(57)【要約】【課題】  セラミック基板をヒータの基材とし、温度制御性が良いとともに、耐酸化性等の耐久性の優れた、抵抗発熱体を備えたセラミックヒータを提供すること。【解決手段】  セラミック基板上に、１または２以上の回路からなる抵抗発熱体か配設され、該抵抗発熱体に絶縁性被覆体が設けられてなることを特徴とするセラミックヒータ。【選択図】      図２
2004214216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板表面に１または２以上の回路からなる抵抗発熱体が配設され、該抵抗発熱体に絶縁性被覆体が設けられてなることを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】
前記絶縁性被覆体は、前記回路が形成された部分を含む領域一帯に設けられている請求項１に記載のセラミックヒータ。
【請求項３】
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または２に記載のセラミックヒータ。
【請求項４】
前記絶縁性被覆体は、酸化物ガラスからなる請求項１〜３のいずれか１に記載のセラミックヒータ。
【請求項５】
前記絶縁性被覆体は、耐熱性樹脂材料からなる請求項１〜３のいずれか１に記載のセラミックヒータ。
【請求項６】
前記耐熱性樹脂材料は、ポリイミド系樹脂およびシリコーン系樹脂から選ばれる１種以上である請求項５記載のセラミックヒータ。
【請求項７】
前記抵抗発熱体が形成された側の反対側が加熱面である請求項１〜６のいずれか１に記載のセラミックヒータ。
【請求項８】
前記絶縁性被覆体は、２以上の回路からなる抵抗発熱体を一体的に被覆する請求項１〜７のいずれか１に記載のセラミックヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として半導体産業において使用される半導体の製造または検査用のセラミックヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体応用製品は、種々の産業において必要とされる極めて重要な製品であり、その代表的製品である半導体チップは、例えば、シリコン単結晶を所定の厚さにスライスしてシリコンウエハを作製した後、このシリコンウエハ上に種々の回路等を形成することにより製造される。
【０００３】
この種々の回路等を形成するには、シリコンウエハ上に、感光性樹脂を塗布し、これを露光、現像処理した後、ポストキュアさせたり、スパッタリングにより導体層を形成する必要がある。このためには、シリコンウエハを加熱する必要があった。
【０００４】
かかるシリコンウエハ等の半導体ウエハをヒータ上に載置して加熱するためのこの種のヒータとしては、従来、アルミニウム製の基板の裏面側に電気的抵抗体等の抵抗発熱体を備えたものが多用されていたが、アルミニウム製の基板は、厚さ１５ｍｍ程度を要するので、重量が大きくて嵩張るため取扱いの便が必ずしも良好でないばかりか、通電電流に対する温度追従性という点での温度制御性が不充分であり、半導体ウエハを均一に加熱することも容易ではなかった。
【０００５】
また、かかる半導体製造装置で用いるヒータは、抵抗発熱体の表面が、半導体製造装置の使用の際に光熱や処理ガス等の影響を受けやすいので、抵抗発熱体表面の酸化に対する耐久性が要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、セラミック基板をヒータの基材とし、温度制御性が良好であるとともに、耐酸化性等の耐久性に優れた、抵抗発熱体を備えたセラミックヒータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のセラミックヒータは、セラミック基板上に１または２以上の回路からなる抵抗発熱体が配設され、該抵抗発熱体に絶縁性被覆体が設けられてなることを特徴とするものである。
【０００８】
上記セラミックヒータにおいては、抵抗発熱体の表面にメッキ等により金属被膜を形成する代わりに、絶縁性被覆体が設けられているので、抵抗発熱体に３０〜３００Ｖ程度の通電を行った際、抵抗発熱体の表面に電流が流れてしまうという不都合が発生することはなく、この絶縁性被覆体により抵抗発熱体を保護することができる。また、通電により、抵抗発熱体の表面の温度が上昇した場合にも、抵抗発熱体が絶縁性被覆体により被覆されているため、酸化しにくく、抵抗発熱体の抵抗の変化等を防止することができる。
【０００９】
上記絶縁性被覆体が、上記回路が形成された部分を含む領域一帯に、特に、２以上の回路からなる抵抗発熱体を一体的に被覆して設けられた場合には、上記した効果を奏するとともに、抵抗発熱体を構成する金属（例えば、銀等）のマイグレーションにより、抵抗発熱体に短絡等が発生するのを防止することができる。また、上記領域に絶縁性被覆体を形成する際にも、上記回路が形成された部分を含む領域一帯に、スクリーン印刷等により容易に被覆層を形成することができるため、被覆コストが削減され、安価なヒータとなる。
【００１０】
本発明のセラミックヒータを構成するセラミック基板は、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックからなることが好ましい。窒化物セラミック、炭化物セラミックは、抵抗発熱体の発熱を伝導する熱伝導性が優れており、しかも半導体製造装置内での処理ガスに対する耐蝕性が優れているので、ヒータ用基板に好適であるからである。
【００１１】
本発明のセラミックヒータでは、上記絶縁性被覆体を酸化物ガラスにより構成することができる。これらの用途に適用できる酸化物ガラスは、セラミック基板および抵抗発熱体に対する密着強度が大きく、化学的に安定であり、しかも電気絶縁性が良好であるからである。
【００１２】
また、本発明のセラミックヒータでは、上記絶縁性被覆体を耐熱性樹脂材料により構成することができる。これらの用途に適用できる耐熱性樹脂材料も、セラミック基板および抵抗発熱体に対する密着強度が大きく、電気絶縁性が良好であり、比較的低温で形成することができるからである。尚、耐熱性とは、１５０℃以上で使用可能であることをいう。
