(57)【要約】本発明は、レーザ光を用いた照射でのトリミングの際に、レーザ光の反射を防止することができ、抵抗発熱体または導体層を設定通りにトリミングすることができるセラミックヒータの製造方法を提供することを目的とするものであり、本発明のセラミックヒータの製造方法は、セラミック基板の表面に所定のパターンの抵抗発熱体を形成した後、上記抵抗発熱体にレーザ光を照射して溝または切欠を形成し、抵抗発熱体の抵抗値を調整するセラミックヒータの製造方法であって、上記セラミック基板の表面に抵抗発熱体を形成する際、上記抵抗発熱体のＪＩＳ　Ｂ　０６０１に基づく面粗度Ｒａを０．０１μｍ以上とすることを特徴とする。
2002043441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板表面に１または２以上の回路からなる抵抗発熱体が配設され、該抵抗発熱体に絶縁性被覆体が設けられてなるセラミックヒータであって、
前記絶縁性被覆体の表面のＪＩＳ　Ｂ　０６０１に基づく面粗度Ｒａは、０．０１〜１０μｍであることを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】
前記絶縁性被覆体は、前記回路が形成された部分を含む領域一帯に設けられている請求の範囲１に記載のセラミックヒータ。
【請求項３】
前記セラミック基板は、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックからなる請求の範囲１または２に記載のセラミックヒータ。
【請求項４】
前記絶縁性被覆体は、酸化物ガラスからなる請求の範囲１〜３のいずれか１に記載のセラミックヒータ。
【請求項５】
前記絶縁性被覆体は、耐熱性樹脂材料からなる請求の範囲１〜３のいずれか１に記載のセラミックヒータ。
【請求項６】
前記耐熱性樹脂材料は、ポリイミド系樹脂およびシリコーン系樹脂から選ばれる１種以上である請求の範囲５に記載のセラミックヒータ。
【請求項７】
前記抵抗発熱体が形成された側の反対側が加熱面である請求の範囲１〜６のいずれか１に記載のセラミックヒータ。
【請求項８】
前記絶縁性被覆体は、２以上の回路からなる抵抗発熱体を一体的に被覆する請求の範囲１〜７のいずれか１に記載のセラミックヒータ。
【請求項９】
セラミック基板の表面に所定パターンの抵抗発熱体を形成した後、前記抵抗発熱体にレーザ光を照射して溝または切欠を形成し、抵抗発熱体の抵抗値を調整するセラミックヒータの製造方法であって、
前記セラミック基板の表面に抵抗発熱体を形成する際、前記抵抗発熱体のＪＩＳ　Ｂ　０６０１に基づく面粗度Ｒａを、０．０１μｍ以上とすることを特徴とするセラミックヒータの製造方法。
【請求項１０】
セラミック基板表面の所定領域に帯状または円環状の導体層を形成した後、レーザ光を照射して前記導体層の一部をトリミングすることにより除去し、所定パターンの抵抗発熱体を形成するセラミックヒータの製造方法であって、
前記セラミック基板の表面に導体層を形成する際、前記導体層のＪＩＳ　Ｂ　０６０１に基づく面粗度Ｒａを、０．０１μｍ以上とすることを特徴とするセラミックヒータの製造方法。
【請求項１１】
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、
前記抵抗発熱体の一部に溝または切欠が形成されてなり、
前記抵抗発熱体の表面のＪＩＳ　Ｂ　０６０１に基づく面粗度Ｒａは、０．０１μｍ以上であることを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項１２】
前記抵抗発熱体は、絶縁層にて被覆されてなる請求の範囲１１に記載のセラミックヒータ。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、主として半導体産業において使用される半導体の製造用または検査用のセラミックヒータ、および、セラミックヒータの製造方法に関する
背景技術
半導体応用製品は、種々の産業において必要とされる極めて重要な製品であり、その代表的製品である半導体チップは、例えば、シリコン単結晶を所定の厚さにスライスしてシリコンウエハを作製した後、このシリコンウエハ上に種々の回路等を形成することにより製造される。
この種々の回路等を形成するには、シリコンウエハ上に、感光性樹脂を塗布し、これを露光、現像処理した後、ポストキュアさせたり、スパッタリングにより導体層を形成する必要がある。このためには、シリコンウエハを加熱する必要があった。
かかるシリコンウエハ等の半導体ウエハをヒータ上に載置して加熱するためのこの種のヒータとしては、従来、アルミニウム製の基板の裏面側に電気的抵抗体等の抵抗発熱体を備えたものが多用されていたが、アルミニウム製の基板は、厚さ１５ｍｍ程度を要するので、重量が大きくて嵩張るため取扱いの便が必ずしも良好でないばかりか、通電電流に対する温度追従性という点での温度制御性が不充分であり、半導体ウエハを均一に加熱することも容易ではなかった。
そこで、特開平１１−４０３３０号公報等には、基板として、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板状体（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なるセラミックヒータが開示されている。
また、かかる半導体製造装置で用いるヒータは、抵抗発熱体の表面が、半導体製造装置の使用の際に光熱や処理ガス等の影響を受けやすいので、抵抗発熱体表面の酸化に対する耐久性が要求される。
そこで、本発明者は、耐久性に優れた抵抗発熱体を形成することを目的に検討を行った結果、セラミック基板上に形成された抵抗発熱体に絶縁性被覆体を設けることにより、耐酸化性等の耐久性に優れたセラミックヒータとなることを見出した。しかしながら、この絶縁性被覆体は、抵抗発熱体に対する保温材ともなり得るため、セラミックヒータを昇温した後、冷却する際に、迅速に冷却することができない場合があった。
また、このようなセラミックヒータを製造する際に抵抗発熱体を形成する方法としては、従来、所定形状のセラミック基板を製造した後、スクリーン印刷等の方法を用いた塗布法により抵抗発熱体を形成する方法や、スパッタリング等の物理的蒸着法やめっき法を用いて抵抗発熱体を形成する方法があった。
塗布法により抵抗発熱体を形成する方法では、所定形状のセラミック基板を製造した後、このセラミック基板の表面に、スクリーン印刷等の方法を用いて発熱体パターンの導体ペースト層を形成し、加熱、焼成を行って、抵抗発熱体を形成していた。
しかし、この方法では、比較的低コストで抵抗発熱体を形成することができるものの、精密なパターンを作製しようとすると、印刷時のわずかなミスで短絡等が発生してしまい、精密なパターンの抵抗発熱体を形成するのが難しいという問題があった。また、印刷の厚さがばらつくため抵抗値にばらつきが発生するという問題を抱えていた。
また、スパッタリング等の物理的蒸着法やめっき法を用いて抵抗発熱体を形成する方法では、所定形状のセラミック基板を製造した後、セラミック基板の所定領域に、これらの方法により金属層を形成しておき、その後、発熱体パターンの部分を覆うようにエッチングレジストを形成した後、エッチング処理を施すことにより、所定パターンの抵抗発熱体を形成したり、また、初めに、発熱体パターン以外の部分を樹脂等で被覆しておき、この後、上記処理を施すことにより、一度の処理でセラミック基板の表面に所定パターンの抵抗発熱体を形成していた。
しかし、この、スパッタリングやめっき等の方法では、精密なパターンを形成することができるものの、所定パターンの抵抗発熱体を形成するために、セラミック基板表面にフォトリソグラフィーの手法を用いてエッチングレジストやめっきレジスト等を形成する必要があるため、コストが高くつくという問題があった。
