(57)【要約】【課題】支持容器内が高温になっても、抵抗発熱体からの配線から漏電することのないホットプレートユニットを提供すること。【解決手段】セラミック基板の表面または内部に抵抗発熱体が形成され、上記抵抗発熱体の端部に外部端子が接続されてなるセラミックヒータと、それを支持するセラミック製の支持容器とを含んで構成されるホットプレートユニットであって、上記支持容器は、底部に貫通孔を有する有底円環形状又は有底多角形形状の支持部と、上記貫通孔形成部に接合された凸状体とからなり、上記支持容器を構成する支持部の底部には、複数の突起部が形成され、上記突起部を介して上記セラミックヒータが固定されるとともに、上記外部端子に接続された配線は、上記支持容器の上記凸状体を通って外部に導出されてなることを特徴とする。【選択図】          図１
2004296532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板の表面または内部に抵抗発熱体が形成され、前記抵抗発熱体の端部に外部端子が接続されてなるセラミックヒータと、それを支持する支持容器とを含んで構成されるホットプレートユニットであって、
前記支持容器は、底部に貫通孔を有する絶縁性の有底円環形状又は有底多角形形状の支持部と、前記貫通孔形成部に接合された絶縁性の凸状体とからなり、
前記外部端子に接続された配線は、前記支持容器の前記絶縁性の凸状体を通って外部に導出されてなることを特徴とするホットプレートユニット。
【請求項２】
前記セラミックヒータには、頭部およびねじ部を有する固定部材を挿通するための複数の固定用貫通孔が形成されるとともに、
前記支持容器を構成する支持部の底部に形成された突起部には、ねじ孔が形成され、
前記セラミックヒータは、前記突起部を介し、該セラミックヒータの前記固定用貫通孔に挿通された前記固定部材により前記支持容器に固定されてなる請求項１に記載のホットプレートユニット。
【請求項３】
前記セラミックヒータは、該セラミックヒータと前記固定部材との間に介装された弾性部材を介して突起部に固定されている請求項２に記載のホットプレートユニット。
【請求項４】
前記セラミックヒータの上面にはサセプタが載置され、前記サセプタを介して被加熱物を加熱する請求項１〜３のいずれかに記載のホットプレートユニット。
【請求項５】
前記サセプタの被加熱物を加熱する加熱面には、該被加熱物との間に空間を形成するために複数の突起が形成され、前記被加熱物は、所定の空間を介して加熱される請求項４に記載のホットプレートユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造・検査用装置に使用されるホットプレートユニットに関するものである。
【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、セラミックヒータが使用されていた。
【０００３】
セラミックヒータは、通常、支持容器に断熱リング等を介して固定されるか、支持容器内部に設けられた支持部材に固定されてホットプレートユニットとして使用され、半導体ウエハに導体回路を形成する等の処理を施す際には、ホットプレートユニットを構成するセラミック基板上に半導体ウエハ等を載置し、加熱を行いながら種々の処理を施していた。
【０００４】
上記支持容器は、従来、ステンレス鋼やアルミニウム合金等の金属で構成されており、有底円環形状をしていた（特許第３３４８７１２号公報）。
また、上記支持容器を構成する底板には、小さな貫通孔が形成されており、セラミックヒータに形成された抵抗発熱体等からの配線は、上記貫通孔を通って支持容器の外へと引き出されていた。
さらに、通常、上記配線等は、多数の筒状の碍子等に挿通され、多数の碍子をほぼ隙間なく連ねることにより、周囲に存在する抵抗率の低い支持容器との短絡を防止しようとしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記碍子同士は接合されておらず、上記碍子同士の連結部にはわずかに隙間が形成されており、この隙間が形成された部分では、絶縁部材（碍子）が介在することなく、直接、雰囲気ガスを挟んで支持容器が存在していた。また、雰囲気ガス自体も、温度が上昇するに伴って絶縁性が低下していく。従って、ホットプレートユニットを高い温度で使用する場合、上記隙間が形成され、かつ、抵抗発熱体からの配線と支持容器が接近している部分において、セラミック基板の温度上昇により、支持容器およびその周辺の温度が上昇すると、上記配線と上記支持容器との間で雰囲気ガスを介して電流が流れ、漏電が発生してしまうという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、支持容器内が高温になっても、抵抗発熱体からの配線から漏電することがないホットプレートユニットを提供することを目的とする。
【０００７】
すなわち、本発明のホットプレートユニットは、セラミック基板の表面または内部に抵抗発熱体が形成され、上記抵抗発熱体の端部に外部端子が接続されてなるセラミックヒータと、それを支持する支持容器とを含んで構成されるホットプレートユニットであって、
上記支持容器は、底部に貫通孔を有する絶縁性の有底円環形状又は有底多角形形状の支持部と、上記貫通孔形成部に接合された絶縁性の凸状体とからなり、
上記外部端子に接続された配線は、上記支持容器の上記絶縁性の凸状体を通って外部に導出されてなることを特徴とする。
【０００８】
本発明のホットプレートユニットによれば、支持容器によりセラミックヒータが支持、固定されており、上記セラミックヒータの底面と、支持容器との間に所定の空間が形成され、外部端子からの配線を、上記支持容器の底部からある程度の距離離して配設することができるようになるため、上記配線からの漏電を防止することができる。
【０００９】
なお、特公平６−２８２５８号に記載のセラミックヒータでは、供電用の電極を腐食性ガスから保護する凸状支持部を有しているが、凸状支持部は直接セラミックヒータの底面に接触している。このためセラミックヒータから凸状支持体へ熱が伝播し、セラミックヒータの加熱面の温度が中央部で低下してしまう。しかしながら、本発明では、有底円環形状の支持容器に凸状体が形成されているので、このような温度低下がない。
【００１０】
また、支持部の底部の貫通孔形成部に接合された絶縁性の凸状体を有するため、セラミックヒータから支持容器に伝播した熱は、さらに、上記絶縁性の凸状体を通って支持容器の下方に伝搬する。そのため、上記支持容器の支持部の温度が高くなりすぎるのを防止することができ、上記支持容器を構成するセラミックの体積抵抗率が低くなりすぎることを防止することができる。また、このように支持容器の温度が低下することにより、周囲の雰囲気ガスの温度も上昇しにくい。従って、抵抗発熱体に接続され、上記絶縁性の凸状体を通って外部に導出されている配線は、従来と同様に筒状の碍子で保護されているのみでも、支持容器への漏電を防止することができる。
【００１１】
以上説明のように、本発明では、凸状体を直接セラミックヒータに接触させるのではなく、支持容器を介して接続させるため、ヒータ加熱面に低温領域が形成されることはない。また、凸状体を利用して冷却することで、セラミックヒータ下の空間の温度が上昇しないようにすることができるため、支持容器への漏電を防止することができる。
【００１２】
本発明のホットプレートユニットでは、上記セラミックヒータには、頭部およびねじ部を有する固定部材を挿通するための固定用貫通孔が形成されるとともに、支持容器を構成する支持部の底部に形成された突起部には、ねじ孔が形成され、上記セラミックヒータは、突起部を介して該セラミックヒータの固定用貫通孔に挿通された固定部材により支持容器に固定されていることが望ましい。
上記固定部材を上記突起部に形成されたねじ孔にねじ込むことにより、セラミックヒータを支持容器に固定することができるからである。
【００１３】
また、本発明のホットプレートユニットでは、セラミックヒータは、該セラミックヒータと、上記固定部材との間に介装された弾性部材を介して突起部に固定されていることが望ましい。
セラミックヒータが、上記弾性部材を介さずに突起部に固定されると、上記セラミックヒータを加熱する際、セラミックヒータが熱膨張することにより、セラミック基板にひびやクラックが発生するおそれがあるが、本発明では、上記弾性部材を介して固定しているため、セラミックヒータが熱膨張しても、弾性部材の変形により大きな応力の発生を抑制することができ、セラミック基板にひびやクラックが発生するのを防止することができる。
