形成するセラミックスとの熱膨張差が大きくなりすぎるため、ガラスの焼付け後の冷却時においてクラックや剥離等の欠陥が生じ易いからである。
熱温度が２００℃以上でかつ０℃〜２００℃の温度域における熱膨張係数が板状セラミックス体２を構成するセラミックスの熱膨張係数に対し−５〜＋５×１０ −７ ／℃の範囲にあるものを適宜選択して用いることが好ましい。即ち、熱膨張係数が前記範囲を外れたガラスを用いると、板状セラミックス体２を形成するセラミックスとの熱膨張差が大きくなりすぎるため、ガラスの焼付け後の冷却時においてクラックや剥離等の欠陥が生じ易いからである。
なお、ガラスからなる絶縁層を板状セラミックス体２上に被着する手段としては、前記ガラスペーストを板状セラミックス体２の中心部に適量落とし、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、スプレーコーティング法等にて均一に塗布したあと、ガラスペーストを６００℃以上の温度で焼き付けすれば良い。また、絶縁層としてガラスを用いる場合、予め炭化珪素質焼結体又は窒化アルミニウム質焼結体からなる板状セラミックス体２を８５０〜１３００℃程度の温度に加熱し、絶縁層を被着する表面を酸化処理しておくことで、ガラスからなる絶縁層との密着性を高めることができる。
さらに、絶縁層上に被着する抵抗発熱体５材料としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）等の金属単体を、蒸着法やメッキ法にて直接被着するか、あるいは前記金属単体や酸化レニウム（Ｒｅ ２ Ｏ ３ ）、ランタンマンガネート（ＬａＭｎＯ ３ ）等の導電性の金属酸化物や上記金属材料を樹脂ペーストやガラスペーストに分散させたペーストを用意し、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あと焼付けして、前記導電材を樹脂やガラスから成るマトリックスで結合すれば良い。マトリックスとしてガラスを用いる場合、結晶化ガラス、非晶質ガラスのいずれでも良いが、熱サイクルによる抵抗値の変化を抑えるために結晶化ガラスを用いることが好ましい。
ただし、抵抗発熱体５材料に銀（Ａｇ）又は銅（Ｃｕ）を用いる場合、マイグレーションが発生する虞があるため、このような場合には、抵抗発熱体５を覆うように絶縁層と同一の材質からなるコート層を４０〜４００μｍ程度の厚みで被覆しておけば良い。
本発明のセラミックスヒータ１は、抵抗発熱体５に対し、給電部６において給電端子１１をロウ付けや導電性接着剤で固定して導通を確保するようにしている。給電端子１１は、抵抗発熱体５の端子部に弾性体で押圧し導通を確保しても構わない。
また、これまで、抵抗発熱体５を板状セラミックス体２の表面に形成するタイプのセラミックスヒータ１について説明してきたが、抵抗発熱体５は、板状セラミックス体２に内蔵されていても構わない。
例えば主成分が窒化アルミニウムからなる板状セラミックス体２を用いる場合、まず、抵抗発熱体５の材料としては窒化アルミニウムと同時焼成できる材料という観点から、ＷもしくはＷＣを用いる。板状セラミックス体２は、窒化アルミニウムを主成分とし焼結助剤を適宜含有する原料を十分混合したのち円盤状に成形し、その表面にＷもしくはＷＣからなるペーストを抵抗発熱体５のパターン形状にプリントし、その上に別の窒化アルミニウム成形体を重ねて密着した後、窒素ガス中１９００〜２１００℃の温度で焼成することにより得ることが出来る。
また、抵抗発熱体５からの導通は、窒化アルミニウム質基材にスルーホールを形成し、ＷもしくはＷＣからなるペーストを埋め込んだ後焼成するようにして表面に電極を引き出すようにすれば良い。また、給電部６は、ウェハＷの加熱温度が高い場合、Ａｕ、Ａｇ等の貴金属を主成分とするペーストを前記スルーホールの上に塗布し９００〜１０００℃で焼き付けることにより、内部の抵抗発熱体５の酸化を防止することができる。
まず、窒化アルミニウム粉末に対し、重量換算で１．０質量％の酸化イットリウムを添加し、さらにイソプロピルアルコールとウレタンボールを用いてボールミルにより４８時間混練することにより窒化アルミニウムのスラリーを製作した。
次に、窒化アルミニウムのスラリーを２００メッシュに通し、ウレタンボールやボールミル壁の屑を取り除いた後、防爆乾燥機にて１２０℃で２４時間乾燥した。
