(57)【要約】【課題】  抵抗値の経時変化が小さい抵抗発熱体を有するセラミックヒータを提供すること。【解決手段】  セラミック基板の表面に抵抗発熱体が形成されてなるセラミックヒータであって、前記抵抗発熱体は、被覆されることなく露出していることを特徴とするセラミックヒータ。【選択図】          図４
2004228095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板の表面に抵抗発熱体が形成されてなるセラミックヒータであって、
前記抵抗発熱体は、被覆されることなく露出していることを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】
前記抵抗発熱体は、面積抵抗率が５０ｍΩ／□以上である請求項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、炭化物または窒化物セラミックである請求項１または２に記載のセラミックヒータ。
【請求項４】
前記抵抗発熱体は、空気と接触してなる請求項１〜３のいずれか１に記載のセラミックヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に半導体産業において使用されるセラミックヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体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、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に複数の集積回路等を形成することにより製造される。
【０００３】
この半導体チップの製造工程においては、静電チャック上に載置したシリコンウエハに、エッチング、ＣＶＤ等の種々の処理を施して、導体回路や素子等を形成する。また、レジスト用の樹脂を塗布して、加熱乾燥させたりする。
このような加熱にはセラミックヒータが用いられ、特許文献１などには、炭化物セラミックや窒化物セラミックからなる基板を使用し、このセラミック基板の加熱面の反対側面（以下、底面という）に抵抗発熱体が形成されたセラミックヒータが開示されている。
【特許文献１】特開平１１−４０３３０号公
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この特許文献１に記載のセラミックヒータでは、抵抗発熱体の表面がＮｉめっき層により被覆されているが、抵抗発熱体の面積抵抗率が５０ｍΩ／□以上になると、表面のＮｉに電流が流れてしまい、発熱効率が低下してしまうという問題が発生した。
【０００５】
このため、ガラス等で被覆することも検討し、先に特願２０００−２９２８１号として特許出願していた。
ところが、このセラミックヒータを種々試験すると、このようなガラス被覆を行ったセラミックヒータでは、抵抗発熱体の抵抗値が経時変化してしまうという意外な事実を知見した。抵抗発熱体の抵抗値が変化すると、発熱量が異なってくるため、ヒータの温度を制御することができない。
本発明は、上記課題に鑑み、抵抗値の経時変化が小さい抵抗発熱体を有するセラミックヒータを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、抵抗発熱体の表面を金属で被覆することができない場合、ガラス等を用いて被覆するよりも、そのまま露出した方が抵抗発熱体の抵抗変化率が小さいことを見出し、本発明を完成させたものである。
【０００７】
すなわち、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てなるセラミックヒータであって、
前記抵抗発熱体は、被覆されることなく露出していることを特徴とするセラミックヒータである。
【０００８】
ガラスなどで抵抗発熱体を被覆すると、抵抗発熱体を発熱させた際、ガラス成分が序々に抵抗発熱体の内部に拡散していき、抵抗発熱体の抵抗値を大きく変動させてしまう（例えば、図５に示した比較例１を参照のこと）。
【０００９】
しかしながら、本発明のセラミックヒータでは、抵抗発熱体が空気と接触し、表面に薄い酸化膜が形成されており、これ以上の酸化反応は進行しないと推定される。このため、抵抗値の変動が少なく、図４の示す実施例の結果では、その抵抗値の変動率が５％以内である。
【００１０】