弾性部材としては、シリコーンゴムなどの耐熱性ゴム、金属ばね、板状ばね、リング状ばねなどの各種ばねなどを使用することができる。
【００１４】
また、本発明のホットプレートユニットでは、セラミックヒータの上面にサセプタが載置され、上記サセプタを介して被加熱物を加熱することが望ましい。
サセプタを、セラミックヒータの上面に載置して使用することより、半導体ウエハ等の処理に起因するセラミック基板への汚染等を防止することができる。また、半導体ウエハ等の処理に起因して、サセプタに汚染物質等が付着した場合であっても、サセプタを取り外して洗浄を行うことにより、容易に汚染物質を取り除くことができるため、繰り返して使用することができる。
サセプタの材質は、石英ガラスが望ましい。石英ガラスは、窒化物セラミック等のセラミックに比べて熱伝導率が小さく、熱が保持されやすいため、上記サセプタの上面（加熱面）での外乱による温度のばらつきを小さくすることができる。なお、以下において、サセプタの上面（加熱面）のことを、単に、加熱面ともいうこととする。
また、窒化アルミニウムをサセプタとして使用することもできる。この場合は、熱伝導率が高いため、昇温速度、降温速度を向上させることができる。
さらに、サセプタとしては、窒化珪素などの窒化物セラミック、炭化珪素などの炭化物セラミック、アルミナなどの酸化物セラミック等を使用することができる。
【００１５】
さらに、上記サセプタの被加熱物を加熱する加熱面には、被加熱物との間に空間を形成するための複数の突起が形成され、上記被加熱物は、所定の空間を介して加熱されることが望ましい。
このように所定の空間を介して半導体ウエハ等を加熱することにより、サセプタからの熱が直接半導体ウエハに伝わらないため、半導体ウエハ等の被加熱物をより均一な温度で加熱することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
すなわち、本発明のホットプレートユニットは、セラミック基板の表面または内部に抵抗発熱体が形成され、上記抵抗発熱体の端部に外部端子が接続されてなるセラミックヒータと、それを支持する支持容器とを含んで構成されるホットプレートユニットであって、
上記支持容器は、底部に貫通孔を有する絶縁性の有底円環形状又は有底多角形形状の支持部と、上記貫通孔形成部に接合された絶縁性の凸状体とからなり、
上記支持容器を構成する支持部の底部には、複数の突起部が形成され、上記突起部を介して上記セラミックヒータが固定されるとともに、
上記外部端子に接続された配線は、上記支持容器の上記絶縁性の凸状体を通って外部に導出されてなることを特徴とする。
【００１７】
本発明のホットプレートユニットについて、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、有底円環形状の支持部を用いた場合について説明するが、有底多角形形状の支持部を用いても同様の作用効果を示す。また、絶縁性の凸状体として、柱状体を用いて説明する。
図１は、本発明のホットプレートユニットの一例を模式的に示した断面図であり、図２は、図１に示すホットプレートユニットを構成するセラミックヒータの一例を模式的に示す底面図である。また、図３は、図１に示すセラミックヒータの部分拡大断面図である。
【００１８】
図１に示すように、このホットプレートユニット１００は、主にセラミックヒータ１０と、セラミックヒータ１０を支持するための支持容器２０とから構成され、支持容器２０は、絶縁性の有底円環形状の支持部２１と、支持部２１に接合された絶縁性の柱状体２２とから構成されている。
また、支持部２１は、円環形状の外枠部２１ａと、外枠部２１ａの内側下部に形成された、貫通孔１４０と突起部２３とを有する底部２１ｂとから構成されており、貫通孔１４０形成部に絶縁性の柱状体２２が接合されるとともに、突起部２３には、ねじ孔（図示せず）が形成されている。
なお、柱状体は、円柱状や角柱状でもよく、また、中実（内部が充填された状態）でも中空（内部に空洞が形成された状態）でもよい。
【００１９】
一方、セラミックヒータ１０は、主に底面１１ｂに抵抗発熱体１２が形成されるとともに、外周近傍に固定用貫通孔１５が形成された円板状のセラミック基板１１と、セラミック基板１１の凹部１１ａに嵌め込まれたサセプタ２５とから構成されている。
【００２０】
そして、セラミックヒータ１０は、支持容器２０の底部２１ｂに形成された突起部２３を介し、セラミック基板１１の固定用貫通孔１５に挿通され、突起部２３のねじ孔にねじ込まれた固定部材１６により支持容器２０に固定されている。なお、セラミック基板１１に形成された固定用貫通孔１５は、２つの径の異なる孔が連通し、その間には、段部が形成されており、固定部材１６とセラミック基板１１とは、段部に引っ掛かるように載置された弾性部材１９を介して固定されている。
【００２１】
また、図１に示すように、セラミック基板１１の側面と、支持部２１の外枠部２１ａとが一定距離離れている。セラミック基板１１の側面と、支持部２１の外枠部２１ａとが接触していると、セラミックヒータ１０で発生した熱が外枠部２１ａに伝搬し、支持容器２０の温度が上昇してしまうが、その間に雰囲気ガスが存在していると、雰囲気ガスが断熱材の役目を果たし、伝熱を阻止するため、セラミック基板の外周部分の温度低下を防止することができるからである。なお、セラミック基板１１は、断熱リングを介して支持容器２０に固定されていてもよい。
【００２２】
セラミック基板１１の底面１１ｂに形成された複数の抵抗発熱体１２は、同心円形状に形成されている。これらの抵抗発熱体１２は、互いに近い二重の円心同士が一組の回路として、一本の線になるように形成され、これらの回路を組み合わせて、加熱面２５ａでの温度が均一になるように設計されている。
【００２３】
さらに、セラミック基板１１の底面１１ｂには、測温素子を挿入するための有底孔１４が形成され、この有底孔１４の内部に、リード線１８ａが接続された測温素子１８が埋設されており、リード線１８ａは、複数個の碍子１７０に挿通されている。
【００２４】
また、図示はしないが、抵抗発熱体１２には、酸化等を防止するために、必要により被覆層が形成されている。また、セラミック基板１１の内部には、抵抗発熱体１２の端部と接するように導体部１２ａが形成され、導体部１２ａには、ねじ溝を有する有底孔が形成されている。そして、この有底孔にねじ部を有する外部端子１３をねじ込むことにより、抵抗発熱体１２に外部端子１３が接続されるとともに、外部端子１３からの配線１７が導出され、これにより、外部端子１３を介して配線１７と抵抗発熱体１２との接続が図られている。また、この配線１７は、配線１７の短絡を防止するために、複数の柱状の碍子１７０に挿通されている（図３参照）。
さらに、この配線１７は、支持容器２０の柱状体２２を通って外部に引き出されるとともに、図示しない電源と接続されている。
【００２５】
セラミック基板１１上面の凹部１１ａに嵌め込まれたサセプタ２５には、複数個の突起２５ｂが設けられており、これにより、シリコンウエハ等をサセプタ２５の加熱面２５ａから、所定の距離離して加熱することができるようになっている。
【００２６】
このホットプレートユニット１００では、上記のように支持容器２０を構成する支持部２１の底部２１ｂに形成された複数の突起部２３を介して、固定部材１６により固定されているため、セラミック基板１１の底面１１ｂと、支持部２１の底部２１ｂとの間に所定の空間が形成されている。
従って、外部端子１３からの配線１７を底部２１ｂから離間して配設することができ、配線１７が碍子１７０により保護されていない部分からの漏電を防止することができる。
【００２７】
また、支持容器２０を構成する支持部２１の底部２１ｂには、絶縁性の柱状体２２が接合されているため、抵抗発熱体１２に電圧を印加してセラミックヒータ１０を加熱することにより、セラミックヒータ１０から支持容器２０に伝搬した熱は、柱状体２２を通って支持容器２０の下方に伝搬する。
このため、支持容器２０およびその周囲の雰囲気ガスの温度が高くなりすぎることを防止することができるとともに、支持容器２０を構成するセラミックの体積抵抗率が低くなりすぎることを防止することができる。
従って、抵抗発熱体１２に接続され、絶縁性の柱状体２２を通って外部に導出されている配線１７は、従来と同様に筒状の碍子１７０で保護されているのみでも、支持容器２０への漏電を防止することができる。