【００１３】
上記耐熱性樹脂材料としては、ポリイミド系樹脂またはシリコーン系樹脂のうち少なくとも１種を選択することができる。
【００１４】
また、本発明のセラミックヒータでは、抵抗発熱体が形成された側の反対側が加熱面であり、この加熱面側で半導体ウエハを処理することが望ましい。抵抗発熱体で発生した熱は、セラミック基板を伝搬するうちに拡散するため、抵抗発熱体パターンに相似した温度分布が発生しにくくなり、加熱面の均熱性を確保することができるからである。
半導体ウエハは、加熱面に載置してもよく、支持ピン等により加熱面から５０〜２００μｍ程度離間させて保持して加熱してもよい。
なお、特開平６−１３１６１号公報には、セラミック基板を樹脂で被覆した構造が開示されているが、この公報では、発熱体上に被加熱物を載置するものであり、本発明とは全く思想を異にする。
【００１５】
また、特許第２７２４０７５号には、窒化アルミニウム質焼結体の表面にアルコキシドと金属粉末とガラス粉末とを被着して焼成することで、上記窒化アルミニウム質焼結体の表面に金属層を被着させる方法が開示されているが、この特許は、半導体パッケージに関するもので、本発明のようなセラミックヒータに関するものではなく、本発明の新規性が阻害されることはない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るセラミックヒータは、抵抗変化率が小さく、温度制御性に優れる。また、半導体製造装置内での反応性ガスに対する耐腐食性も優れ、しかも絶縁性被覆体が絶縁体であるため、抵抗発熱体の抵抗値を高くすることもでき、中温用、高温用のヒータとして使用することができる。
また、抵抗発熱体が形成された部分を含む所定の領域一帯に絶縁性被覆体を形成した場合には、上記した効果を奏するとともに、銀等の金属のマイグレーションを防止することができる。また、被覆が容易であるため、絶縁性被覆体を形成するコストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明のセラミックヒータの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、本発明のセラミックヒータの一実施形態を模式的に示した底面図であり、図２は、上記セラミックヒータの部分拡大断面図である。
このセラミックヒータ１０は、絶縁性の窒化物セラミックまたは炭化物セラミックからなる板状のセラミック基板１１を用い、このセラミック基板１１の一主面に略線条状の抵抗発熱体１２を、例えば、図１に示した同心円形状に配設することにより、回路を形成し、他の主面（以下、加熱面という）１１ａにシリコンウエハ１９等の被加熱物を載置し、または、加熱面１１ａより一定の距離で離間させた状態で保持し、加熱するように構成されている。
【００１９】
図２に示すように、このセラミック基板１１の中央に近い部分には貫通孔１５が形成され、この貫通孔１５にリフターピン１６が挿通されてシリコンウエハ１９が支持されるようになっている。また、底面１１ｂには、熱電対等の温度測定素子を挿入するための有底孔１４が形成されている。
【００２０】
このセラミックヒータ１０においては、図２に示したように、この抵抗発熱体１２の表面部分に、所定の厚さからなる絶縁性被覆体１７を設けることにより、耐酸化性等の耐久性を向上させているのである。なお、このセラミックヒータ１０では、抵抗発熱体１２の端部に外部端子１３が接続され、この外部端子１３の一部にも絶縁性被覆体１７が形成されているが、これは、通常、抵抗発熱体１２の端部に外部端子１３を接続した後、絶縁性被覆体１７を形成した場合である。
【００２１】
外部端子１３を接続する前に絶縁性被覆体１７を形成する場合には、外部端子１３を接続する部分に絶縁性被覆体１７を設けることができない。従って、この場合には、外部端子１３が接続されている部分には、通常、絶縁性被覆体１７が形成されていない。但し、外部端子１３を接続した後、再度被覆を行い、外部端子１３が接続された部分に絶縁性被覆体１７を形成してもよい。
【００２２】
従来、抵抗発熱体をセラミック基板表面に形成したセラミックヒータでは、抵抗発熱体の露出した表面から熱が放散してしまい、投入電力に対して加熱面の温度が上がらないという改良すべき点があったが、本発明では、絶縁性被覆体１７が形成されているため、抵抗発熱体１２からの熱放散が少なく、投入電力に対して効率よく発熱し、高い表面温度を確保することができる。
【００２３】
絶縁性被覆体１７としては、酸化物系ガラス材料、または、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂等の耐熱性を有する電気絶縁性の合成樹脂（以下、耐熱性樹脂という）を用いることができる。これらの材料は、１種類だけ用いてもよく、２種類以上を併用（重層として形成等）してもよい。尚、これらの材料については、後述する。
【００２４】
また、以下の説明では、セラミック基板の基材として窒化アルミニウム焼結体基板を用いる場合を説明するが、基材は、勿論、窒化アルミニウムに限定されるものではなく、その材質の例として、例えば、炭化物セラミック、酸化物セラミック、窒化アルミニウム以外の窒化物セラミック等を挙げることができる。
【００２５】
上記炭化物セラミックの例としては、例えば、炭化珪素、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の金属炭化物セラミックを挙げることができ、上記酸化物セラミックの例としては、アルミナ、ジルコニア、コージェライト、ムライト等の金属酸化物セラミックを挙げることができる。さらに、上記窒化物セラミックの例としては、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、窒化チタン等の金属窒化物セラミックを挙げることができる。
【００２６】
これらのセラミック材料のうち、一般的には、窒化物セラミック、炭化物セラミックの方が、熱伝導率が高いので、酸化物セラミックよりも好ましい。尚、これらの焼結体基板の材質は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２７】
