(57)【要約】【課題】板状セラミックス体の一方の主面に抵抗発熱体を備え、他方の主面に加熱面を備えたセラミックスヒータにおいて、急速昇温や降温を繰り返すと板状セラミックス体と抵抗発熱体の間にクラックを発生し、ウェハを均一に加熱できなかったり、セラミックスヒータを加熱できないとの課題があった。【解決手段】板状セラミックス体の一方の主面に抵抗発熱体を備え、他方の主面に加熱面を備えたセラミックスヒータにおいて、上記板状セラミックス体と上記抵抗発熱体の間に空孔を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状セラミックス体の一方の主面に抵抗発熱体を備え、他方の主面に加熱面を備えたセラミックスヒータにおいて、上記板状セラミックス体と上記抵抗発熱体との界面に沿って上記抵抗発熱体に空孔を備えたことを特徴とするセラミックスヒータ。
【請求項２】
板状セラミックス体の一方の主面に絶縁層を介して抵抗発熱体を備え、他方の主面に加熱面を備えたセラミックスヒータにおいて、上記板状セラミックス体と上記絶縁層との界面に沿って上記絶縁層に空孔を備えたことを特徴とするセラミックスヒータ。
【請求項３】
前記空孔の大きさが０．０５〜５０μｍであ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。
【請求項４】
前記空孔の大きさの平均値が１〜３０μｍであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一つの請求項に記載のセラミックスヒータ。
【請求項５】
前記空孔の断面が円形であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一つの請求項に記載のセラミックスヒータ。
【請求項６】
前記板状セラミックス体の主面に垂直な断面において前記空孔の線密度が１０００〜５０００００個／ｍである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。
【請求項７】
上記板状セラミックス体が窒化アルミニウムの焼結体からなり、上記絶縁層の一部或いは全てがＡｌを含む酸化物膜であることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のセラミックスヒータ。
【請求項８】
上記板状セラミックス体が炭化珪素の焼結体からなり、上記絶縁層の一部或いは全てがＳｉを含む酸化物膜であることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のセラミックスヒータ。
【請求項９】
上記抵抗発熱体と、上記板状セラミックス体との熱膨張係数の差が３×１０−６／℃以下であることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のセラミックスヒータ。
【請求項１０】
上記セラミックスヒータにおいて、上記抵抗発熱体を複数有し、各抵抗発熱体に電力を供給する給電部と、該給電部を囲む金属ケースとを有し、上記板状セラミックス体の外周部に位置する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の何れかに記載のセラミックスヒータ。
【請求項１１】
前記板状セラミックス体の厚みが１〜７ｍｍで、前記抵抗発熱体の厚みが５〜７０μｍであることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載のセラミックスヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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するものであり、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する際に好適なセラミックスヒータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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９に示すようなセラミックスヒータ７１が提案されている。
【０００５】
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１０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。
【０００６】
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。
【０００７】
そして、板状セラミックス体７２とケース７９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。
【０００８】
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る。その為、これまでウエ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。
【０００９】
また、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を昇温したり冷却する時間が短い必要があった。
【００１０】
特許文献５には、板状セラミックス体に窒化アルミニウム質焼結体を使い、ガラス層を介して抵抗発熱体を形成したセラミックスヒータが開示されている。
【００１１】
しかし、ガラス層の熱膨張係数と板状セラミックス体の熱膨張係数を完全に合わせることは困難であり、セラミックスヒータを急速昇温したり急速冷却を繰り返すと板状セラミックス体とガラス層の間にクラックが発生し、セラミックスヒータが使用できなくなる虞があった。
【特許文献１】特開２００１−１３５６８４号公報
【特許文献２】特開２００１−２０３１５６号公報
【特許文献３】特開２００１−３１３２４９号公報
【特許文献４】特開２００２−７６１０２号公報
【特許文献５】特開２００２−２６０８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、半導体ウエハＷに塗布された感光性樹脂を乾燥させるのに使用するセラミックスヒータ７１では、セラミックスヒータ７１を２００〜３００℃に加熱するのであるが、一枚当たりの処理時間は、セラミックスヒータ７１の昇温時間及び冷却時間で決まるため、昇温時には大きな電力を印加して急激に加熱し、冷却時にはエアを吹きつけて強制的に冷却することが一般的に行われており、このような過酷な条件下で繰り返し熱サイクルがかかると、セラミックスヒータ７１を形成する板状セラミックス体７２と抵抗発熱体７５との間の境界にクラックが発生し、クラックのない部分とクラックが発生した部分では熱伝達特性が変化することから載置面７３の均熱化が阻害され、その結果、ウエハＷも均一に加熱することができないため、感光性樹脂の膜厚が不均一となるとの課題があった。さらにクラックが進展すると、板状セラミックス体が窒化アルミニウムの場合、大気中の水分と窒化アルミニウム質焼結体とが反応してアンモニアガスやアミン系のガスを発生させるため、このガスが感光性樹脂に悪影響を与えるといった課題があった。