【００２８】
本発明のホットプレートユニットにおいて、上記支持容器の材質は、セラミックであれば、特に限定されないが、石英ガラス製であることが望ましい。石英ガラスは、本発明のホットプレートユニットにおいて、望ましい熱伝導率を有しているからである。支持容器を構成するセラミックの熱伝導率が高すぎると、突起部を介して支持容器に伝搬する熱が多くなり、加熱面において温度のばらつきが発生してしまい、一方、熱伝導率が低すぎると、支持容器の温度が高くなりすぎてしまうからである。
なお、上記支持容器を構成する支持部および柱状体の材質は、同じ材質を用いてもよく、異なる材質を用いてもよい。また、支持部および柱状体は、一体に形成されていてもよく、別々に作製され、ガラス等の接着材を用いて接着されていてもよい。また、加熱等により、支持部と柱状体とを直接接合させてもよい。
【００２９】
さらに、上記支持容器を構成する支持部は、外枠部と底部とが、一体化されていてもよく、底部が外枠部に連結固定されていてもよいが、外枠部と底部とが、一体的に形成されていることが望ましい。支持容器全体の強度を確保することができるからである。
上記支持部の厚さの好ましい下限値は、２．０ｍｍであり、好ましい上限値は、２０ｍｍである。２．０ｍｍ未満では、強度に乏しく、２０ｍｍを超えると熱容量が大きくなるからである。
【００３０】
さらに、上記支持容器を構成する柱状体は、円筒形状であることが望ましく、その厚さは、２．０〜２０ｍｍであることが望ましい。２．０ｍｍ未満では、強度に乏しく、２０ｍｍを超えると熱容量が大きくなるからである。
また、柱状体の直径は、３０〜８０ｍｍであることが望ましい。
【００３１】
上記固定部材としては、頭部およびねじ部を有するものであれば特に限定されないが、上記頭部の上面が平坦な形状であることが望ましい。セラミックヒータを上記固定部材により固定する際、上記頭部がセラミック基板の上面より上方に突出しないようにすることができるからである。上記頭部がセラミック基板の上面に突出した状態で、サセプタを載置させると、加熱面を水平に保つことができない。
また、上記固定部材の材質としては特に限定されないが、強度、耐蝕性等から、セラミックスが望ましい。
【００３２】
また、上記固定用貫通孔に挿通された上記固定部材は、該固定用貫通孔との間に隙間を空けて挿通されていることが望ましい。隙間を空けて挿通することにより、セラミックヒータを加熱する際、セラミックが熱膨張することにより、セラミック基板の上記固定用貫通孔近傍に、ひびやクラック等が発生するのを防止することができる。
なお、上記固定用貫通孔は、セラミック基板の中心に対して対称で、かつ、同一円周上に等間隔で複数個配列することが望ましい。上記突起部にかかる荷重が一定となるからである。
【００３３】
上記弾性部材の形状としては特に限定されないが、例えば、図９（ａ）に示すような、コイル状の弾性部材１８０であってもよいし、図９（ｂ）に示すような板ばね状の弾性部材１９０であってもよい。また、上記弾性部材の材質としては、特に限定されないが、弾性率の高い金属等が望ましい。
上記弾性部材を介して固定することにより、セラミックヒータを加熱する際、セラミックが熱膨張することにより、セラミック基板にひびやクラック等が発生するのを防止することができる。
【００３４】
上記サセプタをセラミックヒータの上面に載置させる方法としては、特に限定されないが、図１に示すように、上記セラミックヒータの上面に凹部を形成し、上記凹部に嵌め込むように載置させる方法が望ましい。振動等による、上記サセプタの位置ずれ等を防止することができるからである。また、サセプタに貫通孔を形成し、ピンをこの貫通孔に挿通させてセラミックヒータの上面に形成した凹部にはめこむことで、サセプタの位置ずれ等を防止することもできる。
上記サセプタの厚さは、１．０〜２０ｍｍであることが望ましい。
【００３５】
本発明のホットプレートユニットにおける、セラミック基板の直径の好ましい下限値は２００ｍｍであり、より好ましい下限値は２５０ｍｍである。このような大きな直径を持つ基板は、大口径の半導体ウエハを載置することができるからである。
また、上記セラミック基板の厚さの好ましい上限値は、２５ｍｍである。上記セラミック基板の厚さが２５ｍｍを超えると、温度追従性が低下するからである。また、その厚さの好ましい下限値は、０．５ｍｍある。０．５ｍｍより薄いと、セラミック基板の強度自体が低下するため破損しやすくなる。さらに、上記セラミック基板の厚さのより好ましい下限値は、１．５ｍｍであり、より好ましい上限値は、５ｍｍである。５ｍｍより厚くなると、熱が伝搬しにくくなり、加熱の効率が低下する傾向が生じ、一方、１．５ｍｍ以下であると、セラミック基板中を伝搬する熱が充分に伝導しないため、加熱面に温度のばらつきが発生することがあり、また、セラミック基板の強度が低下して破損する場合があるからである。
【００３６】
上記セラミックヒータ１０において、セラミック基板１１には、セラミック基板１１の底面１１ｂからサセプタ２５の加熱面２５ａに向けて有底孔１４を設けるとともに、有底孔１４の底を抵抗発熱体１２よりも相対的に凹部１１ａの近くに形成し、この有底孔１４に熱電対等の測温素子１８を設けることが望ましい。
【００３７】
また、有底孔１４の底と凹部１１ａとの距離は、０．１ｍｍ〜セラミック基板の厚さの１／２であることが望ましい。
これにより、測温場所が抵抗発熱体１２よりも凹部１１ａに近くなり、より正確な半導体ウエハの温度の測定が可能となるからである。
有底孔１４の底と凹部１１ａとの距離が０．１ｍｍ未満では、放熱しやすくなり、加熱面２５ａに温度分布が形成され、厚さの１／２を超えると、抵抗発熱体の温度の影響を受けやすくなり、温度制御できなくなり、やはり加熱面２５ａに温度分布が形成されてしまうからである。
【００３８】
有底孔１４の直径は、０．３ｍｍ〜５ｍｍであることが望ましい。これは、大きすぎると放熱性が大きくなり、また、小さすぎると加工性が低下して加熱面２５ａとの距離を均等にすることができなくなるからである。
【００３９】
有底孔１４は、図２に示したように、セラミック基板１１の中心に対して対称で、かつ、十字を形成するように複数配列することが望ましい。これは、加熱面全体の温度を測定することができるからである。
【００４０】
上記測温素子としては、例えば、熱電対、白金測温抵抗体、サーミスタ等が挙げられる。
また、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型熱電対等が挙げられるが、これらのなかでは、Ｋ型熱電対が好ましい。
【００４１】
上記熱電対の接合部の大きさは、素線の径と同じか、または、それよりも大きく、０．５ｍｍ以下であることが望ましい。これは、接合部が大きい場合は、熱容量が大きくなって応答性が低下してしまうからである。なお、素線の径より小さくすることは困難である。
【００４２】
上記測温素子は、金ろう、銀ろうなどを使用して、有底孔１４の底に接着させたり、ねじ、ばねなどで押さえつけて有底孔１４の底に固定、接触させたりしてもよく、また、有底孔１４に挿入した後、耐熱性樹脂、セラミック系接着剤等の封止材で封止してもよい。これらを併用してもよい。
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。上記セラミック系接着剤としては、例えば、アロンセラミック（東亞合成社製）などが挙げられる。これらの封止材は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００４３】
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。
【００４４】
本発明のセラミックヒータを構成するセラミックは、窒化物セラミック、炭化物セラミックまたは酸化物セラミックであることが望ましい。
窒化物セラミック、炭化物セラミックおよび酸化物セラミックは、熱膨張係数が金属よりも小さく、機械的な強度が金属に比べて格段に高いため、セラミック基板の厚さを薄くしても、加熱により反ったり、歪んだりしない。そのため、セラミック基板を薄くて軽いものとすることができる。さらに、セラミック基板の熱伝導率が高く、セラミック基板自体が薄いため、セラミック基板の表面温度が、抵抗発熱体の温度変化に迅速に追従する。即ち、電圧、電流値を変えて抵抗発熱体の温度を変化させることにより、セラミック基板の表面温度を制御することができるのである。
【００４５】