窒化アルミニウムに代表される窒化物セラミックや、他の炭化物セラミックを用いたセラミックヒータは、これらセラミック材料の熱膨張係数が金属よりも小さいことに加えて、剛性が高いので、厚さが薄い場合であっても加熱による反りや歪みが生じることはなく、ヒータ基板を、アルミニウム等の金属材料のものよりも薄くて軽量のものとすることができる。とりわけ、窒化アルミニウムは、熱伝導率に優れ、しかも、半導体製造装置内での光熱の影響を殆ど受けず、処理ガス等に対する耐蝕性が優れているので、ヒータとして好適に使用することができる。
【００２８】
上記窒化物セラミック、炭化物セラミックからなるセラミック基板の表面には、絶縁層を形成してもよい。
セラミック基板自体が室温で導電性が大きいか、または、高温領域において抵抗が低下するものである場合には、セラミック基板表面にそのまま抵抗発熱体を形成すると、隣接する抵抗発熱体間にリーク電流が発生し、ヒータとして機能しなくなる場合があるからである。
この場合には、セラミック基板表面に絶縁層を形成し、絶縁層上に抵抗発熱体を形成し、さらに抵抗発熱体の上に絶縁性被覆体を設けることになる。
【００２９】
絶縁層としては、例えば、酸化物セラミックが使用される。このような酸化物セラミックとしては、例えば、シリカ、アルミナ、ムライト、コージェライト、ベリリア等を挙げることができる。これらの酸化物セラミックは、単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３０】
これらの材料からなる絶縁層を形成する方法としては、例えば、アルコキシドを加水分解させたゾル溶液を用い、スピンコート等により被覆層を形成した後、乾燥、焼成する方法を挙げることができる。また、ＣＶＤやスパッタリングにより絶縁層を形成してもよく、ガラス粉ペーストを塗布した後、５００〜１０００℃で焼成することにより、絶縁層を形成してもよい。
【００３１】
抵抗発熱体１２は、貴金属（金、銀、白金、パラジウム）、鉛、タングステン、モリブデン、ニッケル等の金属の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、焼き付けて金属粒子を焼結させることにより形成する。この金属粒子の焼結は、金属粒子同士および金属粒子とセラミック基板とが融着していれば充分である。なお、抵抗発熱体１２は、タングステンカーバイト、モリブデンカーバイト等の導電性セラミックの粒子を用いて形成してもよい。
【００３２】
抵抗発熱体１２を形成する際、その形状（線幅や厚さ）をコントロールすることにより、抵抗値を種々の値に設定することができる。また、よく知られている通り、幅を狭くとる程、また、厚さを薄くする程、抵抗値を高くすることができる。抵抗発熱体の形態は、有幅の略直線または曲線であるが、幾何学的に厳密な直線や曲線であることを要さず、また、直線と曲線の組み合わせであってもよい。
【００３３】
絶縁性被覆体の材料である酸化物系ガラス材料は、素材自体が高い電気絶縁性を有し、セラミック基板および抵抗発熱体に対する密着強度が大きく、化学的に安定であるので、セラミック基板との安定な界面および抵抗発熱体との安定な界面を構成することができる。
【００３４】
その具体的な組成の例としては、例えば、ＺｎＯを主成分とするＺｎＯ−Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 、ＰｂＯを主成分とするＰｂＯ−ＳｉＯ2 、ＰｂＯ−Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 、ＰｂＯ−ＺｎＯ−Ｂ2 Ｏ3 等を挙げることができる。これらの酸化物系ガラス材料は、結晶性の部分が存在してもよい。これらガラス材料のガラス転移点は、４００〜７００℃であり、熱膨張係数が４〜９ｐｐｍ／℃である。
【００３５】
このような酸化物系ガラス材料からなる絶縁性被覆体を形成する方法としては、上記酸化物ガラス粉末を含むペーストをセラミック基板表面にスクリーン印刷等により塗布し、乾燥、焼成を行うことにより絶縁性被覆体を形成する方法を挙げることができる。この場合、外部端子を形成する部分には、絶縁性被覆体を形成しないように、加熱の際に比較的簡単に分解する樹脂等からなる層を形成しておく必要がある。
【００３６】
また、絶縁性被覆体の材料である耐熱性樹脂材料も、電気絶縁性が良好で、セラミック基板および抵抗発熱体に対する密着強度が大きく、セラミック基板との安定な界面および抵抗発熱体との安定な界面を構成することができる。また、この耐熱性樹脂材料を用いることにより、比較的低温で絶縁性被覆体を形成することができる。絶縁性被覆体を形成する際には、抵抗発熱体表面に塗布し、乾燥固化するだけでよいので、低コストで容易に形成することができる。ここで、耐熱性とは１５０℃以上の温度で使用可能であることをいうものとし、このとき、高分子の劣化等が生じない。
【００３７】
その具体的な例として、例えば、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂等を挙げることができる。ポリイミド系樹脂は、カルボン酸誘導体とジアミンとの反応によって得られる高分子化合物であり、２００℃以上の耐熱性を有し、広い温度範囲で使用することができる。
【００３８】
また、シリコーン系樹脂は、ポリシロキサンの側鎖のアルキル基としてメチル基やエチル基を配したものであり、耐熱性に優れるとともにゴム弾性も有し、抵抗発熱体およびセラミック基板に対する密着性が良好で、１５０〜２５０℃程度の比較的低温で乾燥固化させることにより絶縁性被覆体を成形することができる。
このような耐熱性樹脂材料からなる絶縁性被覆体を形成する方法としては、上記耐熱性樹脂材料を溶剤等に溶かしたペーストをセラミック基板表面に塗布またはスプレーし、乾燥させることにより絶縁性被覆体を形成する方法を挙げることができる。
【００３９】