【００１３】
即ち、板状セラミックス体７２を形成する窒化アルミニウム質焼結体は、その熱膨張係数が４．７×１０−６／℃程度であるのに対し、その表面に生成されたアルミナからなる酸化膜や抵抗発熱体７５の熱膨張係数は７．３×１０−６／℃程度と、両者の間には大きな熱膨張差があり、アルミナからなる酸化膜内には常に引張応力が作用した状態にあるため、この酸化膜上に金属ペーストを塗布し、焼き付けによってさらに熱膨張係数の大きい抵抗発熱体７５を形成すると、セラミックスヒータ７１の加熱と冷却によって繰り返し加わる熱サイクルにより、酸化膜と抵抗発熱体７５との間には大きな応力が作用することになり、この応力によって酸化膜や板状セラミックス体７２と抵抗発熱体７５との間にクラックが発生していた。
【００１４】
また、このような熱応力によるセラミックスヒータ７１の破損は、より高い温度に加熱して使用される成膜処理やエッチング処理工程においても同様にあった。
【００１５】
また、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。
【００１６】
特に、ウエハ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エハ面内の温度バラツキが大きいとの問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
板状セラミックス体の一方の主面に抵抗発熱体を備え、他方の主面に加熱面を備えたセラミックスヒータにおいて、上記板状セラミックス体と上記抵抗発熱体との界面に沿って上記抵抗発熱体に空孔を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、板状セラミックス体の一方の主面に絶縁層を介して抵抗発熱体を備え、他方の主面に加熱面を備えたセラミックスヒータにおいて、上記板状セラミックス体と上記絶縁層との界面に沿って上記絶縁層に空孔を備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、前記空孔の大きさが０．０５〜５０μｍであることを特徴とする。
【００２０】
また、前記空孔の大きさの平均値が１〜３０μｍであることを特徴とする。
【００２１】
また、前記空孔の断面が円形であることを特徴とする。
【００２２】
また、前記板状セラミックス体の主面に垂直な断面において前記空孔の線密度が１０００〜５０００００個／ｍであることを特徴とする。
【００２３】
また、上記板状セラミックス体が窒化物または炭化物の焼結体からなり、上記絶縁層がＡｌを含む酸化物膜であることを特徴とする。
【００２４】
また、上記板状セラミックス体が炭化珪素の焼結体からなり、上記絶縁層の一部或いは全てがＳｉを含む酸化物膜であることを特徴とする。
【００２５】
また、上記抵抗発熱体と、上記板状セラミックス体との熱膨張係数の差が３×１０−６／℃以下であることを特徴とする。
【００２６】
また、上記セラミックスヒータにおいて、上記抵抗発熱体を複数有し、各抵抗発熱体に電力を供給する給電部と、該給電部を囲む金属ケースとを有し、上記板状セラミックス体の外周部に位置する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。
【００２７】
また、前記板状セラミックス体の厚みが１〜７ｍｍで、前記抵抗発熱体の厚みが５〜７０μｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、板状セラミックス体と抵抗発熱体や絶縁層の間に空孔を設けることで、急速昇温、急速冷却といった厳しい条件で繰り返し使用しても、板状セラミックス体と抵抗発熱体の間にクラックが発生することがなく、ガスの発生を防止できるとともに、ウェハ面内の温度差が小さく、耐久性に優れたセラミックスヒータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００３０】
図１（ａ）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、該ヒータ部３０の周辺を支えるようにケース１９を備えたものである。
【００３１】
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。
【００３２】
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、ロー付け等の手法を用いてもよい。
【００３３】
さらに、板状セラミックス体２と有底のケース１９の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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、該給電部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を備えている。
【００３６】
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の加熱面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、ウェハの加熱面３の温度分布に大きな影響を及ぼすからである。
【００３７】
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Ｗを迅速に載置離脱できる。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。
【００３８】
本発明のセラミックスヒータ１は、大きな電力を印加して急速に所定温度まで加熱し、また、冷却時にはセラミックスヒータ１の加熱面３と反対側の表面にエアを噴出して強制的に冷却するといった熱サイクルが加わるのであるが、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と上記抵抗発熱体５との界面に沿って上記抵抗発熱体５に空孔７を備えることで、板状セラミックス体２と上記抵抗発熱体５の熱膨張係数の微妙な違いから生じる板状セラミックス体２と抵抗発熱体５との間の接合界面の熱応力を緩和する効果があることを見い出した。