上記窒化物セラミックとしては、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。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。
【００４６】
また、炭化物セラミックとしては、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。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。
【００４７】
さらに、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。
【００４８】
これらのなかでは、窒化アルミニウムが最も好ましい。熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高く、温度追従性に優れるからである。
【００４９】
なお、本発明のホットプレートユニットにおいて、セラミック基板として窒化物セラミック、炭化物セラミックまたは酸化物セラミック等を使用する際、必要により、表面に絶縁層を形成してもよい。窒化物セラミックは酸素を含有すること等により、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、絶縁層を形成することにより、高温時あるいは不純物を含有していても回路間の短絡を防止して温度制御性を確保できるからである。
【００５０】
上記絶縁層としては、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、コージェライト、ベリリア等を使用することができる。
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て乾燥、焼成を行ったり、スパッタリング、スプレーコート、ＣＶＤ等で形成してもよい。また、セラミック基板表面を酸化処理して酸化物層を設けてもよい。
【００５１】
上記絶縁層は、０．１〜１０００μｍであることが望ましい。０．１μｍ未満では、絶縁性を確保できず、１０００μｍを超えると抵抗発熱体からセラミック基板への熱伝導性を阻害してしまうからである。
さらに、上記絶縁層の体積抵抗率は、上記セラミック基板の体積抵抗率の１０倍以上（同一測定温度）であることが望ましい。１０倍未満では、回路の短絡を防止できないからである。
【００５２】
また、上記セラミック基板は、カーボンを含有し、その含有量は、２００〜５０００ｐｐｍであることが望ましい。電極を隠蔽することができ、また黒体輻射を利用しやすくなるからである。
【００５３】
なお、上記セラミック基板は、明度がＪＩＳ  Ｚ  ８７２１の規定に基づく値でＮ６以下のものであることが望ましい。この程度の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。
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。
【００５４】
また、セラミック基板の表面に抵抗発熱体を設ける場合は、加熱面は抵抗発熱体形成面の反対側であることが望ましい。セラミック基板が熱拡散の役割を果たすため、加熱面の温度均一性を向上させることができるからである。
【００５５】
本発明のホットプレートユニットにおいては、金属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、これを焼き付け、セラミック基板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。
【００５６】
セラミック基板の表面に抵抗発熱体を形成する場合、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。
さらに、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。
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。
【００５７】
抵抗発熱体の形成位置をこのように設定することにより、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伝導し、被加熱物（半導体ウエハ）を加熱する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。
【００５８】
また、上記セラミックヒータにおける抵抗発熱体のパターンとしては、図２に示したパターンに限らず、例えば、渦巻き状のパターン、偏心円状のパターン、屈曲線の繰り返しパターン等も用いることができる。また、これらは併用してもよい。
また、最外周に形成された抵抗発熱体パターンを、円周方向に分割されたパターンとすることで、温度が低下しやすいセラミックヒータの最外周で細かい温度制御を行うことが可能となり、セラミックヒータの温度のばらつきを抑えることが可能である。さらに、円周方向に分割された抵抗発熱体のパターンは、セラミック基板の最外周に限らず、その内部にも形成してもよい。
【００５９】
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。偏平の方が加熱面に向かって放熱しやすいため、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、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。
【００６０】
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、セラミック基板の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。
本発明のホットプレートユニットを構成するセラミックヒータにおいては、アスペクト比を１０〜２００とすることが望ましい。
【００６１】
また、抵抗発熱体を形成する際に用いる、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。
【００６２】
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く、中でも、貴金属（金、銀、白金、パラジウム）がより好ましい。また、これらは、単独で用いてもよいが、２種以上を併用することが望ましい。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。
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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、セラミック基板であ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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
上記金属酸化物の金属粒子に対する添加量は、０．１重量％以上１０重量％未満が好ましい。
【００７１】
また、抵抗発熱体として金属箔や金属線を使用することもできる。上記金属箔としては、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。
【００７２】
また、抵抗発熱体を形成した際の面積抵抗率は、０．１ｍΩ〜１０Ω／□が好ましい。面積抵抗率が０．１ｍΩ／□未満の場合、発熱量を確保するために、抵抗発熱体パターンの幅を０．１〜１ｍｍ程度と非常に細くしなければならず、このため、パターンのわずかな欠け等で断線したり、抵抗値が変動し、また、面積抵抗率が１０Ω／□を超えると、抵抗発熱体パターンの幅を大きくしなければ、発熱量を確保できず、その結果、パターン設計の自由度が低下し、加熱面の温度を均一にすることが困難となるからである。
【００７３】
セラミック基板の表面に抵抗発熱体を形成する場合は、抵抗発熱体の表面部分に、被覆層が設置されていることが望ましい。内部の金属焼結体が酸化等されて抵抗値が変化するのを防止するためである。形成する被覆層の厚さは、０．１〜１０μｍが好ましい。
【００７４】
被覆層を金属で形成する際に使用される金属は、非酸化性の金属であれば特に限定されないが、具体的には、例えば、金、銀、パラジウム、白金、ニッケルなどが挙げられる。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。これらのなかでは、ニッケルが好ましい。また、被覆層は、ガラスで形成してもよい。