本発明では、抵抗発熱体の面積抵抗率は、５０ｍΩ／□以上であることが望ましい。面積抵抗率が５０ｍΩ／□以上の抵抗発熱体では、金属を被覆した場合に、電流が抵抗発熱体を流れるため、金属で抵抗発熱体を被覆することができない。このような場合には、本発明のように、抵抗発熱体を露出させる方法が特に有効だからである。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、セラミック基板の底面に形成された抵抗発熱体は、ガラス層で被覆されることなく露出しているので、抵抗値の経時変化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、発明の実施形態に則して本発明を説明する。
本実施形態に係るセラミックヒータは、セラミック基板として窒化物セラミックまたは炭化物セラミックを使用し、セラミック基板の表面に、酸化物セラミックからなる絶縁層を形成し、その上に抵抗発熱体を形成する。
【００１３】
窒化物セラミックは酸素固溶等により、高温で体積抵抗値が低下しやすく、また炭化物セラミックは特に高純度化しない限り導電性を有しており、酸化物セラミックからなる絶縁層として形成することにより、高温時の回路間の短絡を防止することができる。また、絶縁層を形成することにより、炭化物セラミック等が不純物を含有していても回路間の短絡を防止することができ、このような材質からなるセラミックヒータの温度制御性を確保することができるからである。
【００１４】
ただし、セラミック基板の絶縁抵抗値が高温でも充分に高い場合には、直接、セラミック基板の底面に抵抗発熱体を形成してもよい。
セラミック基板の底面の表面は、面粗度がＲａで０．０１〜２０μｍ、Ｒｍａｘで０．１〜２００μｍが好ましい。
【００１５】
図１は、本発明のセラミックヒータを模式的に示した底面図であり、図２は、図１に示したセラミックヒータの一部を模式的に示した部分拡大断面図である。
このセラミックヒータ１０では、底面１１ｂに絶縁層１８０を介して抵抗発熱体１２（１２ａ〜１２ｄ）が形成されており、この抵抗発熱体１２ａ〜１２ｄの端子部１３ａ〜１３ｆには、外部端子１７が半田層１７０を介して接続されている。
なお、図１に示したセラミックヒータでは、端子部１３ａ〜１３ｆにも、被覆層が形成されていないが、他の実施の形態では、端子部１３ａ〜１３ｆのみにＮｉ等からなる被覆層が形成され、この上に半田層を介して外部端子が接続されていてもよい。
【００１６】
このように抵抗発熱体１２には、被覆層が形成されておらず、例えば、導体ペーストを塗布、焼成することにより形成した抵抗発熱体が、空気中にそのまま露出している。また、抵抗発熱体１２は、加熱面の温度を均一化するために、図１に示したような、屈曲形状と同心円形状とが組み合わされたパターンとなっている。
【００１７】
一方、セラミック基板１１の底面には、熱電対等の測温素子１８を挿入するための有底孔１４が形成され、さらに、リフターピン１６を挿通するための貫通孔１５が形成されている。
【００１８】
このセラミック基板１１を構成する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。
【００１９】
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、炭化タンステン等が挙げられる。
【００２０】
なお、セラミック基板として酸化物セラミックを使用してもよく、アルミナ、シリカ、コージェライト、ムライト、ジルコニア、ベリリアなどを使用することができる。
【００２１】
本発明においては、セラミック基板中に焼結助剤を含有することが望ましい。例えば、窒化アルミニウムの焼結助剤としては、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類酸化物を使用することができ、これらの焼結助剤のなかでは、特にＣａＯ、Ｙ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏが好ましい。また、アルミナを使用してもよい。これらの含有量としては、０．１〜２０重量％が望ましい。
また、炭化珪素の場合は、焼結助剤として、Ｂ４Ｃ、Ｃ、ＡｌＮを用いることが望ましい。
【００２２】
本発明では、セラミック基板中に５〜５０００ｐｐｍのカーボンを含有していることが望ましい。
カーボンを含有させることにより、セラミック基板を黒色化することができ、ヒータとして使用する際に輻射熱を充分に利用することができるからである。