このセラミックヒータ１０では、抵抗発熱体１２の表面部分に絶縁性被覆体１７が形成されており、この絶縁性被覆体１７の厚さは、酸化物ガラスの場合は５〜２０μｍ、耐熱性樹脂の場合は１０〜３０μｍであることが望ましい。
【００４０】
セラミックヒータ１０では、加熱した後、常温に戻すための冷却が必要になるが、絶縁性被覆体１７が厚すぎると冷却に時間がかかって、生産性が低下してしまい、逆に薄すぎると、耐酸化性が低下し、露出した抵抗発熱体表面からの放熱に起因して加熱面の温度が下がってしまうからである。
【００４１】
このように、抵抗発熱体表面に絶縁性被覆体を設けると、これらの材料が電気絶縁性に優れることから、抵抗発熱体に３０〜３００Ｖ程度の通電を行った際でも、絶縁性被覆体を漏れ電流が流れてしまうことがなく、抵抗発熱体表面を保護することができる。
【００４２】
さらに、上述したセラミック基板は、熱伝導率が高く、厚さの薄いものを形成し得るので、セラミック基板の表面温度が抵抗発熱体の温度変化に対して迅速に追従し、その結果、このセラミックヒータ１０は、温度制御性や耐久性に優れたものとなる。
【００４３】
図３は、本発明のセラミックヒータの別の実施形態を模式的に示した底面図であり、図４は、上記セラミックヒータの部分拡大断面図である。
このセラミックヒータ２０は、図１に示したセラミックヒータ１０の場合と同様に、板状のセラミック基板２１を用い、このセラミック基板２１の一主面に略線条状の抵抗発熱体２２（２２ａ〜２２ｆ）を、図１に示した同心円形状に配設することにより、回路を形成し、他の主面に被加熱物を載置し、または、加熱面２１ａより一定の距離で離間させた状態で保持し、加熱するように構成されている。
【００４４】
そして、このセラミックヒータ２０では、上記回路が形成された部分を含む領域、すなわち、回路同士の間隔が比較的広い抵抗発熱体２２ａ、２２ｂ、２２ｃでは、回路を構成する抵抗発熱体で挟まれた領域およびその周辺領域一帯に、絶縁性被覆体２７ａ、２７ｂ、２７ｃが設けられており、一方、回路同士の間隔が狭い抵抗発熱体２２ｄ、２２ｅ、２２ｆでは、回路を構成する抵抗発熱体で挟まれた領域とその周辺および各回路間の領域全体に、絶縁性被覆体２７ｄが設けられている。
【００４５】
このような構成からなるセラミックヒータ２０においては、図１に示したセラミックヒータ１０の場合と同様の効果を奏するほか、抵抗発熱体２２に含まれる金属粒子（例えば、銀粒子）のマイグレーションにより隣り合った回路に短絡が生じるのを防止することができる。また、絶縁性被覆体２７を形成する際にも、スクリーン印刷等により、一定領域に塗布層を形成し、加熱等を行って絶縁性被覆体２７を形成すればよいので、比較的容易にかつ効率よく形成することができ、被覆コストが削減され、安価なヒータとなる。
【００４６】
絶縁性被覆体２７としては、図１に示したセラミックヒータの場合と同様、酸化物系ガラス材料、または、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂等の耐熱性樹脂の何れかを用いることができる。
【００４７】
また、セラミック基板の基材の材質は、図１に示したセラミックヒータの場合と同様、例えば、炭化物セラミック、酸化物セラミック、窒化物セラミック等を用いることができる。
抵抗発熱体２２の材質も、図１に示したセラミックヒータ１０の場合と同様のものを用いることができ、図１に示したセラミックヒータ１０の場合と同様の方法を用いて抵抗発熱体２２を形成することができる。
【００４８】
このセラミックヒータ２０において、絶縁性被覆体２７の厚さ（抵抗発熱体２２の表面からの厚さ）は、図１に示したセラミックヒータ１０の場合と同様であることが望ましく、抵抗発熱体２２が形成されていない部分のセラミック基板２１の底面からの厚さは、酸化物ガラスの場合は５〜１００μｍであることが望ましく、１０〜３０μｍであることがより望ましい。また、耐熱性樹脂の場合は１０〜５０μｍであることが望ましい。
【００４９】
図５は、本発明のセラミックヒータのさらに別の実施形態を模式的に示した底面図である。
このセラミックヒータ３０は、上述したセラミックヒータ２０の抵抗発熱体２２が形成された領域全体に絶縁性被覆体３７が形成されているほかは、セラミックヒータ２０と同様の構造であり、図１に示したセラミックヒータ１０の場合と同様の効果を奏するほか、抵抗発熱体２２に含まれる金属粒子（例えば、銀粒子）のマイグレーションにより隣り合った回路に短絡が生じるのを防止することができる。また、絶縁性被覆体３７を形成する際にも、スクリーン印刷等により塗布層を形成し、加熱等を行って絶縁性被覆体３７を形成すればよいので、容易にかつ効率よく形成することができ、被覆コストが削減され、安価なヒータとなる。
【００５０】
このように、本発明における絶縁性被覆体は、回路の表面のみを被覆する構成のもの、回路が形成された部分を含む領域一帯を被覆する構成のもの、セラミック基板の直径方向に隣接する２以上の回路を一体的に被覆する構成のもの、回路が形成された領域全体を被覆する構成のものなど各種の構成のものを採用することができる。
【００５１】
本発明のセラミックヒータにおいて、回路が形成された領域全体を絶縁性被覆体で被覆する構成のものは、回路が保温されるため加熱面の温度安定性に優れるが、絶縁性被覆体の熱容量が大きくなるため冷却時間が長くなる。一方、回路の表面のみを絶縁性被覆体で被覆する構成のものは、絶縁性被覆体の熱容量が小さいため冷却時間を短くすることができるが、加熱面での温度安定性が劣ったものとなる。
【００５２】
従って、セラミック基板の冷却時間を短くするという観点からは、回路の表面のみを絶縁性被覆体で被覆する構成のものが望ましく、加熱面の温度安定性という観点からは、回路が形成された領域全体を絶縁性被覆体で被覆する構成のものが望ましい。
【００５３】
一方、回路が形成された部分を含む領域一帯を絶縁性被覆体で被覆する構成のものや、セラミック基板の直径方向に隣接する２以上の回路を一体的に絶縁性被覆体で被覆するが、回路全体を絶縁性被覆体で被覆しない構成のものは、冷却時間を短くすることができるとともに、加熱面での温度安定性を確保することができるため、より望ましい。