【００７５】
本発明のホットプレートユニットにおいて、上記外部端子の接続方法としては、特に限定されないが、例えば、半田やろう材を介して接続する方法や、上述したように上記外部端子にねじ部を設け、ねじ込んで接続する方法等を挙げることができる。半田やろう材を介して接続する場合、劣化による破損のおそれがあるが、外部端子をねじ込む方法の場合、このような劣化のおそれがなく、強固な接続が可能となる。
さらに、上記外部端子の材質についても、良電性の材質であれば特に限定されず、例えば、ニッケル、コバール等の金属が挙げられる。
【００７６】
次に本発明のホットプレートユニットの他の一例について、図面に基づいて説明する。
図４は、本発明のホットプレートユニットの他の一例を模式的に示した断面図であり、図５は、図４に示すホットプレートユニットを構成するセラミックヒータの一例を模式的に示す底面図である。また、図６（ａ）は、図５に示すセラミックヒータの部分拡大断面図であり、また、図６（ｂ）は、図５に示すセラミックヒータの別の一例を模式的に示す部分拡大断面図である。
【００７７】
図４に示すホットプレートユニット２００では、図５、６（ａ）に示した構成のセラミックヒータ３０が、図１に示したホットプレートユニット１００と同様に、頭部と先端部にねじ部とを有する断面視Ｔ字形状の固定部材１６がセラミック基板３０に形成された固定用貫通孔３５に挿通され、支持容器２０にねじこまれることにより固定されている。
【００７８】
ホットプレートユニット２００を構成するセラミックヒータ３０には、図５に示すように、円板状のセラミック基板３１の内部に、一の回路からなる抵抗発熱体３２が埋設されている。この抵抗発熱体３２は、セラミック基板３１の全体に形成された複数の同心円に近似したパターンのものからなり、上記同心円が一又は複数の部分で切断され、かつ、隣り合う同心円同士が互い違いに接続されることにより、全体が一の回路として繋がるように構成されている。なお、セラミック基板に形成される抵抗発熱体は、図５に示すような一の回路からなるものであってもよく、複数の回路からなるものであってもよい。
【００７９】
また、セラミック基板３１の内部に形成された抵抗発熱体３２の端部の直下には、スルーホール４０が配設されるとともに、スルーホール４０には、その底部にねじ孔３６が形成されており、ねじ部を有する外部端子３３がねじ込まれている。
さらに、外部端子３３に接続された配線１７は、電源（図示せず）と接続されているため、これにより、スルーホール４０を介して、抵抗発熱体３２と電源との接続が図られるようになっている。
【００８０】
なお、ホットプレートユニット２００のその他の部分については、ホットプレートユニット１００と同様の構成であるため、その説明を省略する。
【００８１】
このように、ホットプレートユニット２００では、セラミック基板３１の内部に抵抗発熱体３２が形成され、抵抗発熱体３２の端部が、スルーホール４０を介して外部端子３３と接続されており、支持容器２０の支持部２１の底部２１ｂに形成された突起部２３を介して、セラミックヒータ３０が固定されるとともに、外部端子３３に接続された配線１７が、支持容器２０の柱状体２２を通って外部に導出されている。
【００８２】
図６（ｂ）は、本発明のホットプレートユニットを構成するセラミックヒータの別の一例を模式的に示す部分拡大断面図である。
このセラミックヒータでは、抵抗発熱体４２と、抵抗発熱体４２の直下に形成されたスルーホール５０とが、共にセラミック基板４１の内部に形成されているとともに、セラミック基板４１の底面には、スルーホール５０の一部を露出させるねじ孔が設けられており、ねじ部を有する外部端子４３がねじ込まれている。
外部端子４３に接続された配線１７は、電源（図示せず）と接続されているため、これにより、スルーホール５０を介して、抵抗発熱体４２と電源との接続が図られるようになっている。
【００８３】
本発明のホットプレートユニットにおいて、セラミック基板の内部に抵抗発熱体を形成する場合、抵抗発熱体は、セラミック基板の底面から厚さ方向に６０％以下の位置に形成されていることが望ましい。６０％を超えると、セラミック基板の上面に近すぎるため、加熱面に温度のばらつきが発生してしまうからである。
【００８４】
また、セラミック基板の内部に抵抗発熱体を形成する場合、抵抗発熱体形成層を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どこかの層に抵抗発熱体が形成され、加熱面の上方から見ると、どの領域にもパターンが形成されている状態が望ましい。このような構造としては、例えば、互いに千鳥の配置になっている構造が挙げられる。
なお、抵抗発熱体をセラミック基板の内部に設け、かつ、その抵抗発熱体を一部露出させてもよい。
【００８５】
また、セラミック基板の内部に抵抗発熱体が形成されている場合は、抵抗発熱体の厚さは、１〜５０μｍが望ましく、抵抗発熱体の幅は、０．２〜３０ｍｍが望ましい。
【００８６】
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。抵抗発熱体は、セラミック基板の内部に形成した場合の方が、厚み、幅とも大きくなるが、抵抗発熱体を内部に設けると、セラミック基板の上面と抵抗発熱体との距離が短くなり、表面の温度の均一性が低下するため、抵抗発熱体自体の幅を広げる必要があり、また、内部に抵抗発熱体を設けるために、窒化物セラミック等との密着性を考慮する必要性がないため、タングステン、モリブデン等の高融点金属やタングステン、モリブデン等の炭化物を使用することができ、抵抗値を高くすることが可能となるため、断線等を防止する目的で厚み自体を厚くしてもよい。そのため、抵抗発熱体は、上記した厚みや幅とすることが望ましい。
【００８７】
また、上記抵抗発熱体のアスペクト比は２００〜５０００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した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、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。
【００８８】
なお、抵抗発熱体をセラミック基板の内部に形成する場合には、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。抵抗発熱体をセラミック基板内部に形成する場合、抵抗発熱体の一部が表面に露出していてもよく、抵抗発熱体を接続するためのスルーホールが端子部分に設けられ、このスルーホールに端子が接続、固定されていてもよい。
【００８９】
なお、上記以外のセラミックヒータの形状、材質等に関しては、図１、４に示したセラミックヒータと同様であるため、その説明を省略することとする。
【００９０】
以上、ホットプレートユニットについて説明したが、本発明のホットプレートユニットを構成するセラミックヒータは、セラミック基板の表面または内部に抵抗発熱体を設けるとともに、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とすることができる。また、表面にチャック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ることにより、ウエハプローバに使用されるチャックトップ板とすることができる。
【００９１】
次に、図１に示した本発明のホットプレートユニットの製造方法の一例について図７に基づいて説明する。
（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や炭化珪素等のセラミック粉末に必要に応じてイットリア（Ｙ２Ｏ３）やＢ４Ｃ等の焼結助剤、Ｎａ、Ｃａを含む化合物、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。
【００９２】
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を作成するが、このとき、サセプタ２５を載置させるための凹部１１ａを形成しておく。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、窒化物セラミックや炭化物セラミックでは、１０００〜２５００℃である。また、酸化物セラミックでは、１５００〜２０００℃である。