これらの問題を解決するための方法として、精密な発熱体パターンを比較的低コストで形成することをができるという利点を持つ方法、つまり、所定幅の帯状または円環形状の導体層を形成した後、レーザ光照射装置等を用い、発熱体パターン以外の部分を除去することにより、精密な発熱体パターンの形成を行なったり、上記方法により抵抗発熱体を形成した後、レーザ光を照射することにより、抵抗発熱体の厚みを調整したり、抵抗発熱体の一部を除去することで抵抗値を精密に調整する方法が行なわれてきた。
しかしながら、従来のスクリーン印刷等では、抵抗発熱体または導体層の表面が平滑であり、レーザ光を用いた照射によりトリミングを行う際、レーザ光が抵抗発熱体の表面で反射され、抵抗発熱体または導体層を設定通りにトリミングすることができず、深さや幅にばらつきが生じる場合があった。
発明の要約
そこで本発明らはセラミックヒータを迅速に冷却することができないという問題を解決するために検討を進め、絶縁性被覆体の表面粗度を調整することにより、該絶縁性被覆体が放熱フィンのような役割を果たし、冷却の際に抵抗発熱体の温度が迅速に低下する結果、セラミックヒータの迅速な降温が可能なことを見出し、第一の本発明を完成するに至った。
第一の本発明のセラミックヒータは、セラミック基板表面に１または２以上の回路からなる抵抗発熱体が配設され、該抵抗発熱体に絶縁性被覆体が設けられてなるセラミックヒータであって、上記絶縁性被覆体の表面のＪＩＳ　Ｂ　０６０１に基づく面粗度Ｒａは、０．０１〜１０μｍであり、望ましくは０．０３〜５μｍであることを特徴とするものである。
上記セラミックヒータにおいて、上記絶縁性被覆体の表面のＪＩＳ　Ｂ　０６０１に基づく面粗度Ｒａは、０．０１〜１０μｍに調整されているので、この絶縁性被覆体は、ある程度抵抗発熱体を保温する役割を果たすとともに、周囲に冷媒が存在する際には、絶縁性被覆体表面に形成された粗面が放熱フィンの役割を果たし、比較的迅速に冷却される。
従って、このセラミックヒータを昇温させる際には、迅速に昇温させることができ、一方、セラミックヒータを昇温後、冷却する際には、抵抗発熱体を迅速に降温させることができ、その結果、セラミックヒータを迅速に降温させることができる。
また、絶縁性被覆体表面の面粗度Ｒａを、さらに０．０３〜５μｍとすることにより、昇温速度のばらつきを小さくすることができる。
また、抵抗発熱体の表面に、めっき等により金属被膜を形成する代わりに絶縁性被覆体が設けられているので、抵抗発熱体に３０〜３００Ｖ程度の通電を行った際、主に抵抗発熱体の表面に電流が流れてしまうという不都合が発生することはなく、この絶縁性被覆体により抵抗発熱体を保護することができる。また、通電により、抵抗発熱体の表面の温度が上昇した場合にも、抵抗発熱体が絶縁性被覆体により被覆されているため、空気中の酸素やＳＯｘ等による酸化や硫化が殆ど進行せず、抵抗発熱体の抵抗の変化等を防止することができる。
抵抗発熱体をめっきにより被覆した際に、めっき部分に電流が流れやすくなるのは、抵抗発熱体の抵抗とめっき部分の抵抗とに差があるためであり、この場合には、なるべく抵抗発熱体の抵抗値を小さくする必要がある。しかしながら、絶縁性被覆体により抵抗発熱体を被覆した場合には、被覆体が絶縁体であるため、被覆部分に電流が流れることはなく、抵抗発熱体の抵抗値を高く設定することができ、発熱量を大きくすることができるか、または、同じ発熱量を得るのに抵抗発熱体の断面積を小さくすることができる。
上記絶縁性被覆体の表面の面粗度Ｒａが０．０１μｍ未満であると、絶縁性被覆体の放熱機能が低下するため、セラミックヒータを冷却する際に冷却速度が遅くなり、一方、上記絶縁性被覆体の表面の面粗度Ｒａが１０μｍを超えると、粗面の谷部分に空気が滞留しやすくなり、冷却速度が遅くなる。このような保温効果と放熱効果の両方を兼ね備えた絶縁性被覆体とするためには、上記絶縁性被覆体の面粗度Ｒａは、０．０３〜５μｍが好ましい。昇温速度のばらつきが小さくなるからである。Ｒａが０．０３μｍ未満では、絶縁性被覆体と空気との境界面で熱の反射が大きくなり、逆に、Ｒａが５μｍを超えると、放熱の影響が大きくなり、昇温速度がばらつくのである。なお、Ｒａは、表面粗さ曲線の絶対値の積分値を測定長さで割ったものであり、Ｒｍａｘは、表面粗さ曲線における山と谷との高低差であり、両者に相関はない。
上記絶縁性被覆体が、上記回路が形成された部分を含む領域一帯に、特に、２以上の回路からなる抵抗発熱体を一体的に被覆して設けられた場合には、上記した効果を奏するとともに、抵抗発熱体を構成する金属（例えば、銀等）のマイグレーションにより、抵抗発熱体に短絡等が発生するのを防止することができる。また、上記領域に絶縁性被覆体を形成する際にも、上記回路が形成された部分を含む領域一帯に、スクリーン印刷等により容易に被覆層を形成することができるため、被覆コストが削減され、安価なヒータとなる。
第一の本発明のセラミックヒータを構成するセラミック基板は、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックからなることが好ましい。窒化物セラミック、炭化物セラミックは、抵抗発熱体の発熱を伝導する熱伝導性が優れており、しかも半導体製造装置内での処理ガスに対する耐蝕性が優れているので、ヒータ用基板に好適であるからである。
第一の本発明のセラミックヒータでは、上記絶縁性被覆体を酸化物ガラスにより構成することができる。これらの用途に適用できる酸化物ガラスは、セラミック基板および抵抗発熱体に対する密着強度が大きく、化学的に安定であり、しかも電気絶縁性が良好であるからである。
また、第一の本発明のセラミックヒータでは、上記絶縁性被覆体を耐熱性樹脂材料により構成することができる。これらの用途に適用できる耐熱性樹脂材料も、セラミック基板および抵抗発熱体に対する密着強度が大きく、電気絶縁性が良好であり、比較的低温で形成することができるからである。尚、耐熱性とは、１５０℃以上で使用可能であることをいう。
上記耐熱性樹脂材料としては、ポリイミド系樹脂またはシリコーン系樹脂のうち少なくとも１種を選択することができる。
また、第一の本発明のセラミックヒータでは、抵抗発熱体が形成された側の反対側が加熱面であり、この加熱面側で半導体ウエハを処理することが望ましい。抵抗発熱体で発生した熱は、セラミック基板を伝搬するうちに拡散するため、抵抗発熱体パターンに相似した温度分布が発生しにくくなり、加熱面の均熱性を確保することができるからである。
半導体ウエハは、加熱面に載置してもよい。また、セラミック基板に貫通孔を形成するか、または、セラミック基板表面に凹部を形成し、この貫通孔または凹部に、先端がセラミック基板表面よりわずかに突出した状態で支持ピンを設け、該支持ピンにより加熱面から５〜２０００μｍ程度離間させて、半導体ウエハを保持、加熱してもよい。
なお、特開平６−１３１６１号公報には、セラミック基板を樹脂で被覆した構造が開示されているが、この公報では、発熱体上に被加熱物を載置するものであり、本発明とは全く思想を異にする。
また、特許第２７２４０７５号公報には、窒化アルミニウム質焼結体の表面にアルコキシドと金属粉末とガラス粉末とを被着して焼成することで、上記窒化アルミニウム質焼結体の表面に金属層を被着させる方法が開示されているが、この特許は、パッケージ基板に関するものであり、金属層は抵抗発熱体であることや、抵抗発熱体形成面の反対側面を加熱面とすることや、抵抗発熱体に絶縁性被覆体が設けられてなることは記載、示唆ともされておらず、本発明の新規性、進歩性が阻害されることはない。
また、第一の本発明のセラミックヒータは、冷却機構を有していてもよい。この冷却機構としては、空冷装置や水冷装置等の冷却媒体を使用したものが挙げられ、セラミック基板に冷却媒体を直接吹き付けたり、装置内やセラミック基板内に冷却管を通すことで熱交換を行ってもよい。