【００３９】
図１（ｂ）は図１(ａ)の抵抗発熱体５と板状セラミックス体２との間である接合界面の拡大図である。図１（ｂ）に示す空孔７が無いとセラミックスヒータ１を急速昇温したり急速冷却を繰り返すと上記接合界面に熱応力が繰り返し発生することからクラックが発生しセラミックスヒータ１の加熱面３に置かれたウェハＷの面内温度差が大きくなったり、抵抗発熱体５が剥離しセラミックスヒータ１として機能しなくなる虞があった。
【００４０】
また、図２(ａ)に示すような板状セラミックス体２にガラス層などの絶縁層４を形成しその上に抵抗発熱体５を形成したセラミックスヒータ１においても、図２（ｂ）のように板状セラミックス体２と絶縁層４との界面に沿って上記絶縁層に空孔７を設けることで、絶縁層４と板状セラッミクス体２との間にクラックが発生したり、剥離したりする虞がなくなる。これは、空孔７が接合界面に存在することから、板状セラミックス体２と絶縁層４の間の熱膨張係数の差から生じる熱応力を緩和する作用を発生すると考えられる。
【００４１】
上記空孔７はその断面において空孔７の占める面積と同等の面積となる円の直径で空孔７の大きさを求めることができる。そして、空孔７の大きさが０．０５〜５０μｍであると上記熱応力が繰り返し接合界面に作用して、接合界面にクラックを発生させることがない。空孔７の大きさが０．０５μｍを下回ると、接合界面に働く繰り返し熱応力により接合界面にクラックが発生する虞があり、また空孔７の大きさが５０μｍを越えると空孔７そのものがクラックの発生原因となり、接合界面のクラックの発生を抑制する効果が小さい。好ましくは前記空孔７の大きさは３〜２０μｍが好ましく、更に好ましくは５〜１５μｍである。ここで、空孔７の大きさは、板状セラミックス体２の主面に垂直に、板状セラミックス体２と絶縁層４あるいは抵抗発熱体５の間の断面を研摩加工し、断面の２００、５００、１０００、５０００、１００００、１０００００倍の８×１０ｃｍのＳＥＭ写真各1枚から写真上の０．５ｍｍ以上の空孔を全て取り出し、各空孔７の占める占有面積に相当する円の直径として読み取ることができる。
【００４２】
また、上記空孔７の大きさの平均値が１〜３０μｍであることが好ましい。空孔７の大きさの平均値とは、絶縁層４に略直角な断面の２００、５００、１０００、５０００、１００００、１０００００倍の８×１０ｃｍのＳＥＭ写真各1枚から写真上の０．５ｍｍ以上の空孔を全て取り出し、実寸が０．０５μｍ以上の空孔７の占める占有面積に相当する円の直径Ｄｉを求め、Ｄｉの平均値としてルーゼックス画像処理装置等を使って求めることができる。空孔７の大きさの平均値が１μｍを下回ると、セラミックスヒータ１を繰り返し急速な昇温降温の熱サイクルを加えると熱応力を緩和する効果が小さくクラックが発生し伸展し易くなり、耐久性が劣る。また、平均値が３０μｍを超えると発生したクラックの伸展が速くなり、微小クラックが発生すると直ぐに接合界面が剥離したり脱落する虞がある。
【００４３】
また、前記空孔７が上記断面のＳＥＭ写真において円形であることが好ましい。空孔７の断面が円形であると、クラックが発生してもクラックが空孔７を横切る際に空孔７の内面でクラックの伸展を防止する作用が働きクラックの伸展を防止する役目を果たすことができるからである。
【００４４】
更に、本発明のような板状セラミックス体２に抵抗発熱体５や絶縁層４を形成すると上記の空孔７は接合界面に沿って略直線状に分布するが、直線上に分布した空孔７の線密度が１０００〜５０００００個／ｍであることが好ましい。
【００４５】
ここで線密度とは、板状セラミックス体２と抵抗発熱体５の間の接合界面や絶縁層４との接合界面の断面ＳＥＭ写真を２００倍、５００倍、１０００倍、５０００倍、１００００倍で各３枚撮影して、それぞれ写真上の接合界面に沿った長さ１０ｃｍの帯状の領域で、各写真上で０．５ｍｍ以上の空孔７の数を１０ｃｍに相当する実寸で除して求めた数値の中から最も大きな値を線密度とした。
【００４６】
空孔７の線密度が１０００個／ｍを下回ると、接合界面に生じた微小クラックの伸展を防止する効果が小さく好ましくない。一方、空孔７の線密度が５０００００個／ｍを越えると空孔７の密度が大きくなりすぎることから接合界面の熱伝導率が低下するとともに接合界面の強度が低下し、加熱面３を均一に加熱することが難しくなるとともに、微小クラックが発生すると直ぐにクラックが接合界面全体に広がり好ましくないことが分かった。
【００４７】
尚、本発明の空孔７を板状セラミックス体２と絶縁層４や抵抗発熱体５との界面に沿って設けるには、窒化物や炭化物からなる板状セラミックス体２の表面酸化膜を大気より低い酸化分圧雰囲気や低い温度で形成したり、板状セラミックス体２の主面に微粒のＳｉ３Ｎ４等の発泡剤を塗布して絶縁層４や抵抗発熱体５を形成することで所定の空孔７を設けることができる。
【００４８】
また、このセラミックスヒータ１には、大きな電力を印加して急速に所定温度まで加熱したり、また、冷却時にはセラミックスヒータ１の加熱面３と反対側の表面にエアを噴出して強制的に冷却するといった熱サイクルが加わるのであるが、本発明のセラミックスヒータ１は、図３に示すように絶縁層４の一部としてＡｌを含む酸化物膜４ａで覆われた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と抵抗発熱体５との間に、上記窒化アルミニウム質焼結体との熱膨張差が近似したガラス層４ｂを設け、ガラス層４ｂと酸化物層４ａの界面に空孔７を設け、熱膨張係数が大きく異なる酸化物膜４ａを、熱膨張係数が近似した窒化アルミニウム質焼結体とガラス層４ｂとで挟み込むように構成してあることから、ガラス層４ｂを持たない従来のセラミックスヒータのように、酸化物膜４ａに作用する応力を緩和することができるとともに、酸化物膜４ａとガラス層４ｂを強固に密着させることができるとともに、酸化物膜４ａとガラス層４ｂからなる絶縁層４と板状セラミックス体２との間に空孔７を備えることから、前述したような熱サイクルが作用したとしても酸化物膜４ａとガラス層４ｂとの境界及びガラス層４ｂと抵抗発熱体５との境界にクラックが発生することを防止し、寿命の長いセラミックスヒータ１を提供することができる。
【００４９】
ところで、このような効果を奏するためには、ガラス層４ｂとして、ヒータ部３０を形成する窒化アルミニウム質焼結体との熱膨張係数の差が−３．０〜３．０×１０−６／℃の範囲にあるガラスを用いるとともに、ガラス層４ｂの厚みＴを２〜３００μｍとすることが好ましい。