【００９３】
さらに、ドリル加工を施し、熱電対等の測温素子を埋め込むための有底孔１４、固定部材１６を挿通するための固定用貫通孔１５、および、導体部１２ａを形成するための凹部を形成する（図７（ａ）参照）。さらに、凹部に導体を充填し、導体部１２ａを形成する。
【００９４】
（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等を用い、抵抗発熱体１２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。
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望ましい。
【００９５】
（３）導体ペーストの焼成
セラミック基板１１の底面１１ｂ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、金属粒子を燒結させ、セラミック基板１１の底面１１ｂに焼き付け、抵抗発熱体１２を形成する（図７（ｂ）参照）。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酸化物を添加しておくと、金属粒子、セラミック基板および酸化物が焼結して一体化するため、抵抗発熱体１２とセラミック基板１１との密着性が向上する。
【００９６】
（４）被覆層の形成
次に、抵抗発熱体１２の表面を保護するために、被覆層（図示せず）を形成する。被覆層は、電解めっき、無電解めっき等により抵抗発熱体１２の表面に金属被覆層を形成するか、ガラス絶縁層を抵抗発熱体１２に印刷して形成する。量産性を考慮すると、無電解めっきによる金属被覆層が最適である。
【００９７】
（５）ネジ穴の形成、外部端子等の取り付け
次に、抵抗発熱体の端部および導体部１２ａに、外部端子１３を固定するためのねじ孔を形成する。ねじ孔は、ドリル加工やサンドブラスト等のブラスト処理により、導体部１２ａに有底孔を形成した後、この有底孔の壁面にネジ溝を切ることにより、形成することができる。
外部端子１３を導体部１２ａに形成されたねじ孔にねじ込むことにより、外部端子１３をセラミック基板１１に取り付ける（図７（ｃ）参照）。これにより、外部端子１３が抵抗発熱体１２と接続されることとなる。
【００９８】
（６）サセプタの製造
所定の位置に突起が形成された平板形状の石英ガラスまたはセラミックの板状体を、所定の円板形状に切り出し、研磨することにより、突起２５ｂを有するサセプタ２５を製造する。
【００９９】
（７）支持容器の製造
次に、図１に示したような支持容器２０を製造する。
支持容器２０は、石英ガラスで構成されていることが望ましく、また、支持容器２０の支持部２１は、有底円環形状であり、外枠部と底部とを一体的に形成することが望ましい。また、支持容器２０の柱状体２２は、円筒形状であることが望ましい。
柱状体２２の上部にガラス質接着剤を塗布した後、支持部２１の底部２１ｂの貫通孔形成部に、柱状体２２を密着させ、１５００〜１７００℃で加熱し、一定の圧力で支持部２１に押し付けることにより接着させ、支持部２１と柱状体２２とを一体化させた支持容器２０を製造する。
【０１００】
（８）ホットプレートユニットの組み立て
図１に示すように、セラミックヒータ１０を、底部２１ｂに形成された突起部２３を介して、支持容器２０に固定する。その際、セラミックヒータ１０と固定部材１６との間に弾性部材１９を介装し、突起部２３に形成されたねじ孔に、ねじ部を有する固定部材１６をねじ込むことにより、セラミックヒータ１０を支持容器２０に固定する。
その後、セラミック基板１１の凹部１１ａに、サセプタ２５を嵌め込むことにより、載置させる。
そして、外部端子１３からの配線１７、および、測温素子１８からのリード線１８ａを、支持容器２０の柱状体２２の内部を通って外部に導出されるように引き出すことにより、ホットプレートユニット１００の製造を完了する。
【０１０１】
次に、図４に示した本発明のホットプレートユニットの製造方法の一例について図８に基づいて説明することとする。
【０１０２】
（１）セラミック基板の作製工程
ます、窒化物セラミック等の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整し、これを用いてグリーンシート３００を作製する。
【０１０３】
上述した窒化物セラミック等のセラミック粉末としては、窒化物セラミック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、Ｎａ、Ｃａを含む化合物等を加えてもよい。
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。
【０１０４】
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。
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を作製する。
グリーンシートの厚さは、０．１〜５ｍｍが好ましい
【０１０５】
（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３００上に、抵抗発熱体３２を形成するための金属粒子または導電性セラミックを含む導体ペーストを印刷するか、又は、成形したパターンをはさむことにより導体層３２０を形成し、貫通孔にスルーホール４０用の導体ペースト充填層４００を形成する。
【０１０６】
これらの導体ペースト中に含まれる導性セラミック粒子としては、タングステンまたはモリブデンの炭化物が最適である。酸化しにくく、熱伝導率が低下しにくいからである。また、金属粒子としては、例えば、タングステン、モリブデン、白金、ニッケルなどを使用することができる。導電性セラミック粒子、金属粒子の平均粒子径は、０．１〜５μｍが好ましい。平均粒子径が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。
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重量部混合した組成物（ペースト）が挙げられる。
【０１０７】
（３）グリーンシートの積層工程
導体ペーストを印刷していないグリーンシート３００を、導体ペーストを印刷したグリーンシート３００の上側に積層する（図８（ａ）参照）。
このとき、導体ペーストを印刷したグリーンシート３００が積層したグリーンシートの厚さに対して、底面から６０％以下の位置になるように積層する。
具体的には、上側のグリーンシートの積層数は２０〜５０枚が好ましい。
【０１０８】
（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、グリーンシートおよび内部の導体ペーストを焼結させる。
また、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。
【０１０９】
次に、得られた焼結体に、熱電対などの測温素子を埋め込むための有底孔３４、抵抗発熱体３２を外部端子３３と接続するためのスルーホール４０、サセプタ２５を載置させるための凹部１１ａ等を形成する。（図８（ｂ）参照）
【０１１０】
上述の有底孔３４を形成する工程は、上記グリーンシート積層体に対して行ってもよいが、上記焼結体に対して行うことが望ましい。焼結過程において、変形するおそれがあるからである。
【０１１１】
なお、有底孔３４、固定用貫通孔３５は、表面研磨後に、ドリル加工により形成することができる。
【０１１２】
（５）ネジ穴の形成
次に、スルーホール４０の底面に、外部端子３３を固定するためのねじ孔３６を形成する。ねじ孔３６は、ドリル加工により、スルーホール４０の底面に有底孔を形成した後、この有底孔の壁面にネジ溝を切ることにより、形成することができる。
【０１１３】
（６）外部端子等の取り付け
外部端子３３をスルーホール４０の底面に形成されたねじ孔３６にねじ込むことにより、外部端子３３をセラミック基板３１に取り付ける。これにより、外部端子３３がスルーホール４０を介して、抵抗発熱体３２と接続されることとなる。（図８（ｃ）参照）
【０１１４】
（７）サセプタの製造、支持容器の製造、ホットプレートユニットの組み立て
そして、図１に示す本発明のホットプレートユニットの製造方法における（６）、（７）および（８）と同様の方法により、支持容器２０を製造した後、セラミックヒータ３０を支持容器に支持、固定し、配線１７を、柱状体２２の内部を通って外部に導出されるように引き出すことにより、ホットプレートユニット２００の製造を完了する。