カーボンは、非晶質のものであっても、結晶質のものであってもよい。非晶質のカーボンを使用した場合には、高温における体積抵抗率の低下を防止することができ、結晶質のものを使用した場合には、高温における熱伝導率の低下を防止することができるからである。従って、用途によっては、結晶質のカーボンと非晶質のカーボンの両方を併用してもよい。また、カーボンの含有量は、５０〜２０００ｐｐｍがより好ましい。
【００２３】
本発明のセラミック基板の直径は２００ｍｍ以上が望ましい。特に１２インチ（３００ｍｍ）以上であることが望ましい。次世代の半導体ウエハの主流となるからである。
また、上記セラミック基板の直径は、シリコンウエハと同等かそれより大きいことが望ましい。
【００２４】
本発明のセラミック基板の厚さは、５０ｍｍ以下が望ましく、２５ｍｍ以下がより望ましい。
セラミック基板の厚さが２５ｍｍを超えると、セラミック基板の熱容量が大きくなり、特に、温度制御手段を設けて加熱、冷却すると、熱容量の大きさに起因して温度追従性が低下してしまう。
セラミック基板の厚さは、特に５ｍｍ以上が最適である。なお、厚みは、１．５ｍｍを越えることが望ましい。
【００２５】
セラミック基板の厚さのばらつきは、±３％以内が好ましい。また、熱伝導率のばらつきは±１０％以内が好ましい。セラミック基板の加熱面の温度を均一にするためには、セラミック基板の厚さや熱伝導率のばらつきを上記範囲に収めることが望ましいからである。
【００２６】
本発明では、図２に示したように、セラミック基板の底面に絶縁層を形成することが望ましい。この絶縁層としては、酸化物セラミックが望ましく、具体的には、シリカ、アルミナ、ムライト、コ−ジェライト、ベリリアなどを使用することができる。
【００２７】
このような絶縁層としては、アルコキシドを加水分解重合させたゾル溶液をセラミック基板にスピンコートし、乾燥、焼成を行うことにより形成したものが挙げられるほか、スパッタリング、ＣＶＤなどを用いて形成したものが挙げられる。また、セラミック基板表面を酸化処理して酸化物からなる絶縁層を設けてもよい。
【００２８】
なお、本発明のセラミックヒータでは、半導体ウエハをセラミック基板のウエハ載置面に接触させた状態で載置するほか、半導体ウエハを支持ピンや支持球などで支持し、セラミックス基板との間に一定の間隔を保って保持する場合もある。離間距離としては、５〜５０００μｍが望ましい。
【００２９】
また、図２に示したように、セラミック基板１１の貫通孔１５にリフターピン１６を挿通し、シリコンウエハ１９等の半導体ウエハを支持した後、このリフターピン１６を上下することにより、搬送機から半導体ウエハを受け取ったり、半導体ウエハをセラミック基板上に載置したり、半導体ウエハを支持したまま加熱したりすることができる。
貫通孔１５の面粗度は、Ｒｍａｘで０．０５〜２００μｍ、Ｒａで０．００５〜２０μｍであることが望ましい。
【００３０】
また、上記セラミック基板の内部に気孔が存在する場合には、この気孔は、閉気孔であることが望ましい。また、セラミック基板を通過するヘリウムの量（ヘリウムリーク量）は、１０−７Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ以下であることが望ましい。強制冷却用の冷媒のガス漏れを防止するためである。
【００３１】
本発明のセラミックヒータで用いるセラミック基板の体積抵抗率、または、絶縁層の体積抵抗率は、１００℃以上で１０５Ω・ｃｍ以上であることが望ましい。抵抗発熱体間の絶縁を確保するためである。
セラミック基板の平坦度は、５０μｍ以下であることが有利である。
【００３２】
本発明のセラミックヒータは、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あり、具体的な装置としては、セラミック基板に抵抗発熱体のみが設けられたセラミックヒータのほかに、例えば、静電チャック、ウエハプローバ、サセプタ等が挙げられる。
【００３３】
上記静電チャックは、抵抗発熱体に加えて、静電電極、ＲＦ電極等がセラミック基板の内部に形成されており、上記ウエハプローバは、表面に導電体としてチャックトップ導体層が形成され、内部にガード電極、グランド電極が導電体として形成されている。
また、本発明の半導体装置用セラミック基板は、１００℃以上で使用されることが望ましく、２００℃以上で使用されることが最も好ましい。
【００３４】