【実施例】
【００５４】
本発明に係るセラミックヒータの具体例および製造方法について説明する。以下の説明においては、工程条件は、あくまで一例を示すものであり、試料の大きさや処理量等によって適宜の変更を伴って設定することができる。
【００５５】
実施例１
窒化アルミニウム粉末（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１２重量部、および、アルコールを混合混練してスラリーを形成した後、スプレードライ法によって該スラリーの噴霧を行い、顆粒状粉末とした。
【００５６】
次に、この顆粒状粉末を成形用金型に投入し、平板状に成形することにより生成形体を形成し、この生成形体を約１８００℃、圧力２０ＭＰａの条件でホットプレスし、厚さ３ｍｍの窒化アルミニウムからなる板状焼結体を得た。これを直径２１０ｍｍの円板状に切り出してセラミックヒータ用のセラミック基板１１（図１参照）とした。
【００５７】
次に、セラミック基板１１に、半導体ウエハ用のリフターピン１６を挿通するための貫通孔１５と、熱電対を埋め込むための有底孔１４となる部分をドリル加工によって穿設した。
【００５８】
上記加工の終わったセラミック基板１１に、例えば、図１に示したパターン状に線条状の抵抗発熱体１２が形成されるようにスクリーン印刷法により導体ペーストを印刷した。ここで用いた導体ペーストは、徳力化学研究所製のソルベストＰＳ６０３Ｄ（商品名）であり、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素およびアルミナの混合物からなる金属酸化物（重量比は、この順に、５／５５／１０／２５／１０）を銀の量に対して７．５重量％含有する、いわゆる銀ペーストである。ちなみに銀の平均粒径は４．５μｍであり、形状は鱗片状のものが主体であった。
【００５９】
このように導体ペーストを印刷したセラミック基板１１を７８０℃で加熱焼成して導体ペースト中の銀を焼結させるとともに、セラミック基板１１に焼き付けた。このとき、銀焼結体により形成した抵抗発熱体１２は、その厚さが約１０μｍ、幅約２．４ｍｍ、面積抵抗が５ｍΩ／□であった。
【００６０】
この後、抵抗発熱体１２の表面に酸化物系ガラス材料からなる絶縁性被覆体１７を形成した。
まず、ＰｂＯ３０重量％、ＳｉＯ2 ５０重量％、Ｂ2 Ｏ3 １５重量％、Ａｌ2 Ｏ3 ３重量％、Ｃｒ2 Ｏ3 ２重量％からなる組成のガラス粉末８７重量部に、ビヒクル３重量部、溶剤１０重量部を添加してペースト状混合物を調製した。
【００６１】
次に、このペースト状混合物を用いて、抵抗発熱体１２の表面を覆うようにスクリーン印刷を行い、ペースト状混合物の層を形成した。この後、このペースト状混合物を１２０℃で乾燥、固着させ、空気雰囲気中、６８０℃、１０分間の条件で加熱することにより抵抗発熱体１２の表面およびセラミック基板１１に融着させ、絶縁性被覆体１７を形成した。このとき、絶縁性被覆体１７の厚さは１０μｍであった。但し、抵抗発熱体１２からなる回路両端の外部端子１３接続部分には、絶縁性被覆体１７を形成しなかった。従って、外部端子近傍の被覆状態は、図２に示したセラミックヒータ１０とは異なる。
尚、加熱して融着させる際に、あらかじめ絶縁性被覆体１７の形状に適合しうる形状に仮成形しておき、この仮成形体を抵抗発熱体１２上に載置し、加熱する方法でもよい。
【００６２】
次に、抵抗発熱体１２の外部端子１３を取付ける部分に、スクリーン印刷法により銀含有鉛はんだペースト（田中貴金属工業株式会社製）を印刷してはんだ層を形成し、さらに、このはんだ層の上にコバール製の外部端子１３を載置して４２０℃で加熱リフローし、外部端子１３を抵抗発熱体１２の両端部分に接続、固定させた。
なお、図２に示したように、先に抵抗発熱体１２と外部端子１３とを接続し、この後、外部端子１３が形成された抵抗発熱体１２の部分をも被覆するように絶縁性被覆体１７を形成してもよい。
【００６３】
この後、温度制御のための熱電対（図示せず）をセラミック基板の有底孔１４に埋め込み、図１、２に示したセラミックヒータ１０を得た。
尚、抵抗発熱体１２は所定の抵抗値を有していることから、通電が行われると、ジュール熱による発熱を生じて半導体ウエハ１９を加熱する。
【００６４】
以上のようにして、窒化アルミニウム基板１１を用いたセラミックヒータ１０を製造した後、このセラミックヒータ１０について、用いた絶縁性被覆体材料の熱膨張率と面積抵抗とを測定し、また、抵抗発熱体の耐酸化性を調査した。
また、２００℃までセラミックヒータ１０を昇温して、サーモビュアで加熱面を観察し、任意の１点の温度が１０時間でどれだけ変動するかを測定し、経時的温度変化を調べ、さらに、０．１ｍ3 ／分で空気をセラミックヒータ１０に吹きつけて、加熱面の温度が５０℃に低下するまでに必要な時間を測定した。その結果を表１にまとめた。
【００６５】
尚、面積抵抗は、室温、Ｄ．Ｃ．１００Ｖの条件で測定し、耐酸化性は、２００℃×１０００時間のエージング後のヒータ抵抗の変化を調べることにより評価し、経時的温度変化は、１０時間測定中の最高温度と最低温度との差で表した。
【００６６】
また、マイグレーションの発生の有無の測定を以下の方法により行った。
すなわち、得られたセラミックヒータ１０を湿度１００％で２００℃まで加熱して、４８時間通電し、抵抗発熱体間の金属拡散の有無を蛍光Ｘ線分析計（島津製作所社製  ＥＰＭ−８１０Ｓ）で測定することにより行った。
【００６７】
実施例２
酸化物系ガラス材料の代わりに耐熱性樹脂材料（ポリイミド樹脂）を用い、以下の方法により絶縁性被覆体１７を形成したほかは、実施例１と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例１と同様に評価した。その結果を表１に示した。
【００６８】
すなわち、まず、芳香族ポリイミド粉末８０重量％とポリアミド酸２０重量％からなるペースト状または粘液状の混合物の溶液を調製した後、この混合物の溶液を、抵抗発熱体１２表面を覆うように選択的に塗布し、抵抗発熱体１２表面上に混合物の層を形成した。
【００６９】