次いで、得られた窒化アルミニウム粉末にアクリル系のバインダーと溶媒を混合して窒化アルミニムのスリップを作製し、ドクターブレード法にて窒化アルミニムのグリーンシートを複数枚製作した。
そして、得られた窒化アルミニウムのグリーンシートを複数枚積層熱圧着にて積層体を形成した。
しかる後、積層体を非酸化性ガス気流中にて５００℃の温度で５時間脱脂を施した後、非酸化性雰囲気にて１９００℃の温度で５時間の焼成を行い板状セラミックス体を製作した。
そして、窒化アルミニウム焼結体に研削加工を施し、板厚３ｍｍとしたものと、中央部の板厚が３ｍｍで周辺部のみ環状に厚み３．５ｍｍとした直径３１５ｍｍ〜３４５ｍｍの円板状をした板状セラミックス体を複数枚製作し、更に中心から６０ｍｍの同心円上に均等に３箇所貫通孔を形成した。貫通口径は、４ｍｍとした。
次いで板状セラミックス体の上に抵抗発熱体を被着するため、導電材としてＡｕ粉末とＰｄ粉末と、バインダーを添加したガラスペーストとを混練して作製した導電体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あと、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あと、７００〜９００℃の温度で焼き付けを行うことにより、厚みが５０μｍの抵抗発熱体を形成した。抵抗発熱体のパターン配置は、中心部から放射方向に円と円環状に分割し、中心部に円形の１つにパターンを形成し、その外側の円環状の部分に２つにパターンを形成し、更にその外側に４つのパターンの計７個のパターン構成とした。そして、最外周の４つのパターンの外接円Ｃの直径を３１０ｍｍとして、板状セラミックスの直径を変えて作製した。しかるのち抵抗発熱体に給電部をロウ付けし固着させることにより、板状セラミックス体を製作した。
また、有底のケースはＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系の合金で作製し、その底面の厚みは２．０ｍｍの金属板と側壁部を構成する厚み１．０ｍｍの金属板からなり、金属板の内面や外面の
夫々をバフ研磨したり、電界研磨したりして赤外線の反射率を調整したケースを作製した。また、金属板を１００〜４００℃の酸化雰囲気で加熱処理して、表面に酸化膜を形成し赤外線の反射率を変えた後、裏面をサンドブラスト加工や研摩加工したりメッキ処理したりして表裏面の赤外線の反射率を調整した。そして、底面に、ガス噴射口、熱電対、導通端子を所定の位置に取り付けた。また、底面から板状セラミックス体までの距離は２０ｍｍとした。
夫々をバフ研磨したり、電界研磨したりして赤外線の反射率を調整したケースを作製した。また、金属板を１００〜４００℃の酸化雰囲気で加熱処理して、表面に酸化膜を形成し赤外線の反射率を変えた後、裏面をサンドブラスト加工や研摩加工したりメッキ処理したりして表裏面の赤外線の反射率を調整した。そして、底面に、ガス噴射口、熱電対、導通端子を所定の位置に取り付けた。また、底面から板状セラミックス体までの距離は２０ｍｍとした。
その後、前記有底のケースの開口部に、板状セラミックス体を重ね、その外周部にボルトを貫通させ、板状セラミックス体と有底のケースが直接当たらないように、リング状の接触部材を介在させ、接触部材側より弾性体を介在させてナットを螺着することにより弾性的に固定してセラミックスヒータとした。
また、板状セラミックス体の周辺部下面を支持する支持構造Ａと、板状セラミックス体の外周端面を支持する支持構造Ｂとの２つの構造でセラミックスヒータを作製した。尚、支持構造Ａでは、板状セラミックス体の直径とケースの外形である直径を同じとした。
尚、接触部材の断面は円形状で、リング状とした。円形状の断面の大きさは、直径１ｍｍとした。また、接触部材の材質はＳＵＳ３０４、炭素鋼を用いた。作製した各種のセラミックスヒータを試料Ｎｏ.１〜１５とした。