冷却媒体としては、空気、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素等の気体を使用することができるほか、水、アンモニア、エチレングリコール等の液体も使用することができる。
なお、第一の本発明のセラミックヒータでは、放冷を行った場合であっても、同等の効果を有する。
さらに、本発明者らは、セラミックヒータの製造においてレーザ光を用いた照射によりトリミングを行う際に、抵抗発熱体または導体層を設定通りにトリミングすることができないことがあるという問題点を解決するために鋭意研究を行った結果、セラミック基板の表面に抵抗発熱体または導体層を形成する際、上記抵抗発熱体または導体層のＪＩＳ　Ｂ　０６０１に基づく面粗度Ｒａを０．０１μｍ以上とすることにより、レーザ光の反射を防止することができ、抵抗発熱体または導体層を、ばらつきが少なく、ほぼ設定通りにトリミングすることができることを見出し、本発明の製造方法を完成させるに至った。
すなわち、第二の本発明のセラミックヒータの製造方法は、セラミック基板の表面に所定パターンの抵抗発熱体を形成した後、上記抵抗発熱体にレーザ光を照射して溝または切欠を形成し、抵抗発熱体の抵抗値を調整するセラミックヒータの製造方法であって、
上記セラミック基板の表面に抵抗発熱体を形成する際、上記抵抗発熱体のＪＩＳ　Ｂ　０６０１に基づく面粗度Ｒａを、０．０１μｍ以上とすることを特徴とするものである。
また、第三の本発明のセラミックヒータの製造方法は、セラミック基板表面の所定領域に帯状または円環状の導体層を形成した後、レーザ光を照射して上記導体層の一部をトリミングすることにより除去し、所定パターンの抵抗発熱体を形成するセラミックヒータの製造方法であって、
上記セラミック基板の表面に導体層を形成する際、上記導体層のＪＩＳ　Ｂ　０６０１に基づく面粗度Ｒａを、０．０１μｍ以上とすることを特徴とするものである。
第二および第三の本発明の製造方法では、セラミック基板表面の抵抗発熱体または導体層のＪＩＳ　Ｂ　０６０１に基づく面粗度Ｒａが０．０１μｍ以上であるため、レーザ光の反射を防止して、レーザ光を抵抗発熱体または導体層に吸収させることができ、その結果、該抵抗発熱体または導体層を設定通りにトリミングすることができる。
セラミック基板表面の抵抗発熱体または導体層のＪＩＳ　Ｂ　０６０１に基づく面粗度Ｒａが０．０１μｍ未満では、レーザ光が反射されるため、エネルギーが分散してしまい、設定よりも小さい溝や切欠が形成され、抵抗発熱体の抵抗値が設定値よりも小さくなりすぎたり、設定したパターンと異なったパターン（幅）の抵抗発熱体が形成されてしまう。レーザ光の吸収効率をより良好にするためには、上記導体層の面粗度は、０．１〜１０μｍが好ましい。
また、第二の本発明のセラミックヒータの製造方法によれば、レーザ光を用いて抵抗値を調整するため、比較的短時間で、深さや幅にばらつきが少なく、精密に抵抗値を調整することができ、これにより、半導体ウエハ等を加熱する面（以下、加熱面という）の温度を均一にすることができ、半導体ウエハ等の被加熱物を均一な温度で加熱することができる。
また、第三の本発明のセラミックヒータの製造方法によれば、比較的短時間で深さや幅にばらつきの少ない抵抗発熱体パターンを形成することが可能となり、製造コストを抑えることができるとともに、複雑で精密なパターンを形成することが可能となる。
従って、このような発熱体パターンを有するセラミックヒータは、比較的安価なものになるとともに、複雑かつ精密なパターンを有し、加熱面の温度を精度良く均一にすることができる。
第四の本発明のセラミックヒータは、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、
上記抵抗発熱体の一部に溝または切欠が形成されてなり、
上記抵抗発熱体の表面のＪＩＳ　Ｂ　０６０１に基づく面粗度Ｒａは、０．０１μｍ以上であることを特徴とするセラミックヒータである。
このセラミックヒータは、抵抗発熱体の表面の面粗度が大きいため、雰囲気気体を滞留させることができ、抵抗発熱体の溝や切欠の中の空気の流動を防止して、切欠や溝に起因する低温部位の発生を抑制することができる。したがって、加熱面の温度均一性をさらに向上させることができるのである。
レーザトリミングを実施しても、切欠や溝による低温スポットが発生すると、抵抗値ばらつきを小さくしても加熱面の温度分布が大きくなってしまうが、第四の本発明のセラミックヒータでは、抵抗発熱体の表面面粗度を大きくすることでこのような問題を解決できるのである。
抵抗発熱体の表面の面粗度Ｒａが０．０１μｍ未満では、抵抗発熱体の表面の雰囲気気体が流動してしまうため、切欠や溝による低温スポットの発生防止効果が得られない。
上記抵抗発熱体は、絶縁層にて被覆されてなることが望ましい。抵抗発熱体表面に被覆層（ガラスや樹脂）を形成する場合には、抵抗発熱体の面粗度が大きい方が、熱衝撃でクラックが生じにくい。
なお、第二、第三の本発明のセラミックヒータの製造方法、および、第四の本発明のセラミックヒータでは、抵抗発熱体の表面の面粗度Ｒａは、１５μｍ以下がよい。１５μｍを超えるとレーザの乱反射で溝や切欠の幅のばらつきが増えてしまうからである。
また、抵抗発熱体の表面の面粗度Ｒａが１５μｍを超えると、抵抗発熱体表面から雰囲気気体に逃げてしまう熱量が大きくなるため、加熱面の温度分布が大きくなってしまう。
さらに、抵抗発熱体の表面の面粗度が１５μｍを超えると逆に熱衝撃により被覆層にクラックが生じやすい。
発明の詳細な開示
まず、第一の本発明のセラミックヒータの実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明のセラミックヒータの一実施形態を模式的に示した底面図であり、図２は、上記セラミックヒータの部分拡大断面図である。
このセラミックヒータ１０は、絶縁性の窒化物セラミックまたは炭化物セラミックからなる円板状のセラミック基板１１を用い、このセラミック基板１１の一主面に略線条状の抵抗発熱体１２を、例えば、図１に示した同心円形状に配設することにより回路を形成し、他の主面（以下、加熱面という）１１ａにシリコンウエハ１９等の被加熱物を載置し、または、加熱面１１ａより一定の距離で離間させた状態で保持し、加熱するように構成されている。
図２に示すように、このセラミック基板１１の中央に近い部分には貫通孔１５が形成され、この貫通孔１５にリフターピン１６が挿通されてシリコンウエハ１９が支持されるようになっている。また、底面１１ｂには、熱電対等の温度測定素子を挿入するための有底孔１４が形成されている。
このセラミックヒータ１０においては、図２に示したように、この抵抗発熱体１２の表面部分に、所定の厚さで、表面の面粗度Ｒａが０．０１〜１０μｍの絶縁性被覆体１７を設けることにより、耐酸化性、耐硫化性等の耐久性を向上させているのである。なお、このセラミックヒータ１０では、抵抗発熱体１２の端部に外部端子１３が接続され、この外部端子１３の一部にも絶縁性被覆体１７が形成されているが、これは、通常、抵抗発熱体１２の端部に外部端子１３を接続した後、絶縁性被覆体１７を形成した場合である。
外部端子１３を接続する前に絶縁性被覆体１７を形成する場合には、外部端子１３を接続する部分に絶縁性被覆体１７を設けることができない。従って、この場合には、外部端子１３が接続されている部分には、通常、絶縁性被覆体１７が形成されていない。但し、外部端子１３を接続した後、再度被覆を行い、外部端子１３が接続された部分に絶縁性被覆体１７を形成してもよい。
従来、抵抗発熱体をセラミック基板表面に形成したセラミックヒータでは、抵抗発熱体の露出した表面から熱が放散してしまい、投入電力に対して加熱面の温度が上がらないという改良すべき点があったが、本発明では、表面の面粗度Ｒａが、０．０１〜１０μｍの絶縁性被覆体１７が形成されているため、抵抗発熱体１２からの熱放散が適切に行われる。
