(57)【要約】本発明の目的は、セラミックヒータの外部端子、配線等が半導体製造工程において腐食されることがなく、半導体ウエハの均一な温度分布を実現することが可能である半導体製造・検査装置用セラミックヒータを提供することにあり、本発明は、セラミック基板の内部に抵抗発熱体が形成された半導体製造・検査装置用セラミックヒータであって、上記セラミック基板は、ウエハ加熱領域の外に給電端子を露出形成することを特徴とする。
2002084717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板の内部に抵抗発熱体が形成された半導体製造・検査装置用セラミックヒータであって、
前記セラミック基板は、ウエハ加熱領域の外に給電端子が露出形成されていることを特徴とする半導体製造・検査装置用セラミックヒータ。
【請求項２】
前記ウエハ加熱領域は、セラミック基板のウエハと対向する面から該ウエハと対向する面の反対側の面に至る部分である請求の範囲１に記載の半導体製造・検査装置用セラミックヒータ。
【請求項３】
前記セラミック基板は、円板形状の基体と、その側面に形成された凸部により構成され、前記セラミック基板の内部の抵抗発熱体と外部端子との接続は、凸部内の導電体を介してなされている請求の範囲１または２に記載の半導体製造・検査装置用セラミックヒータ。
【請求項４】
前記セラミック基板は、ウエハ加熱領域よりも大きな直径をもつ円板形状の基体からなり、そのウエハ加熱領域の外側に外部端子が形成されてなる請求の範囲１または２に記載の半導体製造・検査装置用セラミックヒータ。
【請求項５】
前記セラミック基板は、その側面に有底孔が形成され、その有底孔に測温素子が挿入されてなる請求の範囲１〜４のいずれか１に記載の半導体製造・検査装置用セラミックヒータ。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、主に半導体産業において、セラミックヒータ、静電チャック、ウエハプローバ用のチャックトップ板等に使用される半導体製造・検査装置用セラミックヒータに関する。
背景技術
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、従来、ステンレス鋼やアルミニウム合金などの金属製基材を用いたヒータが用いられてきた。
ところが、このような金属製のヒータは、以下のような問題があった。
まず、金属製であるため、セラミック基板の厚みは、１５ｍｍ程度と厚くしなければならない。なぜなら、薄い金属板では、加熱に起因する熱膨張により、反り、歪み等が発生してしまい、金属板上に載置した半導体ウエハが破損したり傾いたりしてしまうからである。しかしながら、セラミック基板の厚みを厚くすると、ヒータの重量が重くなり、また、嵩張ってしまうという問題があった。
さらに、発熱体に印加する電圧や電流量を変えることにより、加熱温度を制御するのであるが、金属板が厚いために、電圧や電流量の変化に対してセラミック基板の温度が迅速に追従せず、温度制御しにくいという問題もあった。
これに対し、特開平１１−４０３３０号公報等では、金属製のものに代えて、熱伝導率が高く、強度も大きい窒化物セラミックや炭化物セラミックを使用し、これらのセラミックからなるセラミック基板の表面に、金属粒子を焼結して形成した発熱体を設けているセラミックヒータが開示されている。
このようなヒータは、加熱の際に熱膨張しても、セラミック基板に反り、歪み等は発生しにくく、印加電圧や電流量の変化に対する温度追従性も良好であった。
発明の要約
ところが、半導体製造工程では、エッチング用ガス、クリーニング用ガスとして、塩素系ガス、フッ素系ガス等の腐食性ガスが使用されているため、上述のような構成のセラミックヒータを使用した場合、外部端子等の電極部材や導電線が腐食し、セラミックヒータの性能が低化するという問題が発生した。
このような問題を解決するため、特開平２０００−１１４３５５号公報や特許第２７８３９８０号公報に記載のように、円板状のセラミックと円筒状セラミック体とをセラミック接合層を介して接合きせ、円筒状セラミック体の内部に外部端子等を設けることにより、腐食性ガス等から外部端子、導電線等の電極部材を保護する手段がとられていた。
図１１は、このような構成のセラミック基板にシリコンウエハが載置されたセラミックヒータを模式的に示した断面図である。
このセラミックヒータ５０では、円板形状のセラミック基板５１の中央付近の底面５１ｂに、セラミック接合層６１を介して、筒状セラミック体５７が接合されている。また、筒状セラミック体５７は、支持容器の底板（図示せず）に密着するように形成されているため、筒状セラミック体５７の内部と外側とは完全に隔離されている。
また、抵抗発熱体５２と底面５１ｂとの間には、筒状セラミック体５７が接合されたセラミック基板５１の中央付近に向かって延びる導体回路５８が形成されており、抵抗発熱体端部と導体回路５８の一端とはバイアホール５３０を介して接続されている。
この導体回路５８は、抵抗発熱体の端部を中央部に延設するために形成されたものであり、導体回路５８の他端の直下にはスルーホール５３およびこのスルーホール５３を露出させる袋孔５９が形成され、このスルーホール５３は、半田層（図示せず）を介して先端がＴ字形状の外部端子６３と接続されている。
抵抗発熱体の端部が筒状セラミック体５７の内側にある場合には、バイアホールや導体回路は必要がないので、抵抗発熱体の端部に直接スルーホール５３が形成され、半田層を介して外部端子６３と接続されている。
そして、これらの外部端子６３には導電線６３０を有するソケット６５が取り付けられ、この導電線６３０は、底板（図示せず）に形成された貫通孔（図示せず）から外部に引き出され、電源等（図示せず）と接続されている。
上述したように、このセラミックヒータ５０では、セラミック基板５１に、セラミック接合層６１を介して、筒状セラミック体５７が接合され、筒状セラミック体５７は図示しない支持容器の底板（容器壁）まで形成されているので、筒状セラミック体５７の内側とその外側とは、完全に隔離された状態となっている。
従って、腐食性ガス等により、筒状セラミック体５７の内部の配線等が腐食することはない。
しかしながら、この方法を用いると、筒状セラミック体内部に不活性ガス等を導入することによる筒状セラミック体内部への熱の逃散やセラミック基板と筒状セラミック体との接合部を介しての熱の逃散に起因して、セラミック基板の加熱面の温度均一性が低下してしまうという問題が新たに発生する。