この後、形成された混合物の層を連続焼成炉中で３５０℃で加熱して乾燥固化させ、抵抗発熱体１２表面およびセラミック基板１１に融着させた。このとき、形成された絶縁性被覆体１７の厚さは１０μｍであった。
【００７０】
実施例３
酸化物系ガラス材料の代わりに耐熱性樹脂材料（シリコーン系樹脂）を用い、以下の方法により絶縁性被覆体１７を形成したほかは、実施例１と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例１と同様に評価した。その結果を表１に示した。すなわち、メタルマスク印刷法等により、メチルフェニル系のシリコーン樹脂を抵抗発熱体１２表面を覆うように選択的に塗布し、オーブン中２２０℃で、加熱して乾燥固化させ、抵抗発熱体１２表面およびセラミック基板１１に融着させた。このとき、形成された絶縁性被覆体１７の厚さは１５μｍであった。
【００７１】
実施例４
本実施例では、線条状の抵抗発熱体の抵抗値を高くしたほかは、実施例１と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例１と同様に評価した。その結果を表１に示した。
これは、３０〜３００Ｖの電圧を印加し、温度を２００℃以上に昇温する場合には、抵抗値を高くする必要があるためである。
【００７２】
抵抗発熱体用のペーストとして、銀：５６．５重量％、パラジウム：１０．３重量％、ＳｉＯ2 ：１．１重量％、Ｂ2 Ｏ3 ：２．５重量％、ＺｎＯ：５．６重量％、ＰｂＯ：０．６重量％、ＲｕＯ2 ：２．１重量％、樹脂バインダ：３．４重量％、溶剤：１７．９重量％からなるものを使用した。
抵抗発熱体パターンは、厚さ１０μｍ、幅２．４ｍｍ、面積抵抗が１５０ｍΩ／□であった。
【００７３】
実施例５
酸化物系ガラス材料の代わりに耐熱性樹脂材料（ポリイミド樹脂）を用い、実施例２で記載した方法により絶縁性被覆体１７を形成したほかは、実施例４と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例４と同様に評価した。その結果を表１に示した。
【００７４】
実施例６
酸化物系ガラス材料の代わりに耐熱性樹脂材料（シリコーン系樹脂）を用い、実施例３で記載した方法により絶縁性被覆体１７を形成したほかは、実施例４と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例４と同様に評価した。その結果を表１に示した。
【００７５】
比較例１
抵抗発熱体が形成されたセラミック基板を無電解ニッケルメッキ浴に浸漬し、抵抗発熱体の表面に厚さ約１μｍのニッケル製の金属層を析出させたほかは、実施例１の場合と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例１と同様に評価した。その結果を表１に示した。
なお、上記ニッケルメッキ浴の各成分の濃度は、硫酸ニッケル８０ｇ／ｌ、次亜燐酸ナトリウム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であった。
【００７６】
比較例２
抵抗発熱体１２表面に全く絶縁性被覆体１７を形成しなかったほかは、実施例１と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例１と同様に評価した。その結果を表１に示した。
【００７７】
【表１】
2004214216.tif 000003
【００７８】
表１に示した結果より明らかなように、本実施例１〜６においては、抵抗発熱体の抵抗変化は、０．１〜０．３％と小さかったのに対し、比較例１では３％と大きくなっていた。この理由としては、ニッケルメッキ膜自体の酸化により抵抗が変動したことが挙げられるほか、ニッケルメッキ膜がポーラスであるため、酸素が拡散して内部の銀を酸化させてしまったのではないかと推定している。また、比較例２では、抵抗発熱体を被覆する層が全く形成されていないため、抵抗発熱体の抵抗変化率が２０〜２５％と大きく実用に耐えないことが判明した。また、マイグレーションの発生については、比較例２に係るセラミックヒータで、Ａｇのマイグレーションが発生しており、抵抗発熱体間で短絡が発生するおそれがあった。
【００７９】
さらに、実施例１、４に係るセラミックヒータでは、絶縁性被覆体である酸化物ガラスの熱膨張係数は５ｐｐｍ／℃であり、窒化アルミニウムが３．５〜４ｐｐｍ／℃と両者は数値的に近く、冷熱サイクルによる膨張、収縮で抵抗発熱体を構成する金属粒子同士が離間するこにより生じる抵抗変化が耐熱性樹脂を使用した場合に比べて比較的小さい。
【００８０】
実施例４〜６では、抵抗発熱体として、面積抵抗値が１５０ｍΩ／□であるものを使用した。この場合、絶縁性被覆体の面積抵抗が１０15〜１０16Ω／□と略完全に絶縁体であるため、５０〜２００Ｖの電圧を印加しても、電流は抵抗発熱体の内部を伝搬し、発熱量も大きくなるが、比較例１のようなニッケルメッキ膜を形成した場合には、ニッケルメッキ膜の面積抵抗が５０ｍΩ／□と抵抗発熱体より小さく、電流は抵抗値がより低い部分を伝搬することから、電流はニッケルメッキ膜を伝搬してしまい、発熱量が小さくなってしまう。
【００８１】
また、実施例１〜６に係るセラミックヒータの経時的温度変化は０．１〜０．２℃と小さかったのに対し、比較例１、２では、０．５℃と大きくなっていた。また、実施例１〜６に係るセラミックヒータの冷却時間は１６０〜１７０ｓｅｃであるのに対し、比較例１、２では、１５０ｓｅｃであった。
【００８２】
実施例７
実施例１の場合と同様にして、セラミックヒータ用のセラミック基板２１を作製し、半導体ウエハ用のリフターピン１６を挿通するための貫通孔２５と、熱電対を埋め込むための有底孔２４となる部分をドリル加工によって穿設した。
【００８３】
次に、上記加工の終わったセラミック基板２１の底面に、実施例１と同じ材料を用い、図３に示した形状の抵抗発熱体２２ａ〜２２ｆを形成した。
【００８４】