【００５０】
なぜなら、ガラス層４ｂの熱膨張係数が窒化アルミニウム質焼結体の熱膨張係数より３．０×１０−６／℃を越えて小さいと、熱膨張係数の異なる酸化物膜４ａを、近似した熱膨張係数を有する部材で挟み込んで酸化物膜４ａに作用する応力を緩和する効果が小さく、また、酸化物膜４ａとの熱膨張差が大きくなり過ぎて酸化物４ａが脆くなり、繰り返し加わる熱サイクルによって酸化物膜４ａが剥離し易くなるからで、逆にガラス層４ｂの熱膨張係数が窒化アルミニウム質焼結体の熱膨張係数より３．０×１０−６／℃を越えて大きいと、酸化物膜４ａを挟みこむことによる応力緩和効果が小さく、また、抵抗発熱体５の表面を強制空冷した際に、抵抗発熱体５の外周部にクラックが発生し易くなるからである。
【００５１】
また、ガラス層４ｂの厚みＴを２〜３００μｍとするのは、ガラス層４ｂの厚みＴが２μｍ未満であると、ヒータ部３０上に均一な厚みでガラス層４ｂを形成することができないからであり、ガラス層４ｂの厚みＴが３００μｍを超えると、ヒータ部３０を反らせる程の大きな内部応力が発生し、使用中にガラス層４ｂが剥離するからである。
【００５２】
さらに、抵抗発熱体５を形成するガラス層４ｂの表面の平坦度は、３００μｍ以下とすることが好ましい。平坦度が３００μｍを越えると、抵抗発熱体５を均一な厚みで形成することが難しくなるため、抵抗発熱体５の抵抗値にバラツキが発生するからである。
【００５３】
一方、ガラス層４ｂ上に形成する抵抗発熱体５は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒのうち少なくとも一種以上の金属又はこれらの合金と、Ｚｎ、Ｂ、Ｓｉの少なくとも一種を含むガラスからなり、抵抗発熱体５の熱膨張係数が、ヒータ部３０を形成する窒化アルミニウム質焼結体の熱膨張係数に対して、−０．５〜３．０×１０−６／℃の範囲にあるものを用いることが好ましい。両者間の熱膨張係数の差を上記範囲内に調整することで、セラミックスヒータ１の製作時や使用時におけるクラックの発生を低減し、耐久性をさらに向上させることができる。
【００５４】
また、この絶縁層４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１×１０−６／℃であることが好ましく、更に好ましくは−５×１０−７／℃〜＋５×１０−７／℃の範囲にあるものを適宜選択して用いることが良い。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。
【００５５】
この時、抵抗発熱体５に含有するガラスは、その軟化点がガラス層４ｂを形成するガラスの転移点より低いものを用いることが好ましく、このようなガラスを用いることで、後述する抵抗発熱体５の焼き付け時の熱履歴によってガラス層４ｂが軟化変形し、抵抗発熱体５の抵抗値分布に悪影響を与えることを防止することができる。
【００５６】
また、抵抗発熱体５に含有するガラスとしては、その内部にＺｎ２ＳｉＯ４、Ｚｎ３Ｂ２Ｏ６、Ｚｎ３（ＢＯ３）２、Ｚｎ（ＢＯ２）２、ＳｉＯ２の少なくとも１種の結晶を含有させたものを用いることが好ましい。これらの結晶は熱熱膨張係数が小さいため、抵抗発熱体５の熱膨張係数を下げる効果があるとともに、ガラス中にクラックが発生しても上記結晶によってクラックの進展を抑制することができるため、従来、５０℃〜３５０℃の熱サイクル試験において２０００サイクル程度で断線していた抵抗発熱体５の寿命を２００００サイクルまで延ばすことができ、長寿命なセラミックスヒータ１０を提供することができる。
【００５７】
特に、結晶構造として針状のものを用いれば、細長い結晶がガラス中に入り組んだ状態で存在することになるため、抵抗発熱体５の強度をさらに向上させることができ効果的である。
【００５８】
抵抗発熱体５のガラス中に、Ｚｎ２ＳｉＯ４、Ｚｎ３Ｂ２Ｏ６、Ｚｎ３（ＢＯ３）２、Ｚｎ（ＢＯ２）２、ＳｉＯ２の少なくとも１種の結晶を含有させる方法としては、結晶化させるかあるいはガラス中に分散させれば良い。
【００５９】
例えば、結晶化によって生成する場合、上記結晶の構成成分である、Ｚｎ、Ｂ、Ｓｉの少なくとも１種を含有するガラスを加熱して溶融させ、溶融ガラスを結晶核生成温度付近で１時間程度保持することにより結晶核を十分に生成させた後、結晶成長温度まで昇温してガラス中に結晶化ガラスを生成させれば良い。
【００６０】
また、結晶化させる以外にガラス粉末とともに、Ｚｎ２ＳｉＯ４、Ｚｎ３Ｂ２Ｏ６、Ｚｎ３（ＢＯ３）２、Ｚｎ（ＢＯ２）２、ＳｉＯ２の少なくとも１種の粉体を混ぜたペーストを用い、焼き付け処理することによりガラス中に混在させるようにしても構わない。
【００６１】
なお、抵抗発熱体５のガラス中に含有される結晶相の同定は、Ｘ線回折（理学電気社製）により同定することができ、また、ガラス層４ｂの転移点及び抵抗発熱体５中のガラスの軟化点の測定は、示差熱量分析計を用い、温度を上昇させながら熱の出入りを測定し、ベースラインの最初の吸熱シフト部分の漸近線の交点をガラスの転移点とし、その次に出現する緩やかな発熱ピークの両側の漸近線の交点をガラスの軟化点とすれば良い。
【００６２】
さらに、抵抗発熱体５を形成する金属としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒを用いることができるが、これらの中でも、Ｐｔ、Ａｕ、もしくはこれらの合金はマイグレーションを起こし難いため、抵抗発熱体５の劣化を防止することができるとともに、Ｐｔ、Ａｕは耐酸化性に優れることから、５０℃〜３５０℃の熱サイクル試験における寿命を２５００００サイクルまで伸ばすことができる。
【００６３】
抵抗発熱体５を形成するガラスと金属の混合比率は、重量比で４０：６０〜８０：２０とすることが良い。なぜなら、ガラスと金属の混合比率が４０：６０より小さいと、ガラス量が少なくなり過ぎるため、抵抗発熱体５が剥離し易くなるからであり、逆にガラスと金属の混合比率が８０：２０より大きくなると、金属の含有量が少なくなり過ぎるため、部分的に体積固有抵抗値にバラツキが発生し、ヒータ部３０の加熱面３を均一に加熱することができなくなったり、抵抗発熱体５の断線が発生し易くなるからである。
【００６４】
一方、ヒータ部３０を形成する窒化アルミニウム質焼結体としては、熱伝導率が高いものを用いることが好ましく、例えば、窒化アルミニウムを主成分とし、焼結助剤として、Ｙ２Ｏ３やＥｒ２Ｏ３、Ｃｅ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３等の希土類元素化合物を１〜９重量％の範囲で含有したものを用いれば、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、さらには１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得ることができ、ヒータ部３０として好適に用いることができる。