本発明では、必要に応じて、図２に示したように、セラミック基板１１の有底孔１４に熱電対等の測温素子１８を埋め込んでおくことができる。この測温素子１８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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
上記測温素子は、金ろう、銀ろうなどを使用して、有底孔１４の底に接着してもよく、有底孔１４に挿入した後、耐熱性樹脂で封止してもよく、両者を併用してもよい。
【００３７】
上記耐熱性樹脂としては、例えば、熱硬化性樹脂、特にはエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３８】
上記金ろうとしては、３７〜８０．５重量％Ａｕ−６３〜１９．５重量％Ｃｕ合金、８１．５〜８２．５重量％Ａｕ−１８．５〜１７．５重量％Ｎｉ合金から選ばれる少なくとも１種が望ましい。これらは、溶融温度が、９００℃以上であり、高温領域でも溶融しにくいためである。
銀ろうとしては、例えば、Ａｇ−Ｃｕ系のものを使用することができる。
【００３９】
発熱体１２は、図１に示したように、少なくとも２以上の回路に分割されていることが望ましく、２〜１０の回路に分割されていることがより望ましい。回路を分割することにより、各回路に投入する電力を制御して発熱量を変えることができ、加熱面１１ａの温度を調整することができるからである。
【００４０】
発熱体のパターンとしては、同心円形状や同心円形状と屈曲形状の組み合わせのほか、例えば、渦巻き、偏心円、屈曲線などが挙げられる。
【００４１】
本発明においては、通常、この抵抗発熱体を形成する前に、セラミック基板表面に絶縁層を設ける。絶縁層は、アルコキシドを加水分解重合させたゾル溶液をセラミック基板にスピンコートして乾燥、焼成を行うことにより形成してもよく、スパッタリング、ＣＶＤなどにより形成してもよい。また、セラミック基板表面を酸化雰囲気中で焼成して酸化物層を設けてもよい。
【００４２】
本発明では、抵抗発熱体をセラミック基板１１の表面（絶縁層の表面）に形成するので、この場合には、金属粒子を含む導電ペーストをセラミック基板１１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、これを焼き付け、セラミック基板１１の表面で金属粒子を焼結させる方法が好ましい。なお、金属の焼結は、金属粒子同士および金属粒子とセラミックとが融着していれば充分である。
【００４３】
本発明の実施の形態では、抵抗発熱体１２のパターンとして、図３に示したようなパターンを採用している。すなわち、セラミック基板１１には、抵抗発熱体１２ｄが形成された部分を含む領域（抵抗発熱体形成領域１）、抵抗発熱体１２ｃが形成された部分を含む領域（抵抗発熱体形成領域２）、抵抗発熱体１２ｂが形成された部分を含む領域（抵抗発熱体形成領域３）、抵抗発熱体１２ａが形成された部分を含む領域（抵抗発熱体形成領域４）が存在する。
【００４４】
そして、抵抗発熱体形成領域１と抵抗発熱体形成領域２の間、抵抗発熱体形成領域２と抵抗発熱体形成領域３の間、抵抗発熱体形成領域３と抵抗発熱体形成領域４の間に緩衝領域を設けている。
この緩衝領域の存在によって、抵抗発熱体形成領域２に大きな電力が投入されて温度が上昇しても、抵抗発熱体形成領域１や抵抗発熱体形成領域３に影響を与えない。このため、抵抗発熱体形成領域１や抵抗発熱体形成領域３の温度を低下させるなどの温度制御が不要であり、簡単な制御で加熱面の温度差を低減することができる。
【００４５】
抵抗発熱体の形成領域最の外周は上記セラミック基板の側面から３５ｍｍ以内にあることが望ましく、２５ｍｍ以内が最適である。２５ｍｍ以内であれば、そり量をきわめて小さくすることができるからである。
さらに、抵抗発熱体の形成領域の最外周のセラミック基板の側面からの距離を０．５ｍｍ以上にすることが望ましい。０．５ｍｍを超えると支持容器が金属性の場合、電気的な短絡を起こしたり、ハンドリング性が低下するからである。
【００４６】
この実施形態では、抵抗発熱体形成領域の幅は、直径の５〜３０％に調整している。
抵抗発熱体形成領域には、同心円、渦巻き、屈曲のパターンを形成するが、一つの抵抗発熱体形成領域には、一つのパターンからなる回路が形成されていることが望ましい。一つの回路である方が制御しやすいからである。
セラミック基板１１の表面に抵抗発熱体を形成する場合には、この抵抗発熱体の厚さは、１〜３０μｍが好ましく、１〜１０μｍがより好ましい。
【００４７】