作製したセラミックスヒータの評価は、測温抵抗体が２９箇所に埋設された直径３００ｍｍの測温用ウェハを用いて行った。夫々のセラミックスヒータに電源を取り付け２５℃から２００℃まで５分間でウェハＷを昇温し、ウェハＷの温度を２００℃に設定してからウェハＷの平均温度が２００℃±０．５℃の範囲で一定となるまで加熱しその後１０分間温度を保持した。そして、セラミックスヒータを加熱したまま、ウェハＷをリフトピンで持ち上げ室温の２５℃に冷却した後、ウェハＷをウェハ加熱面に載せ、ウェハＷ面内の平均温度が２００℃となるまでのウェハＷ各部の温度を測定し、時間軸に対するウェハＷ面内の最大温度と最小温度の差を求め、過渡時のウェハの温度差とした。また、ウェハＷを載せ、平均温度が２００℃となるまでの時間を応答時間として測定した。また、セラミックスヒータを３０℃から２００℃に５分で昇温し５分間保持した後、３０分間冷却する温度サイクルを１０００サイクル繰り返した後、室温から２００℃に設定し１０分後のウェハ温度の最大値と最小値の差をウェハＷの定常時の温度差として測定した。
それぞれの結果は表１に示す通りである。
表１の試料Ｎｏ．１は、ケース内面の赤外線の反射率が７０％を下回り５０％と小さすぎることからウェハの定常時の温度差は０．９１℃と大きく、特に応答時間が５７秒と大きく好ましくなかった。
また、試料Ｎｏ.１５はケース内面の赤外線の反射率が６８％と小さくウェハの定常時の温度差は０．８３℃と大きく、応答時間も４８秒と大きく好ましくなかった。
これらに対し、試料Ｎｏ.２〜１４はウェハの面内の温度差が０．４５℃以下と小さく、しかも応答時間も２８秒以下と小さく優れていることから、ケースの内面の赤外線の反射率が７０％以上のセラミックスヒータは優れた特性を示すことが分った。
また、試料Ｎｏ．３はケースの内面の赤外線の反射率が８５％でケースの外面の赤外線の反射率が８５％と同等であることから定常時のウェハの温度差が０．４５℃とやや大きく、過渡時のウェハの温度差も５．２３℃と大きかった。
それに対し、試料Ｎｏ．２、４〜１４はケースの内面の赤外線の反射率が外面の赤外線の反射率より大きいことから、定常時のウェハの温度差が０．３９℃以下と小さくより優れた特性を示すことが分かった。
また、ケースのＦｅ含有量が７５．７質量％を超える試料Ｎｏ．２〜１４は定常時のウェハの温度差が０．４５℃以下で過渡時のウェハの温度差も４．７１℃以下と小さく優れた特性を示すことが分かった。
一方、試料Ｎｏ．１、１５はＦｅ含有量が７５．９質量％、７６質量％と大きく定常時のウェハの温度差が０．９１、０．８３℃と大きく、過渡時のウェハの温度差も５．８５、５．７８℃と大きく好ましくなかった。
また、質量％でＣｒ：１６〜２６％、Ｎｉ：８〜２２％、Ｃ：０．２％以下、Ｎ：０．１％以下、残部がＦｅと不可避成分からなる試料Ｎｏ．２〜１４のセラミックスヒータが優れた特性を示すことが分かった。
更に、ケース内面の表面粗さが５μｍ以下であると更に優れた特性を示すことが分かった。
また、試料Ｎｏ．４、５、７のようにケース内面に反射層として、ＡｇやＡｕ、Ｐｔ等の貴金属を形成すると赤外線の反射率が大きくなり定常時のウェハの温度差が０．３５℃以下と小さく更に優れた特性を示すことが分かった。
また、試料Ｎｏ．２〜８のように板状セラミックス体の周辺の下面を支えるようにリング状に接触部材が接続すると定常時のウェハの温度差や過渡時のウェハの温度差が小さい好ましい特性が得られることが分かった。
一方、試料Ｎｏ．９〜１４のように板状セラミックス体の周辺の端面を囲むように接触部材が接続すると板状セラミックス体の外形がやや小さく好ましい特性のセラミックスヒータが得られることが分かった。
また、試料Ｎｏ．２〜１４のように抵抗発熱体の外接円の直径が板状セラミックス体の直径の９０〜９９％であると定常時のウェハの温度差が０．４５℃以下と小さく、過渡時のウェハの温度差も４．７１℃以下と小さく好ましい特性が得られることが分かった。
更に、試料Ｎｏ．３〜７のように、抵抗発熱体の外接円の直径が板状セラミックス体の直径の９２〜９５％であると定常時のウェハの温度差が０．３８℃以下と小さく、過渡時のウェハの温度差も４．３４℃以下と小さく好ましい特性が得られることが分かった。
更に、試料Ｎｏ．９〜１３のように、抵抗発熱体の外接円の直径が板状セラミックス体の直径の９５〜９８％であると定常時のウェハの温度差が０．３３℃以下と小さく、過渡時のウェハの温度差も４．３３℃以下と小さく好ましい特性が得られることが分かった。
また、試料Ｎｏ．８、１３のように非加熱領域の厚みを３．５ｍｍとしたものは、試料Ｎｏ．７、１２のように非加熱領域の厚みを３ｍｍとしたものより過渡時のウェハの温度差が４．２３℃から３．４６℃へ、４．１９℃から３．３８℃と小さくなり更に好ましいことが分かった。