【０１１５】
【実施例】
以下に実施例を掲げて本発明を詳しく説明するが、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
【０１１６】
（実施例１）
ホットプレートユニット（図１〜３および図７参照）の製造
（１）窒化アルミニウム粉末（平均粒径：０．６μｍ）１００重量部、イットリア（平均粒径：０．４μｍ）４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。
【０１１７】
（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。
【０１１８】
（３）次に、この生成形体を窒素ガス中、６００℃で４時間脱脂した後、１８００℃、圧力：２０ＭＰａで１０時間ホットプレスし、厚さが６ｍｍの窒化アルミニウム板状体を得た。
次に、この板状体から直径３３０ｍｍ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。このセラミック基板１１にドリル加工を施し、熱電対を埋め込むための有底孔１４、固定部材１６を挿通するための固定用貫通孔１５、および、導体部１２ａを形成するためのねじ山を持つ凹部を形成し（図７（ａ）参照）、この凹部に導体からなるねじをはめ込んで導体部１２ａを形成した。また、レジンボンド砥石によるＮＣ研削により、石英ガラス製のサセプタ２５を載置させるための深さ３ｍｍの凹部１１ａを形成した。
【０１１９】
（４）上記（３）で得たセラミック基板１１に、スクリーン印刷にて導体ペースト層を形成した。印刷パターンは、図２に示したような、同心円形状からなる抵抗発熱体が複数形成されているパターンとした。
上記導体ペーストとしては、Ａｇ４８重量％、Ｐｔ２１重量％、ＳｉＯ２１．０重量％、Ｂ２Ｏ３２．２重量％、ＺｎＯ４．１重量％、ＰｂＯ３．４重量％、酢酸エチル３．４重量％、ブチルカルビトール１７．９重量％からなる組成のものを使用した。
この導体ペーストは、Ａｇ−Ｐｔペーストであり、銀粒子は、平均粒径が４．５μｍで、リン片状のものであった。また、Ｐｔ粒子は、平均粒子径０．５μｍの球状であった。
【０１２０】
（５）さらに、発熱体パターンの導体ペースト層を形成した後、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セラミック基板１１に焼き付け、抵抗発熱体１２を形成した。（図７（ｂ）参照）抵抗発熱体１２は、厚さが５μｍ、幅が２．４ｍｍ、面積抵抗率が７．７ｍΩ／□であった。
【０１２１】
（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）で作製したセラミック基板１１を浸漬し、Ａｇ−Ｐｔの抵抗発熱体１２の表面に厚さ１μｍの金属被覆層（ニッケル層）を析出させた。
【０１２２】
（７）抵抗発熱体１２の端部および導体部１２ａの底面に、ドリル加工により、直径５ｍｍ、深さ５ｍｍの有底孔を形成した後、この有底孔の内壁面にねじ溝を切ることにより、導体部１２ａの底面にねじ孔を形成した。
次に、外部端子１３をねじ孔にねじ込み、外部端子１３をセラミック基板１１に固定した。（図７（ｃ）参照）
【０１２３】
（８）ＧＥ  Ｑｕａｒｔｚ社製の石英ガラス有底円環形状の支持部２１（外径  ３６０ｍｍ、内径３５０ｍｍ、高さ２６ｍｍ、底部厚さ５ｍｍ）と同社製石英ガラス柱状体（外径８０ｍｍ、内径７０ｍｍ、長さ１９０ｍｍ）を空気中、１６００℃で加熱して接合し、図１に示すような支持部２１に柱状体２２が接合された支持容器２０を製造した。
【０１２４】
（９）上記（１）〜（７）の工程により、製造されたセラミックヒータ１０を、（８）の工程により製造された支持容器２０に、突起部２３を介して固定した。その際、セラミックヒータ１０と固定部材１６との間に弾性部材１９を介装し、突起部２３に形成されたねじ孔に、ねじ部を有する固定部材１６をねじ込むことにより、セラミックヒータ１０を支持容器２０に固定した。
その後、セラミック基板１１の凹部１１ａに、石英ガラス製のサセプタ２５を嵌め込んで載置させた。
そして、配線１７および測温素子１８からのリード線１８ａを、柱状体２２の内部を通って外部に導出されるように引き出し、ホットプレートユニット１００の製造を完了した。
【０１２５】
（実施例２）
ホットプレートユニット（図４〜６および図８参照）の製造
（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径０．６μｍ）１００重量部、アルミナ４重量部、アクリル系樹脂バインダ１１．５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り成形を行って、厚さ０．４７ｍｍのグリーンシートを作製した。
【０１２６】
（２）次に、このグリーンシートを８０℃で５時間乾燥させた後、スルーホール４０となる部分をパンチングにより設けた。
【０１２７】
（３）タングステンカーバイド（アライドマテリアル製  ＷＣ−１０）１００００重量部、アクリル系バインダ（三井化学製  ＳＡ−５４５）１５０９重量部、可塑剤（黒金化成製  ＤＯＡ）１７５重量部、分散剤（共栄社化学製  Ｇ７００）３５重量部、１−ブタノール５６０重量部、エタノール４３２重量部を混合し、ドクターブレード法にて厚さ６５μｍ±５μｍのタングステンカーバイドグリーンシートを製造した。これを空気中２５℃で４８時間乾燥させて、厚さ５５μｍ±５μｍのグリーンシートとし、このグリーンシートを打ち抜き加工して、タングステンカーバイドのパターンシートを形成した。（図５参照）
【０１２８】
平均粒径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を調整した。
さらに、外部端子３３を接続するためのスルーホール４０となる部分に導体ペーストを充填し、充填層４００を形成した。
【０１２９】
上記処理の終わったグリーンシート上に、上述したタングステンカーバイドのパターンシートと、導体ペーストを印刷していないグリーンシート５０枚とを上側（加熱面側）に積層し、１３０℃、８ＭＰａの圧力で圧着して積層体を形成した（図８（ａ）参照）。
【０１３０】
（４）次に、得られた積層体を窒素ガス中、６００℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５ＭＰａで１０時間ホットプレスし、厚さ１５ｍｍのセラミック板状体を得た。これを３３０ｍｍの円板状に切り出し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの抵抗発熱体３２を有するとともに、スルーホール４０を有するセラミック板状体とした。
【０１３１】
（５）そして、（４）で得られたセラミック板状体の表面にドリル加工で測温素子を挿通するための有底孔３４および固定部材１６を挿通するための固定用貫通孔３５を形成した。（図８（ｂ）参照）。また、レジンボンド砥石によるＮＣ研削により、石英ガラス製のサセプタ２５を載置させるための凹部１１ａを形成した。
【０１３２】
（６）スルーホール４０の底面に、ドリル加工により、直径５ｍｍ、深さ５ｍｍの有底孔を形成した後、この有底孔の内壁面にねじ溝を切ることにより、スルーホール４０の底面にねじ孔３６を形成した。
【０１３３】
（７）次に、外部端子３３をねじ孔３６にねじ込み、外部端子３３をセラミック基板３１に固定した（図８（ｃ）参照）。
【０１３４】
（８）厚さが３〜５ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして突起２５ｂを有するサセプタ２５を製造した。
また、支持部の外径を３６０ｍｍ、内径を３５０ｍｍ、高さを２６ｍｍ、底部２１ｂの厚さを５ｍｍ、柱状体２２の長さを１９５ｍｍ、外径を８２ｍｍ、内径を７２ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして支持容器２０を製造した。
【０１３５】
（９）上記（１）〜（７）の工程により、製造されたセラミックヒータ３０を、（８）の工程により製造された支持容器２０に、突起部２３を介して固定した。その際、セラミックヒータ３０と固定部材１６との間に弾性部材１９を介装し、突起部２３に形成されたねじ孔に、ねじ部を有する固定部材１６をねじ込むことにより、セラミックヒータ３０を支持容器２０に固定した。