【００６５】
また、ヒータ部３０を形成する窒化アルミニウム質焼結体の表面にＡｌを含む酸化物膜４ａを形成する手段としては、窒化アルミニウム質焼結体を、酸化雰囲気中、８５０〜１２００℃の温度で１〜１０時間程度、熱処理すれば良く、このような条件で酸化させることによりアルミナからなる酸化物膜４ａを生成させることができる。
【００６６】
ここで、熱処理温度を８５０〜１２００℃としたのは、１２００℃を越えると酸化膜の生成速度が速くなり過ぎ、酸化物膜４ａにクラックが発生し易くなるからであり、逆に８５０℃未満では、酸化物膜４ａの生成が悪く、窒化アルミニウム質焼結体の表面全体を酸化物膜４ａで覆うことができないからである。
【００６７】
そして、窒化アルミニウム質焼結体の表面に形成する酸化物膜４ａの膜厚みＴは０．０５〜５μｍとすることが良く、酸化物膜４ａの膜厚みＴが０．０５μｍ未満では、酸化によって窒化アルミニウム質焼結体の表面全体を完全に覆うことが難しいため、窒化アルミニウム質焼結体が空気中の水分と反応してアンモニアガスやアミン系のガスを発生させ、ウエハＷ上に形成した感光性樹脂の性質を劣化させてしまい、逆に酸化物膜４ａの膜厚みＴが５μｍを超えると、酸化物膜４ａが形成された後の冷却時に、表面の酸化物膜４ａの収縮が、ヒータ部３０を形成する窒化アルミニウム質焼結体に較べて大きいため（窒化アルミニウム質焼結体の熱膨張係数：４．７×１０−６／℃（２０〜４００℃）、アルミナからなる酸化物膜４ａの熱膨張係数：７．３×１０−６／℃（２０〜４００℃））、この収縮差により酸化物膜４ａには常に引張応力が作用しており、この状態で抵抗発熱体５の昇温及び強制空冷によって熱衝撃が加わると、抵抗発熱体５にクラックが発生するからである。
【００６８】
なお、Ａｌを含む酸化物膜４ａの形成にあたっては、窒化アルミニウム質焼結体の表面を酸化させる以外に、アルミナやイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）等の酸化物膜４ａをスパッタリング法、ＣＶＤ法、ＰＣＤ法等の手段を用いて被着したものであっても良く、少なくとも窒化アルミニウム質焼結体の表面が露出しないようにすれば良い。
【００６９】
また、板状セラミックス体２として窒化アルミニウムを例に説明したが、板状セラミックス体として、炭化珪素を用いＳｉを含む酸化物膜４ａを用いても窒化アルミニウムと同様の効果が得られる。
【００７０】
また、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。
【００７１】
また、本発明のセラミックスヒータ１は図４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。
【００７２】
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の外接円の直径はウェハ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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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４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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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エハＷの表面の温度差が大きくなったりする恐れがあるからである。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。
【００８３】
以上、本発明の実施形態について示したが、本発明は前述した構造のものだけに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば改良や変更したものでも良いことは言うまでもない。
【００８４】
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。
【００８５】
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（Ａｌ２Ｏ３）イットリア（Ｙ２Ｏ３）のような金属酸化物を添加して十分混合し、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。
【００８６】
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Ｙ２Ｏ３やＹｂ２Ｏ３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。
【００８７】
さらに、板状セラミックス体２の加熱面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。
【００８８】
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を越えると、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。
【００８９】
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。
【００９０】
なお、ガラスからなる絶縁層４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４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。
【００９１】
また、本発明の空孔７を板状セラミックス体２と絶縁層４や抵抗発熱体５との界面に沿って設けるには、板状セラミックス体２の上面に微粒のＳｉ３Ｎ４等の発泡剤を塗布して絶縁層４や抵抗発熱体５を形成することで所定の空孔７を設けることができる。また、空孔７の大きさや密度は発泡剤の粒径や塗布密度により制御できる。また、更に簡便な方法として、窒化物や炭化物からなる板状セラミックス体２の表面を＃２５０番程のダイヤモンド砥石で粗加工した後、＃４００以上のダイヤモンド砥石で仕上げ研削加工し表面を鋳物板上でラッピング加工し表面に絶縁層となるガラス成分と加熱等により反応し気泡を発生する発泡剤を埋め込むことで、その上に絶縁層４や抵抗発熱体５を形成すると界面に空孔７を生成することができる。なお、このラッピング加工の砥粒に、発泡剤としてＳｉ３Ｎ４やＡｌＮの微粉末を０．００１〜０．１質量％程含ませることが好ましい。