実施例１と同様に板状セラミックス体を製作した。
そして、窒化アルミニウム焼結体に研削加工を施し、板厚３ｍｍ、直径２１０ｍｍ〜３３０ｍｍの円盤状をした板状セラミックス体２を複数枚製作し、更に中心から６０ｍｍの同心円上に均等に３箇所貫通孔を形成した。貫通口径は、４ｍｍとした。
次いで板状セラミックス体２の上に抵抗発熱体５を被着するため、導電材としてＡｕ粉末とＰｄ粉末と、前記同様の組成からなるバインダーを添加したガラスペーストを混練して作製した導電体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あと、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あと、７００〜９００℃の温度で焼き付けを行うことにより、厚みが５０μｍの抵抗発熱体５を形成した。
抵抗発熱体ゾーン４の配置は、中心部に円形の１つに抵抗発熱体ゾーンを形成し、その外側に円環を同等の２つの抵抗発熱体ゾーンに分割し、その外側に円環を４つの抵抗発熱体ゾーンに分割した計７個の抵抗発熱体ゾーン構成とした。そして、最外周の４つの抵抗発熱体ゾーンの外接円Ｃの直径を２０５〜３１０ｍｍとした試料を作製した。しかるのち抵抗発熱体５に給電部６をロウ付けし固着させることにより、板状セラミックス体２を製作した。
また、有底の金属ケースはＡｌ、Ａｌ合金、銅、鋼、ステンレスからなり、ケースの底面の厚みと側壁部を構成する厚みを変えた金属ケースを作製した。そして金属ケースの底面に、ガス噴射用のノズル、熱電対、導通端子を所定の位置に取り付けた。また、底面から板状セラミックス体までの距離は２５ｍｍとした。
その後、前記有底の金属ケースの開口部に、板状セラミックス体を重ね、その外周部にボルトを貫通させ、板状セラミックス体と有底の金属ケースが直接当たらないように、リング状の接触部材を介在させ、接触部材側より弾性体を介在させてナットを螺着することにより弾性的に固定することによりセラミックスヒータとした。
また、板状セラミックス体の周辺部下面を支持する支持構造Ａと、板状セラミックス体の外周面を支持する支持構造Ｂとの２つの構造でセラミックスヒータを作製した。尚、支持構造Ａでは、板状セラミックス体の直径と金属ケースの外形を示す直径を同じとした。
尚、接触部材１７の断面は円形状で、リング状とした。円形状の断面の大きさは、直径１ｍｍとした。また、接触部材の材質はＳＵＳ３０４、炭素鋼を用いた。作製した各種のセラミックスヒータを試料Ｎｏ.２１〜３３とした。
作製したセラミックスヒータは、実施例１と同様に評価した。
それぞれの結果は、表２に示す通りである。
本願発明のセラミックスヒータ１の金属ケースの熱容量が、板状セラミックス体の熱容量の０．５〜３倍である試料Ｎｏ．２１、２３〜２７、２９〜３３は定常時のウェハの温度差が０．３９℃以下と小さく、過渡時のウェハの温度差も４．０３℃以下と小さく、且つ応答時間は２９秒以下と優れた特性を示すことが分った。
これに対し、金属ケースの熱容量が板状セラミックス体の熱容量の０．１８倍である試料Ｎｏ．２２は応答時間は４３秒と大きく、定常時のウェハの温度差は０．４６℃とやや大きく、過渡時のウェハの温度差が４．５３℃とやや大きかった。
また、金属ケースの熱容量が板状セラミックス体の熱容量の３．４倍である試料Ｎｏ．２８は応答時間は４２秒と大きく、定常時のウェハの温度差は０．４９℃とやや大きく、過渡時のウェハの温度差は４．６７℃とやや大きかった。
従って、セラミックスヒータ１の金属ケースの熱容量が、板状セラミックス体の熱容量の０．５〜３倍であるとより優れた特性を示すことが分った。
実施例１と同様に板状セラミックス体を作製し、金属製のケースを作製し、金属製のケースの厚みを変えてケースの表面積Ｓとケースの体積Ｖとの比率Ｓ／Ｖを変えてセラミックスヒータを作製した。
そして、実施例１と同様に評価した。
その結果を表３に示す。
ケースの表面積Ｓとケースの体積Ｖとの比率Ｓ／Ｖが５〜５０（１／ｃｍ）である試料Ｎｏ．３５〜３７、３９〜４３は定常時のウェハの温度差が０．３４℃以下であり、過渡時のウェハの温度差も３．５３℃以下と小さく更に応答時間は２８秒以下と小さく好ましかった。
従って、ケースの表面積Ｓとケースの体積Ｖとの比率Ｓ／Ｖが５〜５０（１／ｃｍ）であることが好ましいことが分った。