すなわち、抵抗発熱体は、上記表面粗度を有し、適当な保温効果のある絶縁性被覆体で被覆されているため、セラミック基板を昇温させる際には、投入電力に対して効率よく発熱し、高い表面温度を確保することができる。また、周囲に冷媒が存在する場合には、絶縁性被覆体表面に形成された粗面が放熱フィンの役割を果たすため、抵抗発熱体が迅速に冷却され、その結果、セラミックヒータの迅速な冷却が実現する。
絶縁性被覆体の表面の面粗度Ｒａが０．０１μｍ未満であると、余りにも保温効果が高すぎるため、セラミック基板を昇温させる際には、効率よく昇温させることができるが、シリコンウエハ等を加熱した後、セラミック基板を降温させる際に、抵抗発熱体の降温速度が遅くなり、短時間で効率よく、昇温・降温を繰り返すことができなくなる。
一方、絶縁性被覆体の表面の面粗度Ｒａが１０μｍを超えると、粗面の谷間に空気が滞留しやすくなり、また、この絶縁性被覆体は熱伝導率が低いため、放熱フィンの効果よりも保温材としての作用の方が大きくなり、効率よく、短時間で冷却することができなくなってしまう。
絶縁性被覆体１７としては、酸化物系ガラス材料、または、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂等の耐熱性を有する電気絶縁性の合成樹脂（以下、耐熱性樹脂という）を用いることができる。これらの材料は、１種類だけ用いてもよく、２種類以上を併用（重層として形成等）してもよい。尚、これらの材料については、後述する。
以下の説明では、セラミック基板の基材として窒化アルミニウム焼結体基板を用いる場合を説明するが、基材は、勿論、窒化アルミニウムに限定されるものではなく、その材質の例として、例えば、炭化物セラミック、酸化物セラミック、窒化アルミニウム以外の窒化物セラミック等を挙げることができる。
上記炭化物セラミックの例としては、例えば、炭化珪素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等の金属炭化物セラミックを挙げることができ、上記酸化物セラミックの例としては、アルミナ、ジルコニア、コージェライト、ムライト等の金属酸化物セラミックを挙げることができる。さらに、上記窒化物セラミックの例としては、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、窒化チタン等の金属窒化物セラミックを挙げることができる。
これらのセラミック材料のうち、一般的には、窒化物セラミック、炭化物セラミックの方が、熱伝導率が高いので、酸化物セラミックよりも好ましい。尚、これらの焼結体基板の材質は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
窒化アルミニウムに代表される窒化物セラミックや、他の炭化物セラミックを用いたセラミックヒータは、これらセラミック材料の熱膨張係数が金属よりも小さいことに加えて、剛性が高いので、厚さが薄い場合であっても加熱による反りや歪みが生じることはなく、ヒータ基板を、アルミニウム等の金属材料のものよりも薄くて軽量のものとすることができる。とりわけ、窒化アルミニウムは、熱伝導率に優れ、しかも、半導体製造装置内での光熱の影響を殆ど受けず、処理ガス等に対する耐蝕性が優れているので、ヒータとして好適に使用することができる。
上記窒化物セラミック、炭化物セラミックからなるセラミック基板の表面には、絶縁層を形成してもよい。
セラミック基板自体が室温で導電性が大きいか、または、高温領域において抵抗が低下するものである場合には、セラミック基板表面にそのまま抵抗発熱体を形成すると、隣接する抵抗発熱体間にリーク電流が発生し、ヒータとして機能しなくなる場合があるからである。
この場合には、セラミック基板表面に絶縁層を形成し、絶縁層上に抵抗発熱体を形成し、さらに抵抗発熱体の上に絶縁性被覆体を設けることになる。
絶縁層としては、例えば、酸化物セラミックが使用される。このような酸化物セラミックとしては、例えば、シリカ、アルミナ、ムライト、コージェライト、ベリリア等を挙げることができる。これらの酸化物セラミックは、単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
これらの材料からなる絶縁層を形成する方法としては、例えば、アルコキシドを加水分解させたゾル溶液を用い、スピンコート等により被覆層を形成した後、乾燥、焼成する方法を挙げることができる。また、ＣＶＤやスパッタリングにより絶縁層を形成してもよく、ガラス粉ペーストを塗布した後、５００〜１０００℃で焼成することにより、絶縁層を形成してもよい。
抵抗発熱体１２は、貴金属（金、銀、白金、パラジウム）、鉛、タングステン、モリブデン、ニッケル等の金属の粒子を含む導体ペーストをセラミック基板の表面に塗布して所定パターンの導体ペースト層を形成した後、焼き付けて金属粒子を焼結させることにより形成する。この金属粒子の焼結は、金属粒子同士および金属粒子とセラミック基板とが融着していれば充分である。なお、抵抗発熱体１２は、タングステンカーバイト、モリブデンカーバイト等の導電性セラミックの粒子を用いて形成してもよい。
抵抗発熱体１２を形成する際、その形状（線幅や厚さ）をコントロールすることにより、抵抗値を種々の値に設定することができる。また、よく知られている通り、幅を狭くとる程、また、厚さを薄くする程、抵抗値を高くすることができる。抵抗発熱体の形態は、有幅の略直線または曲線であるが、幾何学的に厳密な直線や曲線であることを要さず、また、直線と曲線の組み合わせであってもよい。
絶縁性被覆体の材料である酸化物系ガラス材料は、素材自体が高い電気絶縁性を有し、セラミック基板および抵抗発熱体に対する密着強度が大きく、化学的に安定であるので、セラミック基板との安定な界面および抵抗発熱体との安定な界面を構成することができる。
その具体的な組成の例としては、例えば、ＺｎＯを主成分とするＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２、ＰｂＯを主成分とするＰｂＯ−ＳｉＯ２、ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２、ＰｂＯ−ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３等を挙げることができる。これらの酸化物系ガラス材料は、結晶性の部分が存在してもよい。これらガラス材料のガラス転移点は、４００〜７００℃であり、熱膨張係数が４〜９ｐｐｍ／℃である。
このような酸化物系ガラス材料からなる絶縁性被覆体を形成する方法としては、上記酸化物ガラス粉末を含むペーストをセラミック基板表面にスクリーン印刷等により塗布し、乾燥、焼成を行うことにより絶縁性被覆体を形成する方法を挙げることができる。この場合、外部端子を形成する部分には、絶縁性被覆体を形成しないように、加熱の際に比較的簡単に分解する樹脂等からなる層を形成しておく必要がある。
このとき、乾燥条件（乾燥速度）や焼成条件（焼成温度）を変えたり、ガラス粉末の平均粒径等を変化させることにより、絶縁層の表面粗度を調整することができる。また、絶縁性被覆体を形成した後、表面のサンドブラスト処理等を行うことにより、粗面を形成してもよい。
また、絶縁性被覆体の材料である耐熱性樹脂材料も、電気絶縁性が良好で、セラミック基板および抵抗発熱体に対する密着強度が大きく、セラミック基板との安定な界面および抵抗発熱体との安定な界面を構成することができる。また、この耐熱性樹脂材料を用いることにより、比較的低温で絶縁性被覆体を形成することができる。絶縁性被覆体を形成する際には、抵抗発熱体表面に塗布し、乾燥固化するだけでよいので、低コストで容易に形成することができる。ここで、耐熱性とは１５０℃以上の温度で使用可能であることをいうものとし、このとき、高分子の劣化等が生じない。