本発明者らは、上述した問題点に鑑み、半導体製造工程において、外部端子や導電線等の電極部材が腐食されることがなく、加熱時におけるセラミック基板の加熱面の温度のばらつきが小さいセラミックヒータを得ることを目的として鋭意研究を行った結果、セラミック基板の内部に抵抗発熱体を形成した半導体製造・検査装置用セラミックヒータを構成し、上記セラミック基板のウエハ加熱領域の外に給電端子を形成することで、腐食ガスに暴露される部分をウエハ加熱領域に留めることができ、外部端子や外部端子と抵抗発熱体とを接続する導電体が腐食性ガスに曝されることがなく、半導体ウエハを均一に加熱することができることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明の半導体製造・検査装置用セラミックヒータは、セラミック基板の内部に抵抗発熱体が形成された半導体製造・検査装置用セラミックヒータであって、上記セラミック基板は、ウエハ加熱領域の外に給電端子が露出形成されていることを特徴とする半導体製造・検査装置用セラミックヒータである。
また、上記ウエハ加熱領域は、セラミック基板のウエハと対向する面から該ウエハと対向する面の反対側の面に至る部分であることが望ましい。すなわち、上記ウエハ加熱領域は、半導体ウエハを加熱するために用いられる領域であり、セラミック基板の半導体ウエハと対向する面の半導体ウエハが載置される部分をそのまま下側の面（半導体ウエハと対向する面の反対側の面）に投影させることにより形成される部分（図９参照）であることが望ましい。
本発明の半導体製造・検査装置用セラミックヒータのうち、望ましい構成のセラミックヒータでは、上記セラミックヒータを構成するセラミック基板は、円板形状の基体と、その側面に形成された凸部により構成され、上記セラミック基板の内部の抵抗発熱体と外部端子との接続は、凸部内の導電体を介してなされている。
また、他の望ましい構成のセラミックヒータでは、上記セラミック基板は、ウエハ加熱領域よりも大きな直径をもつ円板形状の基体からなり、そのウエハ加熱領域に外部端子が形成されている。
上記セラミック基板は、その側面に有底孔が形成され、その有底孔に測温素子が挿入されてなることが望ましい。
上記望ましい構成のセラミックヒータの一つでは、図１〜３に示すように、セラミック基板は、円板形状の基体と凸部とが一体に形成された形状からなり、抵抗発熱体と外部端子との接続が、この凸部の内部の導電体で行われていることから、上記セラミックヒータを支持容器に固定し、ホットプレートユニットとして、半導体製造工程で使用する場合に、外部端子等の電極部材や導電線を腐食性ガス雰囲気の外側に配置することが可能であるため、電極部材や導電線が腐食性ガスに曝されることがなく、セラミックヒータの性能の低下を防止することができる。
さらに、本発明のセラミックヒータは、半導体製造工程において、電極部材や導電線を腐食性ガス雰囲気の外側に配置できない場合であっても、電極部材等がセラミック基板の凸部付近に集中しているため、この部分に腐食性ガスを遮断することが可能なセラミック等からなる保護部材を形成することにより、腐食性ガスから容易に保護することができ、電極部材の腐食を防止することができる。
また、本発明のセラミックヒータでは、図１１に示したセラミックヒータ５０のように、セラミック基板５１の中央部分付近に、外部端子等の電極部材や導電線を腐食性ガスから保護するための筒状セラミック体５７を設置する必要がないため、筒状セラミック体５７内部に不活性ガス等を導入することによる筒状セラミック体５７内への熱の逃散やセラミック基板５１と筒状セラミック体５７との接合部分を介しての熱の逃散に起因する加熱面の温度不均一を考慮する必要がなく、被加熱物である半導体ウエハを均一に加熱することができる。
もう一つの構成のセラミックヒータでは、セラミック基板が、ウエハ加熱領域よりも大きな直径をもつ円板形状の基体からなり、そのウエハ加熱領域の外側に外部端子が形成されてなるものである。
この構成では、セラミック基板を覆うように、チャンバを形成しておけばよく、セラミック基板の側面から端子を露出させれば、抵抗発熱体と端子とを接続する導電線はセラミック基板内に存在するので、腐食性ガスにおかされない。
また、全体として一つの円板であるので、凸部を形成する場合に比べて熱容量を点対称にすることができ、放熱が均一に行われるため有利である。セラミック基板の直径は、ウエハ加熱領域の１．５倍以上となるようにすることが望ましい。
発明の詳細な開示
次に、本発明の実施の形態に即して説明を行う。
実施の形態に係る本発明の半導体製造・検査装置用セラミックヒータは、セラミック基板の内部に複数の回路からなる抵抗発熱体が形成された半導体製造・検査装置用セラミックヒータであって、上記セラミック基板は、円板状の基体と略矩形状の凸部とからなり、これらが同一平面からなる主面を形成するように一体化され、上記抵抗発熱体と外部端子との接続は、上記凸部の側面で行われることを特徴とする半導体製造・検査装置用セラミックヒータである。
本発明のセラミックヒータの実施の形態について、図面を用いて説明する。
なお、以下の説明においては、半導体製造・検査装置用セラミックヒータを、単に、セラミックヒータともいうことにする。
図１は、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。
また、図２は、図１に示すセラミックヒータのＡ−Ａ線方向の部分断面図であり、図３は、図１に示すセラミックヒータのＢ−Ｂ線方向の部分断面図である。
このセラミックヒータは、セラミック基板の内部に抵抗発熱体が形成されている。
なお、以下の説明では、Ａ−Ａ線方向のことを縦方向、Ｂ−Ｂ線方向のことを横方向ともいうこととする。
図１に示すように、セラミックヒータ１０において、セラミック基板１１は、円板状の基体と略矩形状の凸部とからなる形状となっている。
上記円板形状の基体と上記略矩形状の凸部とは、同一平面からなる主面を形成するように一体化されており、セラミック基板１１の側面の厚さは、すべて均一となっている。
なお、以下の説明では、略矩形状の凸部のことを、単に、凸部ともいうことにする。また、凸部は、矩形状に限られず、半円形状等であってもよい。
図８は、半円形状からなる凸部を有するセラミックヒータ８０を示す。このセラミックヒータ８０では、凸部が半円形であるほかは、図１に示したセラミックヒータ１０と同様に構成されている。
本発明のセラミックヒータ１０における、セラミック基板１１を構成する円板状の基体の直径は、２００ｍｍ以上が望ましい。大きな直径を持つセラミックヒータほど、加熱時に半導体ウエハ２９の温度が不均一化しやすいため、本発明の構成が有効に機能するからである。また、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。
セラミック基板１１を構成する基体の直径は、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、セラミック基板１１の略矩形状の凸部については、そのＡ−Ａ線方向（縦方向）の長さが３１０〜６００ｍｍであることが望ましい。