また、ケースの表面積Ｓとケースの体積Ｖとの比率Ｓ／Ｖが１０〜２０（１／ｃｍ）である試料Ｎｏ．３５〜３６、４０〜４２は定常時のウェハの温度差が０．３０℃以下であり、過渡時のウェハの温度差は３．２２℃以下と小さく、更に応答時間が２６秒以下と小さく更に好ましかった。
実施例１と同様の方法で板状セラミックス体を作製した。前記の支持構造Ａは試料Ｎｏ．４に準じて作製し、支持構造Ｂは試料Ｎｏ．１２に準じて作製した。また、板状セラミックス体の厚みは２ｍｍまたは３ｍｍとした。また、図３に示す対向間隔Ｓを２〜１７ｍｍまで調整したセラミックスヒータを作製し、実施例１と同様に評価した。
その結果を表４に示す。
抵抗発熱体の対向間隔Ｓが板状セラミックス体の厚みの５倍以下である試料Ｎｏ．５２、５４〜５７は定常時のウェハＷ面内の温度差が０．３０℃以下と小さくしかも過渡時のウェハ面内の温度差が３．３℃以下と小さく好ましいことが分かった。支持構造Ａの応答時間は、試料Ｎｏ．５１の２７秒から試料Ｎｏ．５２の２４秒に小さくなり、支持構造Ｂの応答時間は、試料Ｎｏ．５３の２２秒から試料Ｎｏ．５４〜５７のように２１秒以下と小さく好ましいことが分かった。
実施例１と同様に板状セラミックス体２を作製し焼結体の表裏面を研削加工しφ３２０ｍｍで厚み３ｍｍの円板状の板状セラミック体２を得た。そして、この板状セラミック体２の他方の主面に金属銀５０質量％含み、Ｂ ２ Ｏ ３ ・ＳｉＯ ２ ・ＺｎＯガラス（熱膨張係数４．４×１０ −６ ／℃）を５０質量％含む粉体に溶剤を添加しペーストを作製した。
そして、板状セラミック体２の他方の主面に帯状の抵抗発熱体５の形状に上記ペーストを２０μｍの厚みでスクリーン印刷法で印刷し、帯状の抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃに対し、上記帯状の抵抗発熱体５の占める面積の比率を変えてセラミックスヒータを作製した。そして、実施例１と同様に評価した。その結果を表５に示す。
試料Ｎｏ.６２から６９に示す様に、帯状の抵抗発熱体５の外接円Ｃに対して、帯状の
抵抗発熱体５の占める面積の比率が５〜５０％の試料は、ウェハＷの面内温度差が０．２９℃以下と小さく、さらに好ましいことが分る。しかし、試料Ｎｏ.６１のように、帯状
の抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃに対し、上記帯状の抵抗発熱体５の占める面積の比率が５％を下回る試料はウェハＷ面内の温度差が０．３５℃とやや大きかった。更に、試料Ｎｏ.７０は帯状の抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃに対し、上記帯状の抵抗発熱体５の占める面
積の比率が５０％を超えることからウェハＷの一部に温度の高いホットエリヤが現れウェハＷの面内温度差が０．３８℃と大きくなった。従って、帯状の抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃに対し、上記帯状の抵抗発熱体５の占める面積の比率は５〜５０％が好ましいことが分かった。
抵抗発熱体５の占める面積の比率が５〜５０％の試料は、ウェハＷの面内温度差が０．２９℃以下と小さく、さらに好ましいことが分る。しかし、試料Ｎｏ.６１のように、帯状
の抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃに対し、上記帯状の抵抗発熱体５の占める面積の比率が５％を下回る試料はウェハＷ面内の温度差が０．３５℃とやや大きかった。更に、試料Ｎｏ.７０は帯状の抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃに対し、上記帯状の抵抗発熱体５の占める面
積の比率が５０％を超えることからウェハＷの一部に温度の高いホットエリヤが現れウェハＷの面内温度差が０．３８℃と大きくなった。従って、帯状の抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃに対し、上記帯状の抵抗発熱体５の占める面積の比率は５〜５０％が好ましいことが分かった。
また、試料Ｎｏ.６３〜６７のウェハ面内の温度差は０．２４℃以内と小さく、帯状の抵抗発熱体５の占める面積の比率が１０〜３０％が更に好ましいことが分かった。