その具体的な例として、例えば、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂等を挙げることができる。ポリイミド系樹脂は、カルボン酸誘導体とジアミンとの反応によって得られる高分子化合物であり、２００℃以上の耐熱性を有し、広い温度範囲で使用することができる。また、シリコーン系樹脂は、ポリシロキサンの側鎖のアルキル基としてメチル基やエチル基を配したものであり、耐熱性に優れるとともにゴム弾性も有し、抵抗発熱体およびセラミック基板に対する密着性が良好で、１５０〜２５０℃程度の比較的低温で乾燥固化させることにより絶縁性被覆体を成形することができる。
このような耐熱性樹脂材料からなる絶縁性被覆体を形成する方法としては、上記耐熱性樹脂材料を溶剤等に溶かしたペーストをセラミック基板表面に塗布またはスプレーし、乾燥させることにより絶縁性被覆体を形成する方法を挙げることができる。
このとき、乾燥条件（乾燥速度）を変えたり、スプレー条件等を変化させることにより、絶縁層の表面粗度を調整することができる。また、絶縁性被覆体を形成した後、表面のサンドブラスト処理やベルトサンダーによる処理を行うことにより、粗面を形成してもよい。
このセラミックヒータ１０では、抵抗発熱体１２の表面部分に絶縁性被覆体１７が形成されており、この絶縁性被覆体１７の厚さは、酸化物ガラスの場合は５〜５０μｍ、耐熱性樹脂の場合は１０〜５０μｍであることが望ましい。
セラミックヒータ１０では、加熱した後、常温に戻すための冷却が必要になるが、絶縁性被覆体１７が厚すぎると冷却に時間がかかって生産性が低下してしまい、逆に薄すぎると、耐酸化性が低下し、露出した抵抗発熱体表面からの放熱に起因して加熱面の温度も下がってしまうからである。
このように、抵抗発熱体表面に絶縁性被覆体を設けると、これらの材料が電気絶縁性に優れることから、抵抗発熱体に３０〜３００Ｖ程度の通電を行った際にも、絶縁性被覆体を漏れ電流が流れてしまうことがなく、抵抗発熱体表面を保護することができる。
さらに、上述したセラミック基板は、熱伝導率が高く、厚さの薄いものを形成し得るので、セラミック基板の表面温度が抵抗発熱体の温度変化に対して迅速に追従し、その結果、このセラミックヒータ１０は、温度制御性や耐久性に優れたものとなる。
図３は、本発明のセラミックヒータの別の実施形態を模式的に示した底面図であり、図４は、上記セラミックヒータの部分拡大断面図である。
このセラミックヒータ２０は、図１に示したセラミックヒータ１０の場合と同様に、板状のセラミック基板２１を用い、このセラミック基板２１の一主面に略線条状の抵抗発熱体２２（２２ａ〜２２ｆ）を、図１に示した同心円形状に配設することにより、回路を形成し、他の主面に被加熱物を載置または保持し、加熱するように構成されている。
また、このセラミックヒータ２０では、上記回路が形成された部分を含む領域、すなわち、回路同士の間隔が比較的広い抵抗発熱体２２ａ、２２ｂ、２２ｃでは、回路を構成する抵抗発熱体で挟まれた領域およびその周辺領域一帯に、絶縁性被覆体２７ａ、２７ｂ、２７ｃが設けられており、一方、回路同士の間隔が狭い抵抗発熱体２２ｄ、２２ｅ、２２ｆでは、回路を構成する抵抗発熱体で挟まれた領域とその周辺および各回路間の領域全体に、絶縁性被覆体２７ｄが設けられている。
このような構成からなるセラミックヒータ２０においては、図１に示したセラミックヒータ１０の場合と同様の効果を奏するほか、抵抗発熱体２２に含まれる金属粒子（例えば、銀粒子）のマイグレーションにより隣り合った回路に短絡が生じるのを防止することができる。また、絶縁性被覆体２７を形成する際にも、スクリーン印刷等により、一定領域に塗布層を形成し、加熱等を行って絶縁性被覆体２７を形成すればよいので、比較的容易にかつ効率よく形成することができ、被覆コストが削減され、安価なヒータとなる。
絶縁性被覆体１７としては、図１に示したセラミックヒータの場合と同様、酸化物系ガラス材料、または、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂等の耐熱性樹脂の何れかを用いることができる。
また、セラミック基板の基材の材質は、図１に示したセラミックヒータの場合と同様、例えば、炭化物セラミック、酸化物セラミック、窒化物セラミック等を用いることができる。
抵抗発熱体２２の材質も、図１に示したセラミックヒータ１０の場合と同様のものを用いることができ、図１に示したセラミックヒータ１０の場合と同様の方法を用いて抵抗発熱体２２を形成することができる。
このセラミックヒータ２０において、絶縁性被覆体２７の厚さ（抵抗発熱体２２の表面からの厚さ）は、図１に示したセラミックヒータ１０の場合と同様であるのが望ましく、抵抗発熱体２２が形成されていない部分のセラミック基板２１の底面からの厚さは、酸化物ガラスの場合は１０〜５０μｍ、耐熱性樹脂の場合は１０〜５０μｍであることが望ましい。
図５は、本発明のセラミックヒータのさらに別の実施形態を模式的に示した底面図である。
このセラミックヒータ３０は、上述したセラミックヒータ２０の抵抗発熱体２２が形成された領域全体に絶縁性被覆体３７が形成されているほかは、セラミックヒータ２０と同様の構造であり、図１に示したセラミックヒータ１０の場合と同様の効果を奏するほか、抵抗発熱体２２に含まれる金属粒子（例えば、銀粒子）のマイグレーションにより隣り合った回路に短絡が生じるのを防止することができる。また、絶縁性被覆体３７を形成する際にも、スクリーン印刷等により塗布層を形成し、加熱等を行って絶縁性被覆体３７を形成すればよいので、容易にかつ効率よく形成することができ、被覆コストが削減され、安価なヒータとなる。
このように、本発明における絶縁性被覆体は、回路の表面のみを被覆する構成のもの、回路が形成された部分を含む領域一帯を被覆する構成のもの、セラミック基板の直径方向に隣接する２以上の回路を一体的に被覆する構成のもの、回路が形成された領域全体を被覆する構成のものなど各種の構成のものを採用することができる。
このような構成からなる第一の本発明のセラミックヒータの具体例および製造方法については、後に発明を実施するための最良の形態として説明する。勿論、後述する具体例および製造方法は、あくまで一例を示すものであり、第一の本発明のセラミックヒータは、これらに限定されるものではない。
次に、第二および第三の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。
第二の本発明のセラミックヒータの製造方法は、セラミック基板の表面に所定パターンの抵抗発熱体を形成した後、上記抵抗発熱体にレーザ光を照射して溝または切欠を形成し、抵抗発熱体の抵抗値を調整するセラミックヒータの製造方法であって、
上記セラミック基板の表面に抵抗発熱体を形成する際、上記抵抗発熱体のＪＩＳ　Ｂ　０６０１に基づく面粗度Ｒａを、０．０１μｍ以上とすることを特徴とする。
また、第三の本発明のセラミックヒータの製造方法は、セラミック基板表面の所定領域に帯状または円環状の導体層を形成した後、レーザ光を照射して上記導体層の一部をトリミングすることにより除去し、所定パターンの抵抗発熱体を形成するセラミックヒータの製造方法であって、
上記セラミック基板の表面に導体層を形成する際、上記導体層のＪＩＳ　Ｂ　０６０１に基づく面粗度Ｒａを、０．０１μｍ以上とする。
第二の本発明では、所定パターンに形成された抵抗発熱体にトリミングを施すことにより抵抗発熱体の抵抗値を調整し、また、第三の本発明では、レーザ光を照射して上記導体層の一部を除去することにより、抵抗発熱体パターンを形成する点で異なる。
しかしながら、セラミック基板の特定領域にレーザ光を照射し、照射した部分の導体層（抵抗発熱体）を除去する点で、両発明は共通しており、同じレーザトリミング装置を使用することができる。