３１０ｍｍ未満では、半導体ウエハ２９と電極部材との距離を充分にとることができないため、電極部材を腐食性ガス雰囲気の外側に配置することができないからであり、６００ｍｍを超えると、凸部の温度が低くなることにより、セラミック基板１１の加熱面に温度のばらつきが発生するからである。
一方、凸部のＢ−Ｂ線方向（横方向）の長さについては、５〜３４０ｍｍであることが望ましい。
５ｍｍ未満では、凸部に抵抗発熱体１２や外部端子２３を形成することが困難となるからであり、３４０ｍｍを超えると、凸部において、抵抗発熱体１２の間隔が広くなりすぎ、凸部の温度が低くなることにより、セラミック基板１１の加熱面に温度のばらつきが発生するからである。
また、本発明のセラミックヒータ１０を構成するセラミック基板１１の厚さは、２５ｍｍ以下であることが望ましい。上記セラミック基板１１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、その厚さは、０．５ｍｍ以上であることが望ましい。０．５ｍｍより薄いと、セラミック基板１１の強度自体が低下するため破損しやすくなる。また、抵抗発熱体１２の下部に、バイアホール１７や導体回路１８を形成することが困難となるからである。
より望ましくは、１．５ｍｍを超え５ｍｍ以下である。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１１中を伝搬する熱が充分に拡散しないため加熱面に温度ばらつきが発生することがあり、また、セラミック基板１１の強度が低下して破損する場合があるからである。
さらに、セラミックヒータ１０には、加熱面１１ａの全体の温度が均一になるように加熱するため、セラミック基板１１の内部に抵抗発熱体１２（１２ａ〜１２ｃ）が形成されている。
すなわち、セラミックヒータ１０の最外周には、屈曲線の繰り返しパターンからなる抵抗発熱体１２ａが配置され、その内側に、同心円パターンの回路からなる抵抗発熱体１２ｂ、１２ｃが、一定の間隔を置いて配置されている。
また、本発明のセラミックヒータ１０における最外周の抵抗発熱体１２ａのパターンとしては、図１に示した、屈曲線の繰り返しパターンに限らず、例えば、同心円形状のパターン、渦巻き状のパターン、偏心円状の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１２ａのパターンを、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１０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１０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１１の最外周に限らず、その内部にも形成してもよい。
また、セラミック基板１１の内周部分に形成された抵抗発熱体１２ｂ、１２ｃについても、同心円状のパターンに限られず、例えば、屈曲線の繰り返しパターン、渦巻き状のパターン、偏心円状のパターン等を用いることができる。
また、セラミックヒータ１０では、抵抗発熱体１２ａ〜１２ｃの端部が、それぞれセラミック基板１１の凸部の側面まで延設されている。
抵抗発熱体１２ａでは、屈曲線の繰り返しパターンの一部が切断され、その切断された２箇所の端部が、セラミック基板１１の凸部の側面に垂直に延設されたパターンとなっている。
抵抗発熱体１２ｂでは、一方の端部は、同心円状パターンの外側に形成されており、抵抗発熱体１２ａの場合と同様に、その端部がセラミック基板１１の凸部の側面に垂直に延設されているが、もう一方の端部は、クーリングスポット等の発生を防止することを目的として、同心円状パターンの内側に形成されているため、この端部の直下にバイアホール１７を形成し、バイアホール１７の下部に導体回路１８ｂを形成することにより、抵抗発熱体の端部をセラミック基板１１の凸部の側面へと延設している。
また、抵抗発熱体１２ｃでは、同心円状パターンの外側に形成された端部および内側に形成された端部の直下にバイアホール１７を形成し、バイアホール１７の下部に導体回路１８ｃを形成することにより、抵抗発熱体の端部をセラミック基板１１の凸部の側面へと延設している。
すなわち、同心円状のパターンの内側に形成された端部と導体回路１８ｂ、１８ｃとは、バイアホール１７を介して、接続されていることとなる。
また、セラミック基板１１の円板状の基体と略矩形状の凸部との接合部付近において、抵抗発熱体の間隔が疎になることを防止するために、最外周に形成された抵抗発熱体１２ａの屈曲線の繰り返しパターンの切断部分を図面に表したものよりも狭くなるようにしてもよい。
この場合、導体回路１８ｂ、１８ｃと立体的に重ならないようにするため、屈曲線の繰り返しパターンが切断された部分の直上にバイアホールを形成することにより、このバイアホールの上部を起点として、屈曲線の繰り返しパターンの切断部分が狭くなるように、端部が凸部の側面に延設されている構成の導体回路を形成してもよい。
導体回路１８は、抵抗発熱体の端部をセラミック基板１１の凸部の側面まで延設させるために設けられたものであり、導体回路１８の材質、構成等については、抵抗発熱体１２と同様のものを用いることが望ましい。
なお、本発明のセラミックヒータでは、抵抗発熱体１２をセラミック基板１１の内部に形成するため、抵抗発熱体表面が酸化されることがなく、被覆は不要である。
さらに、導体回路１８の端部、または、セラミック基板１１の凸部の側面へと延設された抵抗発熱体の端部には、スルーホール１３が形成され、このスルーホール１３を露出させる袋孔１９が形成されるとともに、袋孔１９には外部端子２３が挿入され、ろう材（図示せず）で接合されている。
さらに外部端子２３には、例えば、導電線を有するソケット（図示せず）が取り付けられ、この導電線は電源等に接続されている。
電源と接続するため外部端子２３は、半田を介して抵抗発熱体１２に取り付けるが、外部端子２３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。
なお、外部端子２３としては、例えば、コバールまたはＮｉ製の外部端子が挙げられる。
外部端子２３は、図６のようにセラミック基板の側面や下側面に形成することが望ましい。
また、図２および図３に示すように、セラミックヒータ１０には、貫通孔１５が形成されるとともに、貫通孔１５には、リフターピン１６が挿通されており、被加熱物である半導体ウエハ２９をセラミックヒータ１０の加熱面より一定距離離間させた状態で支持し加熱することができるようになっている。
また、リフターピン１６ではなく、セラミックヒータの加熱面に形成された支持ピン２２により、半導体ウエハ２９を、セラミックヒータ１０の加熱面より一定距離離間させた状態で支持し加熱することも可能である。