また、試料Ｎｏ.６４〜６６のウェハ面内の温度差が０．１９℃以内と小さく、帯状の抵抗発熱体５の占める面積の比率が１５〜２５％であると最も好ましいことが分った。
実施例１の試料Ｎｏ．３の構成に準じてセラミックスヒータ１を作製した。また、有底のケース１９の開口部に、板状セラミックス体２を重ね、その外周部にボルトを貫通させ、板状セラミックス体２と有底のケース１９が直接当たらないように、リング状の接触部材１７を介在させ、接触部材１７側より弾性体を介在させてナットを螺着し弾性的に固定することによりセラミックスヒータ１とした。接触部材１７の断面は台形状で、板状セラミックス体２の周辺部を支持するリング状とした。台形状の断面の大きさは、下辺が４ｍｍで高さ２ｍｍとし上辺は０．０５〜４ｍｍと、下辺が１５ｍｍで高さ２ｍｍで上辺を８〜１５ｍｍとした接触部材１７をそれぞれのセラミックスヒータに取り付けた。また、接触部材１７の材質はＳＵＳ３０４、炭素鋼を用いた。作製した各種のセラミックスヒータ１を試料Ｎｏ.７１〜７９とした。
評価は、実施例１と同様に評価した。
それぞれの結果は表６に示す通りである。
表４から判るように、試料Ｎｏ．７１は、接触部材１７と板状セラミックス体２との接触部の巾が０．０５ｍｍと小さく応答時間やウェハの温度差は小さかったが、使用中に接触部材のエッジからと思われるパーティクルが発生し使用できなかった。また、試料Ｎｏ.７９は接触部材の接触部の巾が１５ｍｍと大きくウェハの温度差が０．３４℃と大きく、ウェハを均一に加熱するセラミックスヒータとしてやや劣った特性を示した。
これらに対し、試料Ｎｏ．７２〜７８は接触部材と板状セラミックス体との接触部の巾が０．１〜１３ｍｍの範囲にあり、ウェハの温度差は０．２４℃以下であり、応答時間も２５秒以下と小さく好ましい特性を示した。
更に、過渡時のウェハの温度差は試料Ｎｏ．７１を除き、接触部の幅が小さいほど過渡時のウェハの温度差は小さくなり、接触部材１７が板状セラミックス体２と接触する部分である接触部の幅が０．１ｍｍ〜１３ｍｍである試料Ｎｏ．７２〜７８は過渡時のウェハの温度差が３．３１℃以下と小さく好ましい事が分かった。
従って、接触部材を板状セラミックス体に垂直な面で切断した断面において、板状セラミックス体と接触する接触部の巾は０．１〜１３ｍｍであることが好ましいことが判明した。
実施例１と同様の工程で酸化イットリウムの添加量を０．１〜５質量％の範囲で変化させて熱伝導率を変えた板状セラミックス体２を作製した。また、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４０３、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（コバール）、炭素鋼、アルミニウムを用いて板状セラミックス体２と接触する接触部の巾が２ｍｍの接触部材１７を作製した。そして、板状セラミックス体２の熱伝導率と接触部材１７の熱伝導率の比が１〜１２８％となるように板状セラミックス体２と接触部材１７を組み合わせ板状セラミックス体２に上記接触部材１７を介してアルミニウム製の有底のケース１９を取り付けセラミックスヒータ１を作製した。
尚、試料Ｎｏ．８１〜８８は金属製の接触部材１７を用い、有底のケース１９は直径３３０ｍｍで側壁部の板厚が１．０ｍｍ、底面の板厚が２．０ｍｍとし、深さは３０ｍｍとした。また、試料Ｎｏ．８９、９０は樹脂製の接触部材１７でヤング率が１ＧＰａを下回ることから台形状の接触部材１７の変形が大きくセラミックスヒータとして使用した場合の寿命が短い虞があったことから、図５４に示すように板状セラミックス体２の外周部を覆う構造とし、有底のケースは直径３４０ｍｍで側壁部の厚み１．０ｍｍ、底面の厚み２．０ｍｍとし、深さは３０ｍｍとした。
そして、実施例１と同様に評価した。
その結果を表７に示す。
接触部材１７としてＳＵＳ３０４、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、ＳＵＳ４０３、炭素鋼を用い、熱伝導率の異なる窒化アルミニウムと組み合わせ、接触部材１７の熱伝導率が板状セラミックス体の熱伝導率より小さい試料Ｎｏ．８１〜８７、８９、９０のセラミックスヒータは応答時間が２７秒以内でしかも定常時のウェハの温度差も０．２９℃以下と優れた特性を示すことが分かった。