従って、以下において、別々に説明する必要がある場合を除いて、上記した二つの発明を並行して説明していくことにする。
まず、第二および第三の本発明の製造方法において、レーザトリミングを行う際に用いられるトリミング装置について説明し、続いて、この装置を用いたレーザトリミングについて説明する。
図１１は、第二および第三の本発明のセラミックヒータの製造方法に用いるレーザトリミング装置の概要を示すブロック図である。
レーザトリミングを行う際には、図１１に示したように、形成する抵抗発熱体の回路を含むように、所定幅の同心円形状（円環形状）に導体層１１２ｍが形成されているか、または、所定パターンの抵抗発熱体が形成されたセラミック基板１１１をステージ１１０ｃ上に固定する。
このステージ１１０ｃには、モータ等（図示せず）が設けられているとともに、このモータ等は制御部１１７に接続されており、制御部１１７からの信号でモータ等を駆動させることにより、ステージ１１０ｃをθ方向（セラミック基板の回転方向）およびｘ−ｙ方向に自由に移動させることができるようになっている。
一方、このステージ１１０ｃの上方には、ガルバノミラー１１５が設けられているが、このガルバノミラー１１５は、モータ１１６によりｘ方向に自由に角度を変更することができるようになっており、同じくステージ１１０ｃの上方に配置されたレーザ照射装置１１４から照射されたレーザ光１２２が、このガルバノミラー１１５に当たって反射し、セラミック基板１１１を照射するように構成されている。
また、モータ１１６およびレーザ照射装置１１４は、制御部１１７に接続されており、制御部１１７からの信号でモータ１１６、レーザ照射装置１１４を駆動させることにより、ガルバノミラーをｘ方向を軸として所定の角度回転させる。また、制御部１１７からの信号でステージ１１０ｃに設けられたモータ（図示せず）を駆動させることにより、テーブルをθ方向へ回転させる。ガルバノミラーのｘ方向を軸とした回転、および、テーブルのθ方向についての回転により、セラミック基板１１１上の照射位置を自由に設定することができるようになっている。
なお、テーブルは、θ方向についての回転だけではなく、ｘ−ｙ方向への移動も可能である。
このように、セラミック基板１１１を載置したステージ１１０ｃおよび／またはガルバノミラー１１５を動かすことにより、セラミック基板１１１上の任意の位置にレーザ光１２２を照射することができる。
一方、ステージ１１０ｃの上方には、カメラ１２１も設置されており、これにより、セラミック基板１１１の位置（ｘ、ｙ）を認識することができるようになっている。このカメラ１２１は、記憶部１１８に接続され、これによりセラミック基板１１１の導体層１１２ｍの位置（ｘ、ｙ）等を認識し、その位置にレーザ光１２２を照射する。
また、入力部１２０は、記憶部１１８に接続されるとともに、端末としてキーボード等（図示せず）を有しており、記憶部１１８やキーボード等を介して、所定の指示等が入力されるようになっている。
さらに、このレーザトリミング装置は、演算部１１９を備えており、カメラ１２１により認識されたセラミック基板１１１の位置や導体層や抵抗発熱体の厚さ等のデータに基づいて、レーザ光１２２の照射位置、照射速度、レーザ光の強度等を制御するための演算を行い、この演算結果に基づいて制御部１１７からモータ１１６、レーザ照射装置１１４等に指示を出し、ガルバノミラー１１５を回転させるか、または、ステージ１１０ｃを移動または回転させながらレーザ光１２２を照射し、導体層１１２ｍの不要部分のトリミング等を行う。
また、このレーザトリミング装置は、抵抗測定部１２３を有している。抵抗測定部１２３は、複数のテスタピン１２４を備えており、抵抗発熱体を複数の区画に区分し、各区画毎にテスタピン１２４を接触させて、形成された抵抗発熱体パターンの抵抗値を測定する。そして、測定された抵抗値に基づき、抵抗値が低い区画にレーザを照射し、抵抗発熱体の電流が流れる方向に概ね平行に溝（図１２参照）を形成するか、電流が流れる方向にほぼ垂直に切欠を形成することにより、その抵抗値を調整し、抵抗値のばらつきが少ない抵抗発熱体とする。
次に、このようなレーザトリミング装置を用いたトリミング方法について具体的に説明する。
ここでは、帯状または円環状の導体層が形成されたセラミック基板の不要部分を除去することにより、抵抗発熱体を形成する方法について主に説明し、抵抗発熱体の抵抗値を調整する方法については、後で説明する。
また、第二および第三の本発明のセラミックヒータの製造方法におけるレーザトリミング工程以外の工程については、後ほど詳しく説明するので、ここでは簡単に説明する。
最初に、セラミック基板の製造を行うが、まず、セラミック粉末と樹脂とからなる生成形体を作製する。この生成形体の作製方法としては、セラミック粉末と樹脂とを含む顆粒を製造した後、これを金型等に投入してプレス圧をかけることにより作製する方法と、グリーンシートを積層圧着することにより作製する方法とがあり、内部に静電電極等の他の導体層を形成するか否か等により、より適切な方法を選択する。この後、生成形体の脱脂、焼成を行うことにより、セラミック基板を製造する。
この後、セラミック基板にリフターピンを挿通するための貫通孔の形成、測温素子を埋設するための有底孔の形成等を行う。
次に、このセラミック基板１１１上の抵抗発熱体となる部分を含む広い領域に、スクリーン印刷等により図１１に示した形状の導体ペースト層を形成し、この後焼成を行なうことにより導体層１１２ｍとする。
めっき法やスパッタリング等の物理蒸着法を用いて導体層を形成してもよい。めっきの場合には、めっきレジストを形成することにより、スパッタリング等の場合には、選択的なエッチングを行うことにより、所定領域に導体層１１２ｍを形成することができる。
また、導体層は、上述したようにその一部が抵抗発熱体パターンとして形成されていてもよい。
この導体層を形成する際、上記導体層のＪＩＳ　Ｂ　０６０１に基づく面粗度Ｒａを、０．０１μｍ以上、好ましくは、０．１〜１０μｍとする。このような粗化面を有する導体層（抵抗発熱体）を形成する方法については後で詳しく説明するが、スクリーン印刷により導体層を形成する場合には、抵抗発熱体の原料となる金属粒子の形状や平均粒径を選択することにより、導体層の面粗度を調整することができる。また、めっきにより導体層を形成する際には、例えば、針状晶が析出するような条件を選んでめっきを行うことにより、表面の粗度を調整することができる。さらに、バフ研磨、サンドブラスト処理等で表面の粗度を調整することも可能である。
次に、図１４に示すように、ステージ１１０ｃに形成されたセラミック基板１１１の側面と接触する固定用突起１１０ｂとリフターピンを挿入する貫通孔に嵌合する嵌合用突起（図示せず）とを用いて、セラミック基板１１１をステージ１１０ｃ上に固定する。
また、予め抵抗発熱体パターンのデータを入力部１２０から入力し、記憶部１１８に格納する。すなわち、トリミングにより形成しようとする抵抗発熱体パターンのデータを記憶しておくのである。抵抗発熱体パターンデータとは、面状（いわゆるベタ状または円環状）に印刷された導体層をトリミングして抵抗発熱体パターンを形成するために使用されるデータである。
次に、固定されたセラミック基板１１１をカメラ１２１で撮影することにより、導体層１１２ｍの形成位置が記憶部１１８に記憶される。
この導体層の位置のデータに基づいて、演算部１１９で演算が行われ、その結果が制御データとして記憶部１１８に記憶される。
そして、この演算結果に基づいて、制御部１１７から制御信号を発生させ、ガルバノミラー１１５のモータ１１６、および／または、ステージ１１０ｃのモータを駆動させながら、レーザ光を照射することにより、表面粗度が０．０１μｍ以上の導体層１１２ｍの不必要な部分をトリミングし、抵抗発熱体１１２を形成する。