この後、図３に示したように、抵抗発熱体２２ａ、２２ｂ、２２ｃでは、回路を構成する抵抗発熱体で挟まれた領域およびその周辺領域一帯に、酸化物系ガラス材料からなる絶縁性被覆体２７ａ、２７ｂ、２７ｃを設け、抵抗発熱体２２ｄ、２２ｅ、２２ｆでは、回路を構成する抵抗発熱体で挟まれた領域とその周辺および各回路間の領域全体に、同様の材料からなる絶縁性被覆体２７ｄを設けた。
【００８５】
上記酸化物系ガラス材料の組成は、実施例１の場合と同様であり、絶縁性被覆体２７の形成方法は、塗布した領域が上記のように広域にわたったほかは実施例１の場合と同様である。但し、回路の両端の外部端子を接続する部分には、絶縁性被覆体２７を形成しなかった。
【００８６】
この後、温度制御のための熱電対（図示せず）をセラミック基板の有底孔２４に埋め込み、図３、４に示したセラミックヒータ２０を得た。
【００８７】
以上のようにして、窒化アルミニウム基板２１を用いたセラミックヒータ２０を製造した後、このセラミックヒータ２０について、用いた絶縁性被覆体材料の熱膨張率と面積抵抗とを測定し、また、表面抵抗耐酸化性を調査した。
【００８８】
また、２００℃までセラミックヒータ２０を昇温して、サーモビュアで加熱面を観察し、任意の１点の温度が１０時間でどれだけ変動するかを測定し、経時的温度変化を調べ、さらに、０．１ｍ3 ／分で空気をセラミックヒータ２０に吹きつけて、加熱面の温度が５０℃に低下するまでに必要な時間を測定した。その結果を表２に示した。
尚、表面抵抗の測定条件、耐酸化性の評価方法、経時的温度変化の評価方法は、実施例１と同様である。
【００８９】
実施例８
酸化物系ガラス材料の代わりに耐熱性樹脂材料（ポリイミド樹脂）を用い、以下の方法により絶縁性被覆体２７を形成したほかは、実施例７と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例７と同様に評価した。その結果を表２に示した。
【００９０】
すなわち、まず、芳香族ポリイミド粉末８０重量％とポリアミド酸２０重量％からなるペースト状または粘液状の混合物の溶液を調製した後、この混合物の溶液を、実施例７の場合と同様の領域に塗布し、連続焼成炉中で３５０℃で加熱して乾燥固化させ、絶縁性被覆体２７ａ〜２７ｄを形成した。
【００９１】
実施例９
酸化物系ガラス材料の代わりに耐熱性樹脂材料（シリコーン系樹脂）を用い、以下の方法により絶縁性被覆体２７を形成したほかは、実施例７と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例７と同様に評価した。その結果を表２に示した。
【００９２】
すなわち、メタルマスク印刷法等により、メチルフェニル系のシリコーン樹脂を実施例７の場合と同様の領域に塗布し、オーブン中２２０℃で加熱して乾燥固化させ、絶縁性被覆体２７ａ〜２７ｄを形成した。
【００９３】
【表２】
2004214216.tif 000004
【００９４】
表２に示した結果より明らかなように、本実施例７〜９においても、絶縁性被覆体の面積抵抗は、１０15〜１０16Ω／□と大きく、このような絶縁性被覆体により被覆された抵抗発熱体の抵抗変化は、０．２〜０．３％と小さかった。
また、実施例８、９において耐酸化性の試験を行った後、絶縁性被覆体２７を強制的にセラミック基板の表面から剥離させ、抵抗発熱体の表面から銀等の金属のマイグレーションが発生していないかを実施例１と同様にして観察したが、マイグレーションは全く発生していなかった。
さらに、実施例７〜９に係るセラミックヒータの経時的温度変化は０℃であり、冷却時間は１７０ｓｅｃであった。
【００９５】
実施例１０
ＳｉＣ粉末（平均粒径：１．１μｍ）１００重量部、Ｂ4 Ｃ４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。
【００９６】
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を形成し、この生成形体を１８９０℃、圧力：２０ＭＰａの条件でホットプレスし、厚さがほぼ３ｍｍのＳｉＣからなる板状焼結体を得た。さらに、この板状焼結体の表面を♯８００のダイヤモンド砥石で研磨し、ダイヤモンドペーストでポリシングしてＲａ＝０．００８μｍとした。さらに表面にガラスペースト（昭栄化学工業社製Ｇ−５１７７）を塗布し、６００℃に昇温し、厚さ３μｍのＳｉＯ2 層を形成した。
【００９７】
そして、この板状焼結体から直径２１０ｍｍの円板体を切り出してセラミック基板とし、上記ＳｉＯ2 層を形成した面を抵抗発熱体を形成する面とし、図５に示したように、厚さ５０μｍの絶縁性被覆体を抵抗発熱体が形成された領域全体に被覆したほかは、実施例１と同様にしてセラミックヒータを製造した。
【００９８】
以上のようにして、ＳｉＣからなる基板を用いたセラミックヒータを製造した後、このセラミックヒータについて、用いた絶縁性被覆体材料の熱膨張率と面積抵抗率とを測定し、また、表面抵抗耐酸化性を調査した。
【００９９】
また、２００℃までセラミックヒータを昇温して、サーモビュアで加熱面を観察し、任意の１点の温度が１０時間でどれだけ変動するかを測定し、経時的温度変化を調べ、さらに、０．１ｍ3 ／分で空気をセラミックヒータに吹きつけて、加熱面の温度が５０℃に低下するまでに必要な時間を測定した。その結果を表３に示した。
なお、表面抵抗の測定条件、耐酸化性の評価方法、経時的温度変化の評価方法は、実施例１と同様である。
【０１００】
実施例１１
酸化物系ガラス材料の代わりに耐熱性樹脂材料（ポリイミド樹脂）を用い、以下の方法により絶縁性被覆体３７を形成したほかは、実施例１０と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例１０と同様に評価した。その結果を表３に示した。
【０１０１】
すなわち、まず、芳香族ポリイミド粉末８０重量％とポリアミド酸２０重量％とからなるペースト状または粘液状の混合物の溶液を調製した後、この混合物の溶液を、抵抗発熱体が形成された領域全体に塗布し、混合物の層を形成した。
【０１０２】
この後、形成された混合物の層を連続焼成炉中で３５０℃で加熱して乾燥固化させ、抵抗発熱体表面およびセラミック基板に融着させた。このとき、形成された絶縁性被覆体の厚さは１０μｍであった。
【０１０３】