しかし、試料Ｎｏ．８８は接触部材１７の熱伝導率が板状セラミックス体より大きく、応答時間が２９秒とやや大きく、しかもウェハの温度差が０．３４℃と比較的大きかった。
また、試料Ｎｏ．８９やＮｏ．９０のように接触部材１７を樹脂で作製したセラミックスヒータは応答時間はそれぞれ２６秒、２７秒とやや大きく、定常時のウェハの温度差が０．２９、０．２８℃とやや大きくかった。樹脂製の接触部材は温度の繰り返しサイクルで変形するため定常時のウェハの温度差が大きくなると考えられる。
従って、接触部材の熱伝導率は板状セラミックス体の熱伝導率より小さいセラミックスヒータは応答特性やウェハの温度差が小さく優れた特性を示すことが分った。
また、接触部材の熱伝導率は板状セラミックス体の熱伝導率の１７〜７０％のセラミックスヒータは定常時のウェハの温度差が０．２５℃以下と小さく更に優れた特性を示すことが分った。
実施例１と同様の方法でヤング率３００ＧＰａの窒化アルミニウム製の板状セラミックス体２を作製した。また、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４０３、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（コバール）、炭素鋼、アルミニウム、錫、錫鉛合金を用いて板状セラミックス体２と接触する接触部材１７の接触部の巾が０．１ｍｍでヤング率の異なる接触部材１７を作製した。そして、板状セラミックス体２に上記接触部材１７を介して実施例１と同様にアルミニウム製の有底のケースを取り付けセラミックスヒータを作製した。
そして、実施例１と同様に評価した。
その結果を表８に示す。
ヤング率が１ＧＰａ以上の接触部材１７からなる試料Ｎｏ．９１〜９７のセラミックスヒータは、応答時間が２６秒以下と小さく、しかも定常時のウェハの温度差も０．２８℃以下小さく好ましい特性を示すことが分った。
しかし、試料Ｎｏ．９８のフッ素樹脂や繊維入り樹脂からなるセラミックスヒータは応答時間がそれぞれ２９秒と大きく、しかも定常時のウェハの温度差が０．４９℃とやや大きかった。
従って、接触部材１７のヤング率は１ＧＰａ以上で板状セラミックス体２より小さいセラミックスヒータが好ましいことが判明した。
実施例１と同様に板状セラミックス体２を作製した。また、接触部材１７として炭素鋼で断面が台形のセラミックスヒータ１と、炭素鋼製の接触部材１７で断面が円形の接触部材１７を作製し、板状セラミックス体２に上記接触部材１７を介してアルミニウム製の有底のケース１９を取り付けセラミックスヒータ１を作製した。
そして、実施例１と同様に評価した。その結果を表９に示す。
試料Ｎｏ．１０１、１０２の接触部材が台形のセラミックスヒータは応答時間が２４、２３秒で、定常時のウェハの温度差が０．２８℃であったが、図６に示す構造の試料Ｎｏ．１０３、１０４のように接触部材１７の断面が円形であるものは応答時間が２０秒、１９秒と小さく、ウェハの温度差も０．１８℃、０．１５℃と小さく好ましいことが分った。
特に、試料Ｎｏ．１０４のように接触部材の断面が円形で断面の直径が１ｍｍ以下のセラミックスヒータは応答時間が１９秒で且つウェハの温度差が０．１５℃と極めて優れた特性を示すことが分った。
１、７１：セラミックスヒータ
２、７２：板状セラミックス体
３、７３：載置面
５、７５：抵抗発熱体
６：給電部
８：支持ピン
１０：ガイド部材
１１、７７：給電端子
１６：ボルト
１７：接触部材
１８：弾性体
２０：ナット
２１：底面
２３：排出孔
２４：ガス噴射口
２５：ウェハリフトピン
２６：貫通孔
２７：熱電対
２８：ガイド部材
２９、７９：ケース
Ｗ：半導体ウェハ
２、７２：板状セラミックス体
３、７３：載置面
５、７５：抵抗発熱体
６：給電部
８：支持ピン
１０：ガイド部材
１１、７７：給電端子
１６：ボルト
１７：接触部材
１８：弾性体
２０：ナット
２１：底面
２３：排出孔
２４：ガス噴射口
２５：ウェハリフトピン
２６：貫通孔
２７：熱電対
２８：ガイド部材
２９、７９：ケース
Ｗ：半導体ウェハ
Claims (21)