また、セラミック基板１１の表面に抵抗発熱体を形成する場合には、抵抗発熱体の幅は、０．１〜２０ｍｍが好ましく、０．１〜５ｍｍがより好ましい。
【００４８】
抵抗発熱体は、その幅や厚さにより抵抗値に変化を持たせることができるが、上記した範囲が最も実用的である。抵抗値は、薄く、また、細くなる程大きくなる。
【００４９】
また、抵抗発熱体をセラミック基板の底面に形成することにより、抵抗発熱体から発生した熱が伝搬していくうちに、セラミック基板全体に拡散し、加熱面の温度分布が均一化され、その結果、被加熱物の各部分における温度が均一化される。
【００５０】
抵抗発熱体は、断面が矩形であっても楕円であってもよいが、偏平であることが望ましい。偏平の方がウエハ加熱面に向かって放熱しやすいため、ウエハ加熱面の温度分布ができにくいからである。
断面のアスペクト比（抵抗発熱体の幅／抵抗発熱体の厚さ）は、１０〜５０００であることが望ましい。
この範囲に調整することにより、抵抗発熱体の抵抗値を大きくすることができるとともに、ウエハ加熱面の温度の均一性を確保することができるからである。
【００５１】
抵抗発熱体の厚さを一定とした場合、アスペクト比が上記範囲より小さいと、ヒータ板１１のウエハ加熱面方向への熱の伝搬量が小さくなり、抵抗発熱体のパターンに近似した熱分布がウエハ加熱面に発生してしまい、逆にアスペクト比が大きすぎると抵抗発熱体の中央の直上部分が高温となってしまい、結局、抵抗発熱体のパターンに近似した熱分布がウエハ加熱面に発生してしまう。従って、温度分布を考慮すると、断面のアスペクト比は、１０〜５０００であることが好ましいのである。
【００５２】
抵抗発熱体をセラミック基板の表面に形成する場合は、アスペクト比を１０〜２００とすることが望ましい。
抵抗発熱体は、セラミック基板の内部に形成する場合の方が、アスペクト比が大きくなるが、これは、抵抗発熱体を内部に設けると、ウエハ加熱面と抵抗発熱体との距離が短くなり、表面の温度均一性が低下するため、抵抗発熱体自体を偏平にする必要があるからである。
【００５３】
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の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。
【００５４】
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。
【００５５】
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、２種以上を併用する。面積抵抗率を５０ｍΩ／□以上にするためである。
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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、抵抗発熱体と窒化物セラミック等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。
【００５８】
導体ペーストには、上記したように、金属粒子に金属酸化物を添加し、抵抗発熱体を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望ましい。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、セラミック基板を構成する窒化物セラミックまたは炭化物セラミックと金属粒子とを密着させることができる。
【００５９】
金属酸化物を混合することにより、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックと密着性が改善される理由は明確ではないが、金属粒子表面や窒化物セラミック、炭化物セラミックの表面は、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、金属粒子と窒化物セラミックまたは炭化物セラミックとが密着するのではないかと考えられる。
【００６０】
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（Ｂ２Ｏ３）、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。
【００６１】
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、金属粒子と窒化物セラミックまたは炭化物セラミックとの密着性を改善することができるからである。