実施例１２
酸化物系ガラス材料の代わりに耐熱性樹脂材料（シリコーン系樹脂）を用い、以下の方法により絶縁性被覆体３７を形成したほかは、実施例１０と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例１０と同様に評価した。その結果を表３に示した。
【０１０４】
すなわち、メチルフェニル系のシリコーン樹脂を抵抗発熱体が形成された領域全体に塗布し、オーブン中２２０℃で加熱して乾燥固化させ、絶縁性被覆体３７を形成した。
【０１０５】
以上のようにして、ＳｉＣからなる基板を用いたセラミックヒータを製造した後、このセラミックヒータについて、用いた絶縁性被覆体材料の熱膨張率と面積抵抗率とを測定し、また、表面抵抗耐酸化性を調査した。
また、２００℃までセラミックヒータを昇温して、サーモビュアで加熱面を観察し、任意の１点の温度が１０時間でどれだけ変動するかを測定し、経時的温度変化を調べ、さらに、０．１ｍ3 ／分で空気をセラミックヒータに吹きつけて、加熱面の温度が５０℃に低下するまでに必要な時間を測定した。その結果を表３に示した。
なお、表面抵抗の測定条件、耐酸化性の評価方法、経時的温度変化の評価方法は、実施例７と同様である。
【０１０６】
【表３】
2004214216.tif 000005
【０１０７】
表３に示した結果より明らかなように、実施例１０〜１２においては、抵抗発熱体の抵抗変化は、０．２〜０．３％と小さかった。
また、実施例１０〜１２に係るセラミックヒータの経時的温度変化は０℃であり、冷却時間は１８０〜１９０ｓｅｃであった。
【０１０８】
上記した通り、実施例１〜６に係るセラミックヒータは、抵抗発熱体の表面にのみ絶縁性被覆体を被覆した構成であり、実施例７〜９に係るセラミックヒータは、抵抗発熱体が形成された部分を含む領域一帯に絶縁性被覆体を被覆したものと、セラミック基板の直径方向に隣接する２以上の回路からなる抵抗発熱体を一体的に絶縁性被覆体で被覆したものとからなる構成であり、実施例１０〜１２に係るセラミックヒータは、抵抗発熱体が形成された領域全体を絶縁性被覆体で被覆した構造である。一方、比較例１に係るセラミックヒータは、抵抗発熱体を金属で被覆した構造であり、比較例２に係るセラミックヒータは、抵抗発熱体に何も被覆していない構造である。
【０１０９】
実施例１〜１２に係るセラミックヒータについての経時的温度変化および冷却時間を比較すると、絶縁性被覆体の被覆面積が大きくなるほど、経時による温度変化が少なく、冷却時間は長くなっている。
経時による温度変化に関しては、絶縁性被覆体がセラミック基板自体を保温する効果を有しているため、絶縁性被覆体の面積が大きくなると温度変化が小さくなるものと推定される。また、冷却時間については、絶縁性被覆体の面積が大きくなるほど絶縁性被覆体の熱容量が大きくなるため、冷却時間が長くなると推定される。
【０１１０】
一方、比較例１、２に係るセラミックヒータでは、ニッケルめっきによる被覆がなされているか、全く被覆がなされていないため、冷却時間は短かいものの、経時的温度変化が大きくなっている。
従って、加熱面の温度の均一性と冷却速度の観点からは、加熱面の温度の均一性に優れ、冷却時間も比較的短い、実施例７〜９のような、抵抗発熱体が形成された１または２以上の回路を含む領域一帯に絶縁性被覆体が形成されたもの（図３参照）が好ましいと考えられる。
【０１１１】
また、表１〜３に示した結果より明らかなように、本発明のセラミックヒータは、抵抗発熱体が絶縁性被覆体により被覆されているため、抵抗変化率が小さく、温度制御性に優れる。また、半導体製造装置内での反応性ガスに対する耐腐食性も優れている。
さらに、絶縁性被覆体が絶縁体であるため、抵抗発熱体の抵抗値を高くしても、電流が絶縁性被覆体を流れることはなく、１００℃以上の使用領域を持つヒータを得ることができる。
【０１１２】
また、絶縁性被覆体として酸化物ガラスを使用した場合は、酸化物ガラスとセラミック基板との密着性に優れ、また熱膨張率も小さいため、クラックが発生しにくく、同時に抵抗発熱体の抵抗変化率も小さい。
さらに、絶縁性被覆体として耐熱性樹脂を使用した場合は、比較的低温で絶縁性被覆体を形成することができる。
このように、本発明は、１００〜２００℃までの低温用、２００〜４００℃までの中温用、４００〜８００℃の高温用のヒータとして最適である。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明に係るセラミックヒータの一実施形態を模式的に示す底面図である。
【図２】図１に示したセラミックヒータの一部分を示す部分拡大断面図である。
【図３】本発明に係るセラミックヒータの別の実施形態を模式的に示す底面図である。
【図４】図３に示したセラミックヒータの一部分を示す部分拡大断面図である。
【図５】本発明に係るセラミックヒータのさらに別の実施形態を模式的に示す底面図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１０、２０、３０  セラミックヒータ
１１、２１  セラミック基板
１１ａ、２１ａ  加熱面
１１ｂ、２１ｂ  底面
１２、２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）  抵抗発熱体
１３、２３  外部端子
１４、２４  有底孔
１５、２５  貫通孔
１６  リフターピン
１７、２７（２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ）、３７  絶縁性被覆体
１９  シリコンウエハ
【図１】
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【図２】
2004214216.tif 000007
【図３】
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【図４】
2004214216.tif 000009
【図５】
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