- 板状セラミックス体の一方の主面に抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハ加熱面を備えたヒータ部と、前記抵抗発熱体に電力を供給する給電端子と、該給電端子を包むように板状セラミックス体と接続した有底のケースと、前記板状セラミック体の周辺部をリング状に支持して前記ケースと接続する接触部材と、前記板状セラミックス体の周囲で前記抵抗発熱体の外接円の外側に前記抵抗発熱体の存在しない非発熱領域を設け、前記ケースに前記板状セラミックス体を冷却するガスを噴出するノズルとを備え、前記ケースの内面の赤外線の反射率が７０％以上であり、前記非発熱領域の厚みが前記板状セラミック体の中央部の厚みより大きいことを特徴とするセラミックスヒータ。
- 前記ケースの内面の赤外線の反射率はその外面の赤外線の反射率より大きいことを特徴とする請求項１に記載のセラミックスヒータ。
- 前記ケースは金属からなり、Ｆｅを７５．７質量％以上含むことを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックスヒータ。
- 前記ケースは金属からなり、質量％でＣｒ：１６〜２６％、Ｎｉ：８〜２２％、Ｃ：０．２％以下、Ｎ：０．１％以下、残部がＦｅと不可避成分からなることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックスヒータ。
- 前記ケースの表面粗さＲａが５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のセラミックスヒータ。
- 前記ケースの内面に赤外線の反射層を形成したことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のセラミックスヒータ。
- 前記反射層がＡｇまたはＡｕ、Ｐｔ等の貴金属層であることを特徴とする請求項６に記載のセラミックスヒータ。
- 前記板状セラミックス体の周辺の下面を支えるようにリング状に前記接触部材が接続していることを特徴とする請求項１〜７の何れか一つに記載のセラミックスヒータ。
- 前記板状セラミックス体の周辺の端面を囲むように前記接触部材が接続していることを
特徴とする請求項１〜７の何れか一つに記載のセラミックスヒータ。 - 前記抵抗発熱体の外接円の直径が前記板状セラミックス体の直径の９０〜９９％であることを特徴とする請求項１〜９の何れか一つに記載のセラミックスヒータ。
- 前記抵抗発熱体の外接円の直径が前記板状セラミックス体の直径の９２〜９５％であることを特徴とする請求項１０に記載のセラミックスヒータ。
- 前記抵抗発熱体の外接円の直径が前記板状セラミックス体の直径の９５〜９８％であることを特徴とする請求項１０に記載のセラミックスヒータ。
- 前記ケースの熱容量が、前記板状セラミックス体の熱容量の０．５〜３．０倍であることを特徴とする請求項１〜１２の何れかに記載のセラミックスヒータ。
- 前記ケースの表面積Ｓ（ｃｍ ２ ）と前記ケースの体積Ｖ（ｃｍ ３ ）との比率Ｓ／Ｖが５〜５０（１／ｃｍ）であることを特徴とする請求項１〜１３の何れかに記載のセラミックスヒータ。
- 前記抵抗発熱体の対向間隔Ｓが前記板状セラミックス体の厚みの５倍以下であることを特徴とする請求項１〜１４の何れかに記載のセラミックスヒータ。
- 前記板状セラミックス体の厚みが１〜７ｍｍで、前記抵抗発熱体の外接円の面積に対する抵抗発熱体の面積の比率が５〜５０％であることを特徴とする請求項１〜１５の何れかに記載のセラミックスヒータ。
- 前記接触部材が前記板状セラミックス体と接する巾が０．１〜１３ｍｍであることを特徴とする請求項１〜１６の何れかに記載のセラミックスヒータ。
- 前記接触部材の熱伝導率が前記板状セラミックス体の熱伝導率より小さいことを特徴とする請求項１〜１７の何れかに記載のセラミックスヒータ。
- 前記接触部材のヤング率が１ＧＰａ以上で、前記板状セラミックス体のヤング率より小さいことを特徴とする請求項１〜１８の何れかに記載のセラミックスヒータ。
- 前記接触部材の断面が円形状であることを特徴とする請求項１〜１９の何れかに記載のセラミックスヒータ。
- 前記接触部材の直径が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２０に記載のセラミックスヒータ。
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