なお、本発明のセラミック基板１１では、リフターピン１５または支持ピン２２により、被加熱物である半導体ウエハ２９をセラミック基板１１の加熱面から離間させる場合、５〜５０００μｍ離間した状態で保持することが望ましい。５μｍ未満では、距離が短すぎるため、４セラミック基板１１の温度分布の影響をうけて半導体ウエハの温度が不均一となるからである。
５０００μｍを超えると、半導体ウエハ２９の温度が上昇しにくくなり、特に、半導体ウエハ２９の外周部分の温度が低くなってしまうからである。被加熱物とセラミック基板の加熱面とは５〜５００μｍ離間することがより望ましく、２０〜２００μｍ離間することが更に望ましい。
また、図４は、本発明の他の実施形態であるセラミックヒータを模式的に示す底面図である。
セラミックヒータ３０では、加熱面３１ａの全体の温度が均一になるように加熱するため、セラミック基板３１の内部に抵抗発熱体３２（３２ａ〜３２ｃ）が形成されている。これらの抵抗発熱体３２ａ〜３２ｃは、同心円状パターンの回路により構成されており、抵抗発熱体３２ａ〜３２ｃの端部は、それぞれセラミック基板３１の凸部の側面まで延設されている。
同心円状パターンである抵抗発熱体３２ａの外側に形成された端部は、セラミック基板３１の凸部の側面に垂直に延設されているが、内側に形成された端部は、この端部の直下にバイアホールを形成し、バイアホールを介して、その直下に導体回路３８ａを形成することにより、抵抗発熱体の端部をセラミック基板３１の凸部の側面へと延設している。
また、抵抗発熱体３２ｂ、３２ｃにおいては、同心円状パターンの外側に形成された端部および内側に形成された端部の直下にバイアホールを形成し、バイアホールの下部に導体回路３８ｂ、３８ｃを形成することにより、抵抗発熱体の端部をセラミック基板３１の凸部の側面へと延設している。
なお、図４に示したセラミックヒータ３０については、抵抗発熱体のパターン以外の構成は、図１に示したセラミックヒータ１０と同様であるため、その説明を省略することとする。
図５は、本発明のセラミックヒータ１０を支持容器に固定し、ホットプレートユニットとした場合の一例を模式的に示す断面図である。
ホットプレートユニット１では、セラミックヒータ１０の外周縁部に近い部分には貫通孔が形成され、この貫通孔にボルト７２が挿通され、ボルト７２の端部は支持容器の底部に固定されているとともに、セラミック基板１１の下部に設置されたナット７３によっても固定されている。従って、セラミックヒータ１０は、支持容器底部に立設されたボルト７２を介し、支持容器４１の内側に支持、固定されていることになる。
この場合、セラミック基板１１の略矩形状からなる凸部は、支持容器４１の上部よりも外側に配置されることとなる。
また、セラミックヒータ１０と、支持容器４１の底部とは、略平行となるように支持、固定されている。
さらに、この状態でセラミックヒータ１０の側面と支持容器４１の外枠部とは、非接触となるように、わずかに離れており、空気は断熱材としての役割を果たすため、セラミックヒータ１０の側面から熱が逃げにくい構成となっている。
また、抵抗発熱体１２とバイアホール１７を介して接続された、導体回路１８の端部には、半田層（図示せず）等を介して外部端子２３が接続されており、外部端子２３には導電線２３０を有するソケット２５が取り付けられ、この導電線２３０は、支持容器の外部に引き出され、電源（図示せず）との接続が図られている。
なお、ホットプレートユニット１には、リフターピン（図示せず）を保護するガイド管４５が形成され、支持容器４１の底部には、冷媒導入管３９が固定され、冷却することができるようになっている。
本発明のセラミックヒータ１０を図５に示すような構成のホットプレートユニット１として、半導体製造工程で使用する場合、半導体ウエハ２９と外部端子２３等の電極部材や導電線２３０との距離を長くとることができるため、凸部を除いたホットプレートユニット全体を密閉された容器に入れるか、凸部のみを保護部材等により覆うことにより、セラミック基板１１の凸部の側面に形成された外部端子２３等の電極部材や導電線２３０をエッチング用ガス、クリーニング用ガス等の腐食性ガス雰囲気の外側に設置することが可能となり、電極部材が腐食性ガスに曝されることがなく、セラミックヒータの性能の低下を防止することができる。
さらに、本発明のセラミックヒータでは、図１１に示したセラミックヒータのように、セラミック基板の中央部分付近に、外部端子等の電極部材や導電線を腐食性ガスから保護するための筒状セラミック体を設置する必要がないため、筒状セラミック体内部に不活性ガス等を導入することによる筒状セラミック体内への熱の逃散やセラミック基板と筒状セラミック体との接合部分を介しての熱の逃散に起因する加熱面の温度不均一を考慮する必要がなく、被加熱物である半導体ウエハを均一に加熱することができる。
また、図１１のセラミックヒータ５０のように、セラミック焼結体を製造した後、再焼成等により、セラミック基板と筒状セラミック体とを接合する工程を行う必要がなく、セラミックヒータの製造工程を簡略化することができる。
また、図６は、セラミック基板１１の凸部の側面に形成された外部端子２３等の電極部材や導電線を保護部材２０で覆った場合の構成を模式的に示した断面図である。
保護部材２０としては、絶縁性を有し、セラミック基板１１が加熱された際にも、変形したり、変質しない耐熱性を有する材料であることが望ましく、例えば、アルミナ、シリカ、ムライト、コージェライト等の酸化物セラミック、窒化アルミニウム、窒化珪素等の窒化物セラミック、炭化珪素等の炭化物セラミック、耐腐食性の金属等からなるものが望ましい。
保護部材２０は、ろう材からなる接合部２１によりセラミック基板１１にろう付けされていることが望ましい。セラミック基板１１と保護部材２０とを強固に固定するためである。また、接合部２１の材料としては特に限定されず、例えば、アルミニウムろう、金ろう、銀ろう、リン銅ろう、黄銅ろう、ニッケルろう、パラジウムろう等を挙げることができる。
さらに、接合部２１には、断熱リング等を使用してもよい。
接合部２１としては、ＪＩＳ  Ｚ  ３２６１−１９７６に規定する銀ろう、ＪＩＳ  Ｚ  ３２６６−１９７７に規定する金ろう、ＪＩＳ  Ｚ  ３２６７−１９７６に規定するパラジウムろう、ＪＩＳ  Ｚ  ３２６２−１９７７に規定する黄銅ろう、ＪＩＳ  Ｚ  ３２６３−１９７７に規定するアルミニウム合金ろう、ＪＩＳ  Ｚ  ３２６４−１９７７に規定するリン銅ろう、ＪＩＳ  Ｚ  ３２６５−１９７６に規定するりんニッケルろうなどを使用することができる。
具体的に、銀ろうとしては、Ａｇ４４〜４６重量％、Ｃｕ１４〜１６重量％、Ｚｎ１４〜１８重量％、Ｃｄ２３〜３５重量％の合金、金ろうとしては、Ａｕ３４．５〜３５．５重量％、Ｎｉ２．５〜３．５重量％の合金、パラジウムろうとしては、Ｐｄ５９．５〜６０．５重量％、Ｎｉ３９．５〜４０．５重量％の合金、黄銅ろうとしては、Ｃｕ４６〜４９重量％、Ｎｉ１０〜１１重量％、Ａｇ０．３〜１．０重量％の合金が挙げられる。