このようにして導体層等の不要部分を除去する際に、レーザ光照射により導体層等のトリミングすべき部分はトリミングするものの、その下に存在するセラミック基板には、レーザ光照射により大きな影響を与えないことが重要になる。
従って、レーザ光は、導体層等を構成する金属粒子等には良好に吸収され、一方、セラミック基板に吸収されにくいものを選定する必要がある。このようなレーザの種類としては、例えば、ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザ、エキシマ（ＫｒＦ）レーザ、ＵＶ（紫外線）レーザ等が挙げられる。
これらのなかでは、ＹＡＧレーザ、エキシマ（ＫｒＦ）レーザが最適である。
ＹＡＧレーザとしては、日本電気社製のＳＬ４３２Ｈ、ＳＬ４３６Ｇ、ＳＬ４３２ＧＴ、ＳＬ４１１Ｂなどを採用することができる。
レーザとしては、２ｋＨｚ以下の周波数のパルス光を用いることが望ましく、１ｋＨｚ以下の周波数のパルス光を用いることがより望ましい。極めて短い時間に大きなエネルギーを抵抗発熱体に照射することができ、セラミック基板に対するダメージを小さくすることができるからである。また、ファーストパルスのエネルギーが大きくならず、設定通りの幅の溝を形成することができる。レーザ光のパルスの周波数が２ｋＨｚを超えると、ファーストパルスのエネルギーが大きくなりすぎ、設定よりも幅の広い溝が形成されるため、設定通りの形状の抵抗発熱体を形成することができない。
また、加工スピードは、１００ｍｍ／秒以下が望ましい。１００ｍｍ／秒を超えると、周波数を高くしないかぎり、溝を形成することができないからである。前述のように、周波数は２ｋＨｚ以下を上限とするため、１００ｍｍ／秒以下が望ましい。
なお、レーザの出力は０．３Ｗ以上が望ましい。０．３Ｗ未満であれば、抵抗発熱体のパターンを形成するために除去すべき導体層を完全にトリミングできない可能性があるからである。特に抵抗発熱体が金属粒子の焼結体の場合は、０．３Ｗ以上の出力でトリミングすることで、セラミック基板まで到達するトリミングが実現でき、導体層を完全に除去することができる。
トリミングは、導体ペースト層に施してもよいが、上述したように、抵抗発熱体ペーストを印刷した後焼成して導体層を形成し、その後に実施することが望ましい。焼成により抵抗値が変動したり、ペーストがレーザ光の照射に起因して剥離したりすることがあるからである。
第二および第三の本発明の製造方法は、導体ペーストを円環状（いわゆるベタ状）に形成し、トリミングによりパターン化する方法であるので、均一な厚さの発熱体パターンを得ることができる。最初から発熱体パターン状に印刷しようとすると、印刷方向により厚さのばらつきが発生するため、均一な厚さの抵抗発熱体を形成することが困難になる。
上記説明では、レーザ光の照射により抵抗発熱体を形成する方法について説明したが、セラミック基板上に所定パターンの抵抗発熱体を形成した後、トリミングにより抵抗発熱体の抵抗値を調整する場合には、図１２に示したように、抵抗発熱体１１２の電流が流れる方向に概ね平行に溝１１３０を形成し、これにより抵抗発熱体の抵抗値を調整する。抵抗発熱体の電流が流れる方向に、ほぼ垂直に切欠を形成して抵抗を調整してもよいが、溝を形成する方法が発熱体を断線させるおそれが少ないため好ましい。
この場合には、上述したように、テスタピン１２４を用い、形成された抵抗発熱体を多数の区画に分割してその抵抗値を測定し、トリミングによりその抵抗値を調整する。
このようなレーザトリミングにより形成される抵抗発熱体のパターンは、特に限定されるものではないが、例えば、以下に示すような抵抗発熱体パターンが挙げられる。なお、以下には、抵抗発熱体パターン形成されたセラミックヒータを示す。
図１３は、第二の本発明のセラミックヒータの製造方法により製造されたセラミックヒータを模式的に示す底面図であり、図１４は、その部分拡大断面図である。なお、図１４に示した抵抗発熱体１１２ａ〜１１２ｇには、トリミングにより形成された溝は示していない。
このセラミックヒータ１１０は、円板状に形成されたセラミック基板１１１の加熱面１１１ａの反対側である底面１１１ｂに、抵抗発熱体１１２（１１２ａ〜１１２ｇ）が形成されている。
この抵抗発熱体１１２は、加熱面１１１ａの全体の温度が均一になるように加熱するため、同心円の一部を描くように繰り返して形成された円弧および同心円を基本として構成されるパターンにより形成されている。
すなわち、最も外周に近い抵抗発熱体１１２ａ〜１１２ｄは、同心円を４分割した円弧状のパターンが繰り返して形成され、隣り合う円弧の端部は、屈曲線により接続され一連の回路を構成している。そして、このようなパターンの抵抗発熱体１１２ａ〜１１２ｄからなる４つの回路が、外周を取り囲むように近接して形成され、全体的に円環状のパターンを構成している。
また、この抵抗発熱体１１２ａ〜１１２ｄからなる回路の端部は、クーリングスポット等の発生を防止するために、円環状パターンの内側に形成されており、そのため、外側の回路の端部は内側の方に向かって延設されている。
外周に形成された抵抗発熱体１１２ａ〜１１２ｄの内側には、そのごく一部が切断された同心円パターンの回路からなる抵抗発熱体１１２ｅ、１１２ｆ、１１２ｇが形成されており、この抵抗発熱体１１２ｅ、１１２ｆ、１１２ｇでは、隣り合う同心円の端部が、順次直線からなる抵抗発熱体で接続されることにより一連の回路が構成されている。
また、それぞれの抵抗発熱体１１２ａ〜１１２ｄ、１１２ｅ、１１２ｆ、１１２ｇの間には、帯状（円環状）の発熱体非形成領域が設けられており、中心部分にも、円形の発熱体非形成領域が設けられている。
従って、全体的に見ると、円環状の抵抗発熱体形成領域と発熱体非形成領域とが、外側から内側に交互に形成されており、これらの領域をセラミック基板の大きさ（口径）や厚さ等を考慮して、適当に設定することにより、加熱面の温度を均一にすることができるようになっている。
また、抵抗発熱体１１２ａ〜１１２ｇは、トリミング処理された後、図１４に示すように、腐食等を防止するために、金属被覆層１１２０が形成されており、その端部には、半田層１１２０を介して外部端子１３３が接続されている。
このセラミック基板１１１には、発熱体非形成領域となる位置に３個の貫通孔１３５が設けられており、シリコンウエハ１３９等の被加熱物をセラミック基板１１１の加熱面１１１ａに接触させた状態で載置して加熱するほか、図１４に示すように、これらの貫通孔１３５にリフターピン１３６を挿通し、リフターピン１３６でシリコンウエハ１３９等の被加熱物を保持することにより、セラミック基板１１１より一定の距離離間させた状態で被加熱物を加熱することができるようになっている。
また、このリフターピン１３６を上下させることにより、搬送機からシリコンウエハ１３９等の被加熱物を受け取ったり、被加熱物をセラミック基板１１１上に載置したり、被加熱物を支持したまま加熱したりすることができるようになっている。セラミック基板１１１の加熱面１１１ａに凹部等を形成し、この凹部等に加熱面１１１ａからわずかに突出するように支持ピンを設置し、この支持ピンでシリコンウエハ１３９を支持することより、シリコンウエハ１３９を加熱面から５〜５０００μｍ離間させた状態で支持し、加熱等を行ってもよい。
セラミック基板１１１の底面１１１ｂの発熱体非形成領域には、有底孔１３４が形成されており、この有底孔１３４には、熱電対等の測温素子１３７が挿入され、セラミック基板１１１の加熱面１１１ａに近い部分の温度を測定することができるようになっている。
上記抵抗発熱体パターンを有するセラミックヒータでは、円板状のセラミック基板に、同心円の一部を描くように繰り返して形成された円弧と屈曲線の組み合わせで一連の回路が構成されたパターン（以下、円弧繰り返しパターンともいう）と、一部が切断された同心円が隣り合う端部で直線的に接続され、一連の回路が構成されているパターン（以下、同心円状パターンともいう）で抵抗発熱体が構成されているため、このような抵抗発熱体パターンの大部分は、セラミック基板の中心からの距離ｒと回転角（θ１−θ２）とで表すことができる。