【００９２】
さらに、絶縁層４の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（Ｒｅ２Ｏ３）、ランタンマンガネート（ＬａＭｎＯ３）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。
【００９３】
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恐れがあるため、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。
【００９４】
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。
【００９５】
次に本発明のセラミックスヒータ１のその他の構成について説明する。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。
【００９６】
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。
【００９７】
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倍を越えると、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。
【００９８】
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。
【００９９】
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（ｃｍ２）と前記ケース１９の体積Ｖ（ｃｍ３）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。
【０１００】
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。
【０１０１】
比率Ｓ／Ｖが５０（１／ｃｍ）を越えると、ノズル２４から噴射され板状セラミックス体２に当たり熱を奪った冷却ガスがケース１９により効率良く冷却されず、冷却ガスの熱がケース１９に伝わりケース１９の温度が急激に上昇し、板状セラミックス体２の熱を効率良く冷却できないことから板状セラミックス体２の全体の温度を下げるまでの冷却時間が大きくなる虞があった。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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は小さくなり、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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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倍を越えると、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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
また、直径２００ｍｍを越える大型ウエハ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。
【０１１５】
ここで対向間隔Ｓとは図５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。
【０１１６】
上記間隔Ｓが板状セラミックス体２の板圧ｔの５倍を越えると、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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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、ウエハ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恐れがあるからである。
【０１１９】
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。
【０１２０】
図７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。
【０１２１】
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を越える場合には、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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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る虞があった。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
また、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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
板状セラミックス体２の厚みは、２〜５ｍｍとすることが好ましい。板状セラミックス体２の厚みが２ｍｍ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５ｍｍを越えると、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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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、２〜５ｍｍ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。
【０１３６】
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。
【実施例１】
【０１３７】