また、アルミニウム合金ろうとしては、Ｃｕ０．２５重量％以下、Ｓｉ６．８〜８．２重量％、Ｍｎ０．１重量％以下、Ｆｅ０．８重量％以下、残部がＡｌからなる合金、ニッケルろうとしては、Ｃｒ１３．０〜１５．０重量％、Ｂ２．７〜４．０重量％、Ｓｉ３．０〜５．０重量％、Ｆｅ４．０〜５．０重量％、Ｃ０．６〜０．９重量％、残部がＮｉの合金、リン銅ろうとしては、Ｐ４．８〜５．３重量％、残部がＣｕの合金が挙げられる。
接合部２１の厚さとしては、０．１〜５ｍｍが望ましい。厚すぎても薄すぎても接着性が低下するからである。
従って、半導体製造工程において、外部端子２３等の電極部材や導電線２３０を含めたホットプレートユニット１の全体が腐食性ガスの雰囲気下にある場合であっても、本発明のセラミックヒータ１０は、外部端子２３等の電極部材がセラミック基板１１の凸部付近に集中しているため、図６に示すような、腐食性ガスを遮断することが可能な保護部材２０で外部端子２３等の電極部材や導電線２３０を覆うことにより、腐食性ガスから容易に保護することができ、電極部材や導電線の腐食を防止することができる。
図７は、セラミック基板１１に形成された有底孔等の構成を模式的に示す底面図である。
図７に示すように、セラミック基板１１には、その主面に平行であるとともに、上記凸部の側面に開口部を有する有底孔１４が複数形成されている。
また、有底孔１４には、測温素子１８０が挿入されている。
有底孔１４は、その先端部がセラミック基板１１の中心部および外周部等の比較的温度が不均一化しやすい部分に位置するように形成されているため、この有底孔１４に測温素子１８０を挿入して、セラミック基板の温度を測定した場合に、正確に加熱面の温度を測定することができる。
なお、図２または図３に示すように、有底孔１４を抵抗発熱体１２よりも相対的に加熱面１１ａの近く形成することで、より正確に加熱面の温度の測定が可能となる。
また、有底孔１４は、その開口部がセラミック基板１１の凸部の側面に設置されていることから、上述の電極部材や導電線の場合と同様に、半導体製造工程において、測温素子１８０が露出している部分を腐食性ガス雰囲気の外側に配置することが可能となり、測温素子１８０の露出部分が腐食性ガスに曝されることがなく、測温素子１８０の性能が低下することを防止することができる。
また、有底孔１４と加熱面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よりも加熱面１１ａに近くなり、より正確な半導体ウエハ２９の温度の測定が可能となるからである。
有底孔１４と加熱面１１ａとの距離が０．１ｍｍ未満では、放熱してしまい、加熱面１１ａ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１２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１１ａに温度分布が形成されてしまうからである。
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１１ａとの距離を均等にすることができなくなるからである。
有底孔１４は、図７に示したように、セラミック基板１１の中心に対して線対称で、かつ、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。
測温素子１８０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。
上記熱電対の接合部の大きさは、素線の径と同じが、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。
測温素子１８０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。
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。
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。
次に、本発明を構成するセラミックヒータ等の材質や形状等について、さらに詳しく説明する。
本発明のセラミックヒータを形成するセラミックは、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックであることが望ましい。
窒化物セラミックや炭化物セラミックは、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。
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。
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。
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。
また、本発明のセラミック基板は、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。
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幅射熱量、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。
また、本発明においては、抵抗発熱体をセラミック基板の内部に埋設する。
抵抗発熱体をセラミック基板の内部に形成する場合は、上記抵抗発熱体は、加熱面の反対側の面から厚さ方向に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、加熱面に近すぎるため、上記セラミック基板内を伝搬する熱が充分に拡散されず、加熱面に温度ばらつきが発生してしまうからである。
抵抗発熱体を形成する場合は、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。
セラミック基板の内部に形成された抵抗発熱体は、その厚さは、１〜５０μｍが好ましい。セラミック基板に形成された抵抗発熱体は、抵抗発熱体の幅は、５〜２０μｍが好ましい。
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。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、加熱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ること、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、モリブデンなどの高融点金属やタングステン、モリブデンなど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。