【００６２】
上記酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、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望ましい。
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、特に窒化物セラミックとの密着性を改善することができる。
【００６３】
面積抵抗率は、５０ｍΩ／□以上が望ましく、１００ｍΩ／□以上がより望ましい。５０ｍΩ／□以上では、金属被覆ができないからであり、本発明のような構成が有効だからである。
【００６４】
本発明では、上述のように、セラミック基板の底面に抵抗発熱体を形成した後、被覆層を形成せず空気中に露出させる。空気中に露出させることで、表面に酸化膜が不動態として形成され、高温での酸化反応を抑制することができるからである。
【００６５】
抵抗発熱体には、電源と接続するための外部端子が必要であり、この外部端子は、半田を介して抵抗発熱体に取り付けるが、この外部端子１３としては、例えば、コバール製のもの等が挙げられる。
【００６６】
接続端子を接続する場合、半田としては、銀−鉛、鉛−スズ、ビスマス−スズなどの合金を使用することができる。なお、半田層の厚さは、０．１〜５０μｍが好ましい。半田による接続を確保するのに充分な範囲だからである。
【００６７】
次に、本発明のセラミックヒータの製造方法について説明する。
（１）セラミック基板の製造工程
上述した窒化物セラミックまたは炭化物セラミックの粉末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。
【００６８】
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、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックでは、１０００〜２５００℃が好ましい。
【００６９】
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１９を支持するための支持ピンを挿入する貫通孔、リフターピン１６を挿通するための貫通孔１５、熱電対などの測温素子１８を埋め込むための有底孔１４を形成する。
【００７０】
（２）基板に導体ペーストを印刷する工程
導体ペーストは、一般に、金属粒子、樹脂、溶剤からなる粘度の高い流動物である。この導体ペーストをスクリーン印刷などを用い、抵抗発熱体を設けようとする部分に印刷を行うことにより、導体ペースト層を形成する。抵抗発熱体は、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の混成パターンに印刷することが望ましい。
導体ペースト層は、焼成後の抵抗発熱体の断面が、方形で、偏平な形状となるように形成することが望ましい。
【００７１】
（３）導体ペーストの焼成
基板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、金属粒子を焼結させて基板の底面に焼き付け、抵抗発熱体を形成する。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、基板および金属酸化物が焼結して一体化するため、抵抗発熱体と基板との密着性が向上する。
【００７２】
（４）形成された抵抗発熱体の端子部のみをニッケル、貴金属（金、白金、パラジウム、銀）等で被覆する。端子接続部分以外は露出させる。このために、抵抗発熱体の端子部以外の部分に、マスク層を形成しておき、端子部に被覆層を形成した後、マスク層を除去し、抵抗発熱体の他の部分を露出させる。
【００７３】
（５）外部端子等の取り付け
抵抗発熱体の回路の端部に電源との接続のための外部端子を半田を用いて取り付ける。また、有底孔１４に銀ろう、金ろうなどで熱電対を固定し、ポリイミド等の耐熱樹脂で封止し、セラミックヒータ１０の製造を終了する。
なお、本発明のセラミックヒータでは、セラミック基板の内部に静電電極を設けて静電チャックとしてもよく、セラミック基板の表面にチャップトップ導体層を設け、内部にガード電極やグランド電極を設けてウエハプローバとしてもよい。
【実施例】
【００７４】
以下、実施例に基づいて本発明を説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００７５】