ここで、本発明のセラミックスヒータと、従来のセラミックスヒータを用意し、熱サイクル試験を行った後の抵抗発熱体の抵抗変化率と酸化物膜のクラックの有無について調べる実験を行った。
【０１３８】
実験にあたり、ヒータ部を構成する板状セラミックス体は、ＡｌＮ粉末に対して５重量％のＹ２Ｏ３の粉末を加え、さらに適量のバインダ及び溶剤を加えて混練乾燥することにより造粒粉を製作し、この造粒粉を型内に充填して１００ＭＰａの成形圧で押圧しつつ、１８００〜１９００℃の温度で焼成するホットプレス法を用いて焼成することにより、１２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度の熱伝導率を有する板状の窒化アルミニウム質焼結体を用いた。そして抵抗発熱体を形成する主面を＃２５０番程のダイヤモンド砥石で粗加工した後、＃４００以上のダイヤモンド砥石で仕上げ研削加工を施して、厚み３．０ｍｍ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とした後、１０００℃×３時間の条件で熱処理することにより、その表面に０．５μｍ厚のアルミナからなる酸化物膜を被覆することにより作製した。そして、＃４００以上のダイヤモンド砥石で仕上げ研削加工し表面を鋳物板上でラッピング加工し表面の微細な凹凸にＳｉ３Ｎ４からなる発泡剤を埋め込み、その上に絶縁層や抵抗発熱体を形成すると界面に沿って絶縁層や抵抗発熱体に空孔を生成することができた。なお、このラッピング加工の砥粒はアルミナを主成分として、Ｓｉ３Ｎ４やＡｌＮの微粉末を０．００１〜０．１質量％以下含ませて空孔の大きさと数を調整した。
【０１３９】
次に、本発明のセラミックスヒータにおいては、加熱板の一方の主面にガラスペーストをプリント印刷し、９００℃で焼き付け処理することによりガラス層を形成した。なお、ガラスの熱膨張率は、４．８×１０−６／℃ものを用いた。
【０１４０】
セラミックスヒータを構成する抵抗発熱体を形成するにあたっては、Ａｕ（３０重量％）とＰｔ（１０重量％）の金属粉末と、Ｚｎ２ＳｉＯ４、Ｚｎ３Ｂ２Ｏ６、Ｚｎ３（ＢＯ３）２、Ｚｎ（ＢＯ２）２、ＳｉＯ２（クオーツ）の結晶を内包したガラスを６０重量％含んだ抵抗発熱体ペーストを用い、本発明のセラミックスヒータを形成するにあたっては、ガラス層上に上記抵抗発熱体ペーストをプリント印刷し、６００〜７００℃の温度で焼き付けることにより形成し、従来のセラミックスヒータを形成するにあたっては、加熱板上に上記抵抗発熱体ペーストを直接プリント印刷し、６００〜７００℃の温度で焼き付けることにより形成した。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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の金属板とした。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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
そして、得られた各セラミックスヒータの抵抗発熱体に通電し、加熱面上に載せたウエハの温度を６０秒で３００℃まで昇温させ、強制空冷により３００秒で４０℃以下に冷却する熱サイクル試験を１００００サイクル行ない、熱サイクル試験前後の抵抗発熱体の抵抗変化を確認した。なお、ウエハの温度は、ウエハに設置した抵抗測温素子を用いて測定した。
【０１４５】
その後、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、その時のウェハ面内の最大温度差を定常時のウェハの温度差とした。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、過渡時のウェハ面内の最大温度差とした。
【０１４６】
また、上記評価後の板状セラミックス体の一部を切り出し、電子顕微鏡により絶縁層や抵抗発熱体のクラックの有無を確認するとともに、断面の空孔の大きさや分布を測定した。
【０１４７】
尚、線密度は、板状セラミックス体と抵抗発熱体の間の接合界面や絶縁層との接合界面の断面ＳＥＭ写真を２００倍、５００倍、１０００倍、５０００倍、１００００倍、１０００００倍で各３枚撮影して、それぞれ写真上の接合界面に沿った長さ１０ｃｍの帯状の領域において、写真上で０．５ｍｍ以上の空孔７の数を１０ｃｍに相当する実寸で除して求めた数値の中から最も大きな値を線密度とした。
【０１４８】
結果は表１に示す通りである。
【表１】
2005123132.tif 000003
【０１４９】
表１より判るように、試料Ｎｏ．１のように、空孔のない従来のセラミックスヒータは、熱サイクル試験後の絶縁層にクラックが見られた。しかも、熱サイクル試験前後において抵抗発熱体の抵抗値の変化が大きかった。
【０１５０】
これに対し、試料Ｎｏ．２のように、空孔を有する本発明のセラミックスヒータは、抵抗発熱体にクラックが見られず好ましい特性を示した。
【０１５１】
また、試料Ｎｏ．３〜１３のように、絶縁層を備えしかも空孔を備えたセラミックスヒータは同様に抵抗発熱体にクラックがなく、優れた特性を示した。
【０１５２】
また、試料Ｎｏ．２〜１２のように、空孔の大きさが０．０５〜５０μｍであるセラミックスヒータは上記熱サイクルを繰り返した後でも抵抗発熱体の抵抗値の変化率は０．３％以下と小さく優れた特性を示した。
【０１５３】
また、試料Ｎｏ．４〜１１のように、空孔の大きさの平均値が１〜３０μｍであると、定常時のウェハの温度差が０．２９℃以下と小さく優れていることが判明した。
【０１５４】
また、試料Ｎｏ．５〜１０のように、空孔の線密度が１０００〜５０００００個／ｍであると過渡時のウェハ面内の最大温度差が４．７℃以下と小さく最も優れた特性を示すことが判明した。
【実施例２】
【０１５５】
実施例１と同様に板状セラミック体を作製し、抵抗発熱体となるペーストとして種種の金属とガラス成分や金属酸化物を混合しペースト状に作製したのちスクリーン印刷しウエハ支持部材を作製した。
【０１５６】
作製したウエハ支持部材にウエハを載せ抵抗発熱体に通電し、実施例１と同様に評価した。その結果を表２に示す。
【表２】
2005123132.tif 000004
【０１５７】
試料Ｎｏ.５１〜５８は、焼結した抵抗発熱体の熱膨張係数と板状セラミック体との熱膨張係数の差が３×１０−６／℃以下と小さいことから定常時のウエハの温度差が０．１９℃以下と小さく、好ましいことがわかった。
【０１５８】
しかし、試料Ｎｏ．５０，５９は抵抗発熱体の熱膨張係数が３×１０−６／℃を越えて大きく定常時のウエハの温度差も０．４８℃、０．４７℃と大きかった。
【０１５９】