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拡散し、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。
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。
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。
また、抵抗発熱体をセラミック基板の内部に形成する場合は、アスペクト比を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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
また、別の実施形態に係るセラミックヒータでは、セラミックヒータを構成するセラミック基板は、ウエハ加熱領域よりも大きな直径をもつ円板形状の基体からなり、そのウエハ加熱領域の外側に外部端子が形成されてなる。
図９（ａ）は、上述した構成のセラミックヒータを示す断面図であり、（ｂ）は、平面図である。
このセラミックヒータ９０では、セラミック基板９１は、ウエハ加熱領域よりも直径が大きく、抵抗発熱体９２、外部端子９５、および、抵抗発熱体と外部端子とを電気的に接続する導電体９３により加熱が行なわれる。
このセラミックヒータ９０では、セラミック基板９１のウエハ加熱領域の外側にシールリング９７が形成され、その上にチャンバ９４が形成されている。また、下側には、保護容器が設置されている。なお、図９において、ウエハ加熱領域をＡで示している。
このセラミックヒータ９０では、セラミック基板９１のウエハ加熱領域Ａの外側に給電端子（外部端子）９５を形成することで、腐食ガスに暴露される部分をウエハ加熱領域Ａに留めることができ、外部端子９５や外部端子９５と抵抗発熱体９２とを接続する導電体９３が腐食性ガスに曝されることがなく、半導体ウエハを均一に加熱することができる
また、本発明のセラミック基板の内部に静電電極層が形成された場合には、上記セラミック基板は、静電チャックとして機能する。この場合、この静電チャックを構成するセラミック基板は、静電電極が形成されていることを除いて、上記したセラミックヒータとほぼ同様に構成されている。
また、本発明のセラミック基板には、表面にチャックトップ導体層を設け、内部にガード電極、グランド電極等を設けることによりウエハプローバ用のチャックトップ板として機能する。
次に、セラミック基板１１に抵抗発熱体１２ａ〜１２ｃが形成されたセラミックヒータ１０（図１〜３参照）の製造方法について、図１０に基づいて説明する。
（１）セラミック基板の作製工程
まず、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製し、これを用いて円板状の基体と略矩形状の凸部とからなるグリーンシート７０を作製する。
上述した窒化物等のセラミック粉末としては、窒化アルミニウム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。
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。
次に、抵抗発熱体の端部と導体回路とを接続するためのバイアホールとなる部分を形成したグリーンシート、導体回路と外部端子とを接続するためのスルーホールとなる部分を形成したグリーンシート、および、有底孔となる部分を形成したグリーンシートを作成する。
（２）グリーンシート上に導体ペーストを印刷する工程
バイアホールになる部分を形成したグリーンシート７０上に、抵抗発熱体１２を形成するための金属ペーストまたは導電性セラミックを含む導体ペーストを印刷し、抵抗発熱体用導体ペースト層１２０を形成する。
また、バイアホールになる部分を形成したグリーンシート７０の下には、導体回路用導体ペースト層１８０を形成する。
また、バイアホールになる部分には、バイアホール用の導体ペースト充填層１７０を形成し、スルーホールとなる部分には、スルーホール用導体ペースト充填層１３０を形成する。
これらの導電ペースト中には、金属粒子または導電性セラミック粒子が含まれている。
なお、バイアホールとなる部分およびスルーホールとなる部分には、上記ペースト中にカーボンを加えておいたものを充填してもよい。グリーンシート中のカーボンは、スルーホール中に充填されたタングステンやモリブデンと反応し、これらの炭化物が形成されるからである。
上記金属粒子であるタングステン粒子またはモリブデン粒子の平均粒子径は、０．１〜５μｍが好ましい。平均粒子が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重量部を混合した組成物（ペースト）が挙げられる。
（３）グリーンシートの積層工程
有底孔となる部分が形成されたグリーンシート７０の上下に導体ペーストを印刷していないグリーンシート７０を積層した後、その下側に、導体ペーストを印刷したグリーンシート７０および導体ペーストを印刷していないグリーンシート７０を積層する（図１０（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７０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、下側のグリーンシートの積層数は５〜２０枚が好ましい。
（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。
次に、得られた焼結体に、半導体ウエハ２９を支持するためのリフターピン１６を挿入するリフターピン用貫通孔１５、抵抗発熱体１２を外部端子２３と接続するためのスルーホール１３等を形成する（図１０（ｂ）参照）。
上述の貫通孔を形成する工程は、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。
なお、貫通孔は、表面研磨後に、サンドブラスト等のブラスト処理を行うことにより形成することができる。また、内部の抵抗発熱体１２と接続するためのスルーホール１３を露出させるために袋孔１９を形成し（図１０（ｃ）参照）、この袋孔１９に半田やろう材を介して外部端子２３を挿入し、加熱してリフローすることにより、外部端子２３をスルーホール１３に接続する（図１０（ｄ）参照）。加熱温度は、半田処理の場合は、９０〜４５０℃が好適であり、ろう材での処理の場合には、９００〜１１００℃が好適である。
さらに、有底孔１４に測温素子としての熱電対（図示せず）などを銀ろう、金ろうなどで取り付け、ポリイミドなどの耐熱性樹脂で封止し、セラミックヒータ１０の製造を終了する。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