（実施例１）ＳｉＣ製のセラミックヒータ（図１、２参照）の製造
（１）ＳｉＣ粉末（平均粒径：０．３μｍ）１００重量部、焼結助剤のＢ４Ｃを４重量部、アクリル系バインダ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。
【００７６】
（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）加工処理の終った生成形体を脱脂した後、温度：２１００℃、圧力：１８ＭＰａでホットプレスし、厚さが３ｍｍのＳｉＣ製の板状体を得た。
次に、この板状体の表面から直径２１０ｍｍの円板体を切り出し、表面をＲａ＝０．１μｍになるまで鏡面研磨し、セラミック基板１１とした。
【００７７】
（４）次に、テトラエチルシリケート２５重量部、エタノール３７．６重量部、塩酸０．３重量部からなる混合液を２４時間、攪拌しながら加水分解重合させたゾル溶液を、セラミック基板１１の底面にスピンコート法により塗布し、ついで８０℃で５時間乾燥させ、１０００℃で１時間焼成してＳｉＣ製のセラミック基板１１表面に厚さ２μｍのＳｉＯ２からなる絶縁層１８０を形成した。
【００７８】
絶縁層１８０の表面は、ほぼ鏡面であり、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１  Ｒａ＝０．１μｍであった。なお、面粗度は、表面形状測定器（ＫＡＬ・Ｔｅｎｃｏｒ社製  Ｐ−１１）により測定した。
【００７９】
この絶縁層１８０を有するセラミック基板１１にドリル加工を施し、シリコンウエハ１９の支持ピンを挿入する貫通孔１５、熱電対を埋め込むための有底孔１４（直径：１．１ｍｍ、深さ：２ｍｍ）を形成した。
【００８０】
（４）  上記（３）  の工程を経ることにより得られたセラミック基板１１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状と屈曲状の混成パターンとした。また、この印刷パターンの端部には、端子部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅを形成することとした。
ただし、抵抗発熱体形成領域の最外周が上記セラミック基板の側面から３０ｍｍになるようにした。
【００８１】
導体ペーストとしては、Ａｇ：５０．５重量％、Ｐｔ：７．４重量％、ＳｉＯ２：１．６重量％、Ｂ２Ｏ３：４．１重量％、ＺｎＯ：７．０重量％、ＰｂＯ：１．０重量％、ＲｕＯ：７．１重量％、樹脂バインダ：３．４重量％、溶剤：１７．９重量％からなるＡｇ−Ｐｔペーストを使用した。
【００８２】
（５）次に、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Ａｇ−Ｐｔを焼結させるとともに基板１１に焼き付け、抵抗発熱体１２を形成した。Ａｇ−Ｐｔの抵抗発熱体１２は、厚さが５μｍ、幅２．４ｍｍ、面積抵抗率が３００ｍΩ／□であった。
【００８３】
（６）次に、抵抗発熱体１２の端子部１３ａ〜１３ｆ以外の部分をマスクした後、このセラミック基板１１を、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の濃度の水溶液からなる無電解ニッケルめっき浴に浸漬し、抵抗発熱体１２の端子部１３ａ〜１３ｆの表面のみに厚さ１μｍの金属被覆層（ニッケル層）を析出させた。
【００８４】
（７）次に、この端子部１３ａ〜１３ｆに、スクリーン印刷により、銀−鉛半田ペースト（田中貴金属製）を印刷して半田層を形成した。
ついで、半田層の上にコバール製の外部端子１７を載置して、４２０℃で加熱リフローし、外部端子１７を半田層１７０を介して抵抗発熱体１２に取り付けた。
【００８５】
（８）温度制御のための熱電対を有底孔１４にはめ込み、セラミック接着剤（東亜合成社製  アロンセラミック）を埋め込んで固定しセラミックヒータ１０を得た。
【００８６】
（実施例２）ＡｌＮ製のホットプレートの製造（図１、２参照）
（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（Ｙ２Ｏ３：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１１．５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。
【００８７】
（２）次に、この顆粒状の粉末を断面が六角形状の金型に入れ、六角形の平板状に成形して生成形体（グリーン）を得た。