試料Ｎｏ.５５〜５７は、焼結した抵抗発熱体の熱膨張係数と板状セラミック体との熱膨張係数の差が０．１×１０−６／℃以下と小さいことから定常時のウエハの温度差が０．１４℃以下と小さく、更に好ましいことがわかった。
【実施例３】
【０１６０】
また、実施例１と同様にセラミックスヒータを作製した。尚、有底の金属ケースの底面の厚みは２．０ｍｍのアルミニウムと側壁部を構成する厚み１．０ｍｍのアルミニウムからなり、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。
【０１６１】
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金属ケースの外形である直径を同じとした。
【０１６２】
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．６１〜７３とした。
【０１６３】
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。そして、得られた各セラミックスヒータの抵抗発熱体に通電し、加熱面上に載せたウエハの温度を６０秒で３００℃まで昇温させ、強制空冷により３００秒で４０℃以下に冷却する熱サイクル試験を１００００サイクル行なった。その後、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、その時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、過渡時のウェハ面内の最大温度差とした。
【０１６４】
それぞれの結果は表３に示す通りである。
【表３】
2005123132.tif 000005
【０１６５】
表３の試料Ｎｏ．６１は、板状セラミックス体の直径に対する抵抗発熱体の外接円の比率が８５％と小さく定常時のウェハの温度差は０．５４℃とやや大きかった。
【０１６６】
また、試料Ｎｏ.７３は板状セラミックス体の直径に対する抵抗発熱体の外接円の比率が９９．５％と大きく定常時のウェハの温度差は０．５２℃とやや大きく、過渡時のウェハ面内の最大温度差も８．７３℃とやや大きかった。
【０１６７】
これらに対し、試料Ｎｏ.６２〜７２は定常時のウェハの温度差が０．４６℃以下と小さく、しかも過渡時のウェハ面内の最大温度差が４．５０℃以下と小さく優れていることから、板状セラミックス体の直径に対する抵抗発熱体の外接円の比率は、９０〜９９％が優れたセラミックスヒータであることが分った。
【０１６８】
また、更に好ましくは試料Ｎｏ．６３〜７１に示すように、板状セラミックス体の直径に対する抵抗発熱体の外接円の比率は、９２〜９８％であると定常時のウェハの温度差０．２４℃以下と小さく優れたセラミックスヒータであることが分った。
【実施例４】
【０１６９】
実施例１と同様に板状セラミックス体を作製した。
【０１７０】
ただし、板状セラミックス体の厚みを０．５〜１０ｍｍとして、抵抗発熱体の厚みは１〜１００μｍとして作製した。
【０１７１】
そして、実施例１と同様に評価した。その結果を表４に示す。
【表４】
2005123132.tif 000006
【０１７２】
この結果、試料Ｎｏ.８５のように、板状セラミックス体の厚みが０．５ｍｍと小さいセラミックスヒータは、定常時のウエハの温度差が０．５４℃とやや大きかった。また、試料Ｎｏ.９７のように、板状セラミックス体の厚みが１０ｍｍと大きいセラミックスヒータは、定常時のウエハの温度差が０．４８℃とやや大きかった。
【０１７３】
また、試料Ｎｏ．８８のように、抵抗発熱体の厚みが１μｍと小さいセラミックスヒータは過渡時のウェハ面内の最大温度差が６．５１℃とやや大きかった。
【０１７４】
また、試料Ｎｏ．９４のように抵抗発熱体の厚みが１００μｍと厚いセラミックスヒータは、過渡時のウェハ面内の最大温度差が６．５２℃とやや大きかった。
【０１７５】
これに対し、試料Ｎｏ.８６、８７、８９〜９３、９５、９６に示すように、板状セラミックス体の厚みが１〜７ｍｍで抵抗発熱体の厚みが５〜７０μｍであるセラミックスヒータは定常時のウェハ面内の温度差が０．３０℃以内と小さく、昇温時のウェハの温度差も４．２１℃以下と小さく優れていることが分かった。
【０１７６】
更に、試料Ｎｏ．８７、８９〜９３、９５に示すように、板状セラミックス体の厚みが２〜５ｍｍで抵抗発熱体の厚みが５〜７０μｍであるセラミックスヒータは定常時のウェハの温度差が０．２２℃以内と小さく、過渡時のウェハ面内の最大温度差も４．１９℃以下と小さく優れていることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【０１７７】
【図１】(ａ)は本発明のセラミックスヒータを示す断面図である。（ｂ）は(ａ)の抵抗発熱体と板状セラッミクス体の間を示す拡大図である。
【図２】(ａ)は本発明の他のセラミックスヒータを示す断面図である。（ｂ）は（ａ）の抵抗発熱体と板状セラッミクス体の間を示す拡大図である。
【図３】本発明の他のセラミックスヒータの抵抗発熱体と板状セラッミクス体の間を示す拡大図である。
【図４】本発明のセラミックスヒータを示す断面図である。
【図５】本発明のセラミックスヒータの抵抗発熱体を示す図である。
【図６】本発明のセラミックスヒータの他の抵抗発熱体を示す図である。
【図７】本発明のセラミックスヒータの接触部材周辺を示す断面図である。
【図８】本発明のセラミックスヒータの他の接触部材周辺を示す断面図である。
【図９】従来のセラミックスヒータを示す断面図である。
【図１０】従来のセラミックスヒータの抵抗発熱体を示す図である。
【符号の説明】
【０１７８】
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
【図１】
2005123132.tif 000007
【図２】
2005123132.tif 000008
【図３】
2005123132.tif 000009
【図４】
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【図５】
2005123132.tif 000011
【図６】
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【図７】
2005123132.tif 000013
【図８】
2005123132.tif 000014
【図９】
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【図１０】
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