（実施例１）
セラミックヒータ（図１〜３および図１０参照）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とした。
（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１３となる部分、バイアホール１７となる部分、および、有底孔１４となる部分をパンチング等により設けた。
（３）平均粒径１μｍのタングステンカーバイト粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部および分散剤０．３重量部を混合して導体ペーストＡを調整した。
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Ｂを調整した。
この導体ペーストＡをグリーンシート上にスクリーン印刷で印刷し、抵抗発熱体用導体ペースト層１２０および導体回路用導体ペースト層１８０を形成した。印刷パターンは、図１に示すように、セラミック基板１１の外周部分が屈曲線の繰り返しパターンで、内周部分が同心円状のパターンとした。
さらに、外部端子２３を接続するためのスルーホール１３および抵抗発熱体１２と導体回路１８を接続するバイアホール１７となる部分に導体ペーストＢを充填し、スルーホール用充填層１３０およびバイアホール用充填層１７０を形成した。（図１０（ａ）参照）
上記処理の終わったグリーンシートに、さらに、導体ペーストを印刷していないグリーンシートを上側（加熱面）に３７枚、下側に１３枚積層し、１３０℃、８ＭＰａの圧力で圧着して積層体を形成した。（図１０（ｂ）参照）
（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３ｍｍで、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの抵抗発熱体１２および導体回路１８を有するセラミック板状体とした。
さらに、このセラミック板状体を研削加工して、円板形状と凸部とからなる形状とした。研削加工により、直径３４０ｍｍの円板形状の基体と縦方向の長さが１５０ｍｍ、横方向の長さが５０ｍｍの略矩形状の凸部とが一体化された形状となった。
また、形成された有底孔１４は、セラミック基板１１の主面に平行であるとともに、セラミック基板１１の凸部の側面に開口部を有し、有底孔１４の先端部は、セラミック基板１１の中央部や外周部に配置されている。
（５）次に、（４）で得られたセラミック板状体を、ダイヤモンド砥石で研磨した後、マスクを載置し、ＳｉＣ粒子等によるブラスト処理により、半導体ウエハ２９を運搬等するためのリフターピン１６を挿入するためのリフターピン用貫通孔１５を形成した。
（６）次に、スルーホール１３が形成されている部分をえぐりとって袋孔１９とし（図１０（ｃ）参照）、この袋孔１９にＮｉ−Ａｕからなる金ろうを用い、７００℃で加熱リフローしてコバール製の外部端子２３を接続させた（図１０（ｄ）参照）。
（７）温度制御のための測温素子１８０を有底孔１４に埋め込み、本発明のセラミックヒータ１０を得た。
（実施例２）
図４に示したように、すべての抵抗発熱体が同心円状のパターンであり、その端部がセラミック基板３１の凸部の側面へと延設された抵抗発熱体３２を形成した以外は（実施例１と同様にして、セラミックヒータ３０を製造した。
（実施例３）
セラミックヒータを、図９に示した構成とし、セラミック基板の直径をウエハ加熱領域の２倍の直径である４００ｍｍとした。そして、セラミック基板の製造条件については、実施例１と同様にして、セラミックヒータ９０を製造した。
（比較例１）
図１１に示すような、筒状セラミック体５７を有する構成のセラミックヒータ５０を製造した。基本的なセラミック基板の製造方法は、実施例１と同様であるが、セラミック基板の形状や抵抗発熱体のパターン等は、実施例１の場合と異なる。
なお、筒状セラミック体５７の内部には、不活性ガスとして、窒素ガスを導入した。
実施例１〜３および比較例１に係るセラミックヒータを支持容器に固定した後、シリコンウエハを載置し、下記の方法により評価した。その結果を表１に示す。
評価方法
（１）電極部材および導電線の観察
塩素ガス雰囲気で、セラミックヒータを２００℃まで昇温した後における、セラミックヒータに形成された電極部材および導電線の腐食の状態を観察した。
なお、実施例１，２のセラミックヒータでは、凸部を除いた部分のみを塩素ガス雰囲気とした。
（２）加熱面内温度均一性
セラミックヒータを２００℃まで昇温した後、サーモビュア（日本データム社製  ＩＲ−１６−２０１２−００１２）によりシリコンウエハの最高温度と最低温度とを測定し、その温度差を算出した。
（３）セラミックヒータの加熱面の温度観察
実施例１および比較例１に係るセラミックヒータを５５０℃に温度設定して昇温し、加熱面をサーモビュアにて観察した。結果を図１２に示す。図１２（ａ）は、実施例１に係るセラミックヒータの加熱面を観察したサーモビュア写真であり、図１２（ｂ）は、比較例１に係るセラミックヒータの加熱面を観察したサーモビュア写真である。
（４）投入電力と温度の測定
実施例１および比較例１に係るセラミックヒータを昇温し、投入電力および温度を測定した。図１４は、そのときの投入電力と温度との関係を示したグラフである。
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表１に示すように、実施例１〜３および比較例１に係るセラミックヒータでは、塩素ガスによる電極部材および導電線の腐食は見られなかった。
これは、実施例１〜３に係るセラミックヒータでは、電極部材および導電線を塩素ガス雰囲気の外側に配置することができ、腐食性ガスに曝されなかったためであると考えられた。
また、比較例１に係るセラミックヒータでは、電極部材および導電線が腐食性ガスを遮断する材料により保護されているためであると考えられた。
一方、比較例１に係るセラミックヒータでは、実施例１〜３に係るセラミックヒータに比べて、加熱面内の温度にばらつきが見られた。
これは、比較例１に係るセラミックヒータでは、セラミック基板の中央部分付近に、外部端子等の電極部材や導電線を腐食性ガスから保護するための筒状セラミック体が設置されているため、筒状セラミック体内部に不活性ガスを導入することによる筒状セラミック体内への熱の逃散やセラミック基板と筒状セラミック体との接合部分を介しての熱の逃散に起因して加熱面の温度不均一が発生したものと考えられた。
また、図１２に示すように、セラミックヒータの最高温度と最低温度との温度差ΔＴは、比較例１に係るセラミックヒータでは、中心の温度が低く、ΔＴ＝６．５℃となっているが、実施例１に係るセラミックヒータでは、加熱面の温度が均一で、ΔＴ＝０．７℃である。