その後、セラミック基板３１の凹部３１ａに、石英ガラス製のサセプタ２５を嵌め込んで載置させた。
そして、配線１７および測温素子１８からのリード線１８ａを、柱状体２２の内部を通って外部に導出されるように引き出し、ホットプレートユニット２００の製造を完了した。
【０１３６】
（比較例１）
ステンレス（ＳＵＳ３１６）を用いレーザー又はプレス型抜きで円形加工し、外周部を絞り９０°立てたステンレス製の有底円環状のもの（外径３６０ｍｍ、内径３５０ｍｍ、高さ３０ｍｍ）を、ステンレス製支持容器２０とし、その底部に直径４０ｍｍの配線導出用の貫通孔を形成して、この貫通孔から配線１７およびリード線１８ａを引き出した以外は、実施例１と同様の方法でホットプレートユニットを製造した。
【０１３７】
（比較例２）
ＳＵＳ３１６を用いレーザー又はプレス型抜きで円形加工し、外周部を絞り９０°立てたステンレス製の有底円環状の支持部２１（外径３６０ｍｍ、内径３５０ｍｍ、高さ１９ｍｍ、底部厚さ５ｍｍ）とステンレス製の柱状体２２（外径８０ｍｍ、内径７０ｍｍ、長さ１９０ｍｍ）を溶接し、図１に示すような支持部２１に柱状体２２が接合されたステンレス製支持容器２０を製造した。支持容器２０がステンレス製支持容器である以外は、実施例１と同様の方法でホットプレートユニットを製造した。
【０１３８】
（比較例３）
実施例２の（１）〜（７）の工程により製造されたセラミックヒータ３０に、窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径０．６μｍ）を乾式ラバープレス法により円筒型に成形して、酸化雰囲気、６００℃、５時間の条件で脱脂した後、窒素ガス中、１８６０℃、６時間の条件で焼成してなる窒化アルミニウム製の柱状体２２（外径８０ｍｍ、内径７０ｍｍ、長さ１９０ｍｍ）を窒素ガス中、１８５０℃で加熱して接合し、サセプタを載置してホットプレートユニットを製造した。
【０１３９】
（比較例４）
ＧＥ  Ｑｕａｒｔｚ社製の石英ガラス製の有底円環状のもの（外径３６０ｍｍ、内径３５０ｍｍ、高さ３０ｍｍ）を石英ガラス製の支持容器２０とし、その底部に直径４０ｍｍの配線導出用の貫通孔を形成して、この貫通孔から配線１７およびリード線１８ａを引き出した以外は、実施例１と同様の方法でホットプレートユニットを製造した。
【０１４０】
実施例１〜２および比較例１〜４に係るホットプレートユニットについて、以下の評価試験を行った。その結果を下記の表１に示す。
【０１４１】
（１）配線からの漏電の有無
実施例および比較例に係るホットプレートユニットに、電圧を印加し、セラミックヒータを５００℃まで昇温した後、抵抗発熱体からの配線の電流値を測定することにより、配線からの漏電の有無を確認した。
【０１４２】
（２）定常時面内温度均一性
実施例および比較例に係るホットプレートユニットに、電圧を印加し、セラミックヒータを５００℃まで昇温した後、サーモビュア（日本テータム株式会社製  ＩＲＩ６２０１２−００１２）を用いてセラミックヒータの加熱面における温度分布を測定し、最高温度と最低温度との温度差を算出した。実施例および比較例で得られたサーモビュアの温度分布図を図１０〜１１に示す。
【０１４３】
【表１】
2004296532.tif 000003
【０１４４】
上記表１に示した結果より明らかなように、実施例１〜２および比較例３〜４に係るホットプレートユニットでは、配線からの漏電は発生しなかった。
一方、比較例１〜２に係るホットプレートユニットでは、配線からの漏電が発生していた。
これは、比較例１〜２に係るホットプレートユニットにおいては、セラミックヒータの外周部がステンレス製の有底円環形状をしているため、外壁付近の内部の給電線が接触し、漏電が発生したのではないかと考えられる。また、支持容器の温度が上昇することで雰囲気ガスの絶縁性が低下し、雰囲気ガスを介した漏電が発生した可能性もある。
【０１４５】
さらに、実施例１〜２に係るホットプレートユニットでは、加熱面における温度のばらつきが小さいものであったのに対し、比較例１〜４に係るホットプレートユニットでは、加熱面での温度のばらつきが大きいものであった。
【０１４６】
これは、比較例１〜２に係るホットプレートユニットでは、支持容器がステンレス製であるために、セラミック基板との接触部において放熱が激しいため温度のばらつきが大きくなったと考えられる。また、比較例３〜４に係るホットプレートユニットでは、石英ガラス製の柱状体または支持部を用いているため、加熱面の温度は低下しにくかったが、柱状体と支持部とからなる支持容器を備えていないため、温度の均一性には劣っていた。比較例３のように、セラミックヒータを構成するセラミック基板に直接柱状体が接続されている場合、セラミックヒータの加熱面の周辺部分の温度が低下してしまい、加熱面の温度の均一性が低下すると考えられる。
【０１４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、外部端子からの配線が支持容器の凸状体を通って外部に引き出されているので、発生した熱が凸状体を通って支持容器の下方へ伝搬するので、ホットプレートユニットを構成する支持容器の温度が高くなりすぎず、上記配線からの漏電を防止することができ、ホットプレートユニットの信頼性を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のホットプレートユニットの一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示したホットプレートユニットを構成するセラミックヒータの一例を模式的に示す底面図である。
【図３】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４】本発明のホットプレートユニットの別の一例を模式的に示す断面図である。
【図５】図４に示したホットプレートユニットを構成するセラミックヒータの一例を模式的に示す底面図である。
【図６】（ａ）は、図５に示したセラミックヒータの部分拡大断面図である。（ｂ）は、図５に示したセラミックヒータの別の一例を模式的に示す部分拡大断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、図１に示した本発明のホットプレートユニットの製造工程の一例の一部を模式的に示す断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、図４に示した本発明のホットプレートユニットの製造工程の一例の一部を模式的に示す断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｂ）は、耐熱弾性部材の形状を示す断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｂ）は、実施例に係るホットプレートユニットの加熱面の温度状態を示す温度分布図である。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、比較例に係るホットプレートユニットの加熱面の温度状態を示す温度分布図である。
【符号の説明】
１０、３０  セラミックヒータ
１１、３１  セラミック基板
１１ａ、３１ａ  凹部
１１ｂ、３１ｂ  底面
１２、３２（３２ａ〜３２ｐ）  抵抗発熱体
１３、３３  外部端子
１４、３４  有底孔
１５、３５  固定用貫通孔
１６  固定部材
３６  ねじ孔
１７  配線
１８  測温素子
１９、１８０、１９０  弾性部材
２０  支持容器
２１  支持部
２１ａ  外枠部
２１ｂ  底部
２２  柱状体
２３  突起部
２５  サセプタ
２５ａ  加熱面
２５ｂ  突起
４０、５０  スルーホール
１４０  貫通孔
１７０  碍子
【図１】
2004296532.tif 000004
【図２】
2004296532.tif 000005
【図３】
2004296532.tif 000006
【図４】
2004296532.tif 000007
【図５】
2004296532.tif 000008
【図６】
2004296532.tif 000009
【図７】
2004296532.tif 000010
【図８】
2004296532.tif 000011
【図９】
2004296532.tif 000012
【図１０】
2004296532.tif 000013
【図１１】
2004296532.tif 000014