（３）加工処理の終った生成形体を温度：１８００℃、圧力：２００ｋｇ／ｃｍ２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、この焼結体から直径２１０ｍｍ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）とした。
この後、セラミック基板の底面に実施例１の場合と同様にゾル溶液を用い、セラミック基板表面に厚さ２μｍのＳｉＯ２からなる絶縁層１８０を形成した。
【００８８】
次に、絶縁層を形成したセラミック基板にドリル加工を施し、半導体ウエハの支持ピンを挿入する貫通孔１５、熱電対を埋め込むための有底孔１４（直径：１．１ｍｍ、深さ：２ｍｍ）を形成した。
【００８９】
（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、同心円状とした。
この導体ペーストは、Ａｇ−Ｐｔペーストであり、その組成は、Ａｇ：４９．２重量％、Ｐｔ：１７．６重量％、ＳｉＯ２：０．７重量％、Ｂ２Ｏ３：１．８重量％、ＺｎＯ：３．９重量％、ＰｂＯ：０．４重量％、ＲｕＯ：５．１重量％、樹脂バインダ：３．４重量％、溶剤：１７．９重量％であった。
【００９０】
（５）次に、Ａｇ−Ｐｔペーストを印刷したセラミック基板を７８０℃で加熱、焼成して、導体ペースト中のＡｇ、Ｐｔ等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。Ａｇ−Ｐｔの抵抗発熱体３２は、厚さが５μｍ、幅２．４ｍｍ、面積抵抗率が４５０ｍΩ／□であった。
【００９１】
（６）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の濃度の水溶液からなる無電解ニッケルめっき浴に、上記（５）で作製した焼結体の端子部を除いた部分をマスクして浸漬し、Ａｇ−Ｐｔの抵抗発熱体１２の端子部１３ａ〜１３ｆの表面に厚さ１μｍの金属被覆層（ニッケル層）を析出させた。
【００９２】
（７）次に、この端子部１３ａ〜１３ｆに、スクリーン印刷により、銀ろうペースト（田中貴金属社製）を印刷して銀ろう層を形成した。
ついで、銀ろう層の上にコバール製の外部端子を載置して、９００℃で加熱リフローし、外部端子を抵抗発熱体の表面に取り付け、続いて導電線を有するソケットを外部端子に取り付けた。
続いて、温度制御のための熱電対を有底孔１４にはめ込み、セラミック接着剤（東亜合成社製  アロンセラミック）を埋め込んで固定しセラミックヒータ０を得た。
【００９３】
（比較例１）
実施例２に準じた方法を用いてセラミックヒータを製造した。すなわち、Ａｇ−Ｐｔの抵抗発熱体３２上にガラスペースト（昭栄化学工業製  Ｇ−５１７７）を塗布して５２０℃に焼成し、表面をガラスでコーティングしたほかは、実施例２と同様にしてセラミックヒータを製造した。
【００９４】
実施例１、２および比較例１のホットプレートについて、３５０℃まで昇温した後、５８０時間またはそれ以上放置し、抵抗発熱体の抵抗変化率を測定した。図４、５は、上記抵抗発熱体の抵抗値の変化率を示したグラフである。
図４、５に示したように、実施例１、２では、抵抗変化率はほぼ５％以内であるが、比較例１では抵抗変化率は６００％を超えている。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明のセラミックヒータ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部分拡大断面図である。
【図３】図１に示したセラミックヒータの抵抗発熱体形成領域を示す平面図である。
【図４】実施例１、２におけるセラミックヒータの抵抗値の経時変化を示したグラフである。
【図５】比較例１におけるセラミックヒータの抵抗値の経時変化を示したグラフである。
【符号の説明】
【００９６】
１０  セラミックヒータ
１１  セラミック基板
１２（１２ａ〜１２ｄ）  抵抗発熱体
１３  端子部
１４  有底孔
１５  貫通孔
１６  タフターピン
１７  外部端子
１８  測温素子
１７０  半田層
１８０  絶縁層
【図１】
2004228095.tif 000003
【図２】
2004228095.tif 000004
【図３】
2004228095.tif 000005
【図４】
2004228095.tif 000006
【図５】
2004228095.tif 000007