また、図１４に示すように、実施例１に係るセラミックヒータでは、７００℃まで昇温しても、投入電力は３ｋｗであったが、比較例１に係るセラミックヒータでは、７ｋｗまで投入電力が必要であった。理由は明確ではないが、中心部に接続する筒状セラミック体から熱が伝達流出してしまい、所定温度に昇温するための余分な投入電力が必要となるためであると考えられる。
このように本発明のセラミックヒータは省電力に優れているのである。
（実施例４〜８）セラミック基板の熱伝導率を変えたセラミックヒータの製造
実施例１の（１）の工程の代わりに、ＳｉＣ粉末（トクヤマ社製、平均粒径０．５μｍ）１００重量部、Ｂ４Ｃ５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とした。
また、実施例１の（４）の工程で、６００℃で５時間脱脂し、常圧で焼成して多孔体とした。このとき、表２に示すような焼成条件で焼結を行うことにより、熱伝導率を調整した。
上記工程以外の工程は、実施例１と同様にして、セラミックヒータを製造した。
なお、ＳｉＣは電気伝導性をもつが、多孔質であれば抵抗発熱体の方が抵抗値が小さいため、電流は抵抗発熱体を流れる。このため内部に抵抗発熱体を埋めたセラミックヒータとして使用できるのである。
（比較例２〜６）セラミック基板の熱伝導率を変えたセラミックヒータの製造
ＳｉＣ粉末（トクヤマ社製、平均粒径０．５μｍ）１００重量部、Ｂ４Ｃ５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で、厚さ０．４７ｍｍとし、さらに、６００℃で５時間脱脂し、常圧で表２に示すような焼成条件で焼結を行うことにより多孔体とした以外は、比較例１と同様にして、セラミックヒータを製造した。
なお、実施例４〜８および比較例２〜６に係るセラミックヒータを構成するセラミック基板の熱伝導率および気孔率を表２に示す。
また、図１３に、実施例４〜８および比較例２〜６に係るセラミックヒータの面内温度と熱伝導率との関係を示す。
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図１３に示すように、本発明の構造の方がセラミック基板の熱伝導率への依存の仕方がはるかに小さく、面内温度均一性に優れていることが判る。
比較例２〜６に係るセラミックヒータでは、筒状セラミック体が熱を伝達させてしまうため、セラミック基板の熱伝導率が高くなると筒状セラミック体が接合されているセラミックヒータの中心温度が低下し、逆にセラミック基板の熱伝導率が下がると筒状セラミック体が断熱材の機能を持ってしまい、中心温度が上昇する。
一方、本発明に係るセラミックヒータでは、筒状セラミック体が存在しないため、このような問題が発生せず、セラミック基板の熱伝導率に依存せず、面内温度均一性に優れている。
産業上利用の可能性
以上説明したように本発明のセラミックヒータによれば、セラミック基板が円板状の基体と凸部とが一体に形成された形状からなり、抵抗発熱体と外部端子との接続が、この凸部の側面で行われていることから、上記セラミックヒータを支持容器に固定し、半導体ウエハを載置して、半導体製造工程で使用する場合に、外部端子等の電極部材や導電線を腐食性ガス雰囲気の外側に形成することが可能であるため、電極部材が腐食性ガスに曝されることがなく、セラミックヒータの性能の低下を防止することができる。
また、本発明のセラミックヒータは、半導体製造工程において、電極部材が腐食性ガス雰囲気にある場合であっても、電極部材がセラミック基板の凸部付近に集中しているため、この部分のみを腐食性ガスを遮断することが可能なセラミック等からなる保護部材で覆うことにより、腐食性ガスから容易に保護することができ、電極部材の腐食を防止することができる。
さらに、本発明のセラミックヒータでは、従来のセラミックヒータのように、セラミック基板の中央部分付近に、外部端子等の電極部材や導電線を腐食性ガスから保護するための筒状セラミック体を設置する必要がないため、筒状セラミック体内部に不活性ガス等を導入することによる筒状セラミック体内への熱の逃散やセラミック基板と筒状セラミック体との接合部分を介しての熱の逃散に起因する加熱面の温度不均一を考慮する必要がなく、被加熱物である半導体ウエハを均一に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係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２は、図１に示したセラミックヒータのＡ−Ａ線方向の部分断面図である。
図３は、図１に示したセラミックヒータのＢ−Ｂ線方向の部分断面図である。
図４は、本発明に係るセラミックヒータの別の一例を模式的に示す底面図である。
図５は、本発明に係るセラミックヒータを支持容器に固定した場合の一例を模式的に示す断面図である。
図６は、本発明に係るセラミックヒータに保護部材を形成した場合の一例を模式的に示す部分断面図である。
図７は、図１に示したセラミックヒータの有底孔および測温素子の構成を模式的に示した底面図である。
図８は、半円形状からなる凸部を有するセラミックヒータを示す平面図である。
図９は、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１０（ａ）〜（ｄ）は、図１に示したセラミックヒータの製造工程の一部を模式的に示す断面図である。
図１１は、従来のセラミックヒータの一例を模式的に示す断面図である。
図１２（ａ）は、実施例１に係るセラミックヒータの加熱面を観察したサーモビュア写真である。図１２（ｂ）は、比較例１に係るセラミックヒータの加熱面を観察したサーモビュア写真である。
図１３は、実施例４〜８および比較例２〜６に係るセラミックヒータの面内温度と熱伝導率との関係を示したグラフである。
図１４は、実施例１および比較例１に係るセラミックヒータを昇温したときにおける、投入電力と温度との関係を示したグラフである。
符号の説明
１０、３０、５０  セラミックヒータ
１１、３１、５１  セラミック基板
１１ａ、５１ａ  加熱面
１１ｂ、５１ｂ  底面
１２、３２、５２  抵抗発熱体
１２０、１８０  導体ペースト層
２３、６３  外部端子
１４、５４  有底孔
１５、５５  リフターピン用貫通孔
１６、５６  リフターピン
１８、５８  導体回路
２０  保護部材
２１  接合層
１３、５３  スルーホール
１３０、１７０  充填層
２９、６９  半導体ウエハ
７０  グリーンシート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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