従って、レーザトリミングを行う際にも、セラミック基板を中心に回転させれば、比較的容易に抵抗発熱体の抵抗値を調整することができ、このような方法により抵抗値が調整された抵抗発熱体を有するセラミックヒータでは、加熱面の温度が均一になり、半導体ウエハ等の被加熱物を均一な温度で加熱することができる。
また、第三の本発明の製造方法、すなわち、円環状の導体層が形成されたセラミックヒータの導体層をトリミングすることによっても、図１３に示した発熱体パターンを有するセラミックヒータを製造することができる。以下に説明する形状の抵抗発熱体を有するセラミック、ヒータにおいても同様である。
第二および第三の本発明の製造方法により製造されるセラミックヒータは、図１３に示したパターンを有する抵抗発熱体に限定されるものではなく、例えば、上記した円弧繰り返しパターン、同心円状パターンや屈曲線の繰り返しパターン等を単独を形成してもよく、これらのパターンを任意に組み合わせてもよい。
図１５は、第二および第三の本発明の製造方法で製造されるセラミックヒータの別の実施形態を模式的に示した平面である。このセラミックヒータでは、図１５に示すように、屈曲線を主体とする、それぞれが円環状に形成されている抵抗発熱体１４２ａ、１４２ｂ，１４２ｃが、円環状の発熱体非形成領域および中心部分にある発熱体非形成領域を挟んで、全体的に放射状に形成されている。
なお、セラミック基板の表面に形成される抵抗発熱体は、図１３、１５に示すように、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、シリコンウエハの加熱面の温度を調整することができるからである。
このような抵抗発熱体パターンを形成する際、図１５に示したような抵抗発熱体の配線間が広いパターンの場合には、スクリーン印刷により抵抗発熱体を容易に形成することができるが、図１３に示したようなその間隔が狭く複雑な（混みいった）パターンを形成する場合には、幅広い帯状の線からなる円環状の導体層を形成しておき、レーザ光を用いて抵抗発熱体でない部分（不要部分）をトリミングする方法が、比較的容易に抵抗発熱体を形成することができるため有利である。
セラミック基板の表面に抵抗発熱体を形成する場合に、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。また、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。
抵抗発熱体は、断面形状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。
抵抗発熱体の抵抗値のばらつきに関し、平均抵抗値に対する抵抗値のばらつきは５％以下が望ましく、１％がより望ましい。本発明の抵抗発熱体は複数回路に分割しているが、このように抵抗値のばらつきを小さくすることにより、抵抗発熱体の分割数を減らすことができ温度を制御しやすくすることができる。さらに、昇温の過渡時の加熱面の温度を均一にすることが可能となる。
通常、このような抵抗発熱体は、導電性を確保するための金属粒子や導電性セラミック粒子を含有する導体ペーストをセラミック基板上に塗布し、焼成することにより形成する。この導体ペーストとしては特に限定されないが、上記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い。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、１〜１００μｍが好ましい。１μｍ未満と微細すぎると、抵抗発熱体の表面の粗度Ｒａが０．０１μｍ未満となりやすく、レーザ光を用いた照射によるトリミングの際、レーザ光を反射しやすくなり、設定通りの溝等を形成することができず、一方、金属粒子等の粒径が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が、球状がより好ましい。抵抗発熱体の面粗度がより粗くなりやすいからである。また、リン片状であっても、そのアスペクト比（幅または長さ／厚さ）が余り大きくないものであれば、抵抗発熱体の形成面に対して垂直または斜めになり易いため、表面の粗度を大きくすることができる。
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、金属粒子間に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。
さらに、針状粒子で、余りアスペクト比（直径に対する長さ）が余り大きくないものであれば、やはり抵抗発熱体の形成面に対して垂直または斜めになり易いため、表面の粗度を大きくすることができる。
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、金属粒子に金属酸化物を添加したものを使用し、これをセラミック基板上に塗布した後、金属粒子等と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等と金属粒子とをより密着させることができるからである。
金属酸化物を混合することにより、窒化物セラミック等との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等の表面は、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等とが密着するのではないかと考えられる。また、セラミック基板を構成するセラミックが酸化物セラミックの場合は、当然に表面が酸化物からなるので、密着性に優れた導体層が形成される。
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１１２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等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等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、このような構成の導体ペーストを使用して抵抗発熱体１２を形成した際の面積抵抗率は、１〜４５ｍΩ／□が好ましい。
面積抵抗率が４５ｍΩ／□を超えると、印加電圧量に対して発熱量は大きくなりすぎて、セラミック基板の表面に抵抗発熱体１２を設けたセラミック基板１１では、その発熱量を制御しにくいからである。なお、金属酸化物の添加量が１０重量％以上であると、面積抵抗率が５０ｍΩ／□を超えてしまい、発熱量が大きくなりすぎて温度制御が難しくなり、温度分布の均一性が低下する。
また、必要に応じて面積抵抗率を５０ｍΩ／□〜１０Ω／□にすることができる。面積抵抗率を大きくすると、パターンを幅を広くすることができるため、断線の問題がない。
抵抗発熱体がセラミック基板の表面に形成される場合には、抵抗発熱体の表面部分に、金属被覆層が形成されていることが望ましい。内部の金属焼結体が酸化されて抵抗値が変化するのを防止するためである。形成する金属被覆層の厚さは、０．１〜１０μｍが好ましい。このような金属被覆層は、上記トリミング処理を行った後に形成する。
金属被覆層を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、ニッケルが好ましい。
抵抗発熱体には、電源と接続するための端子が必要であり、この端子は、半田を介して抵抗発熱体に取り付けるが、ニッケルは、半田の熱拡散を防止するからである。接続端子としては、例えば、コバール製のものが挙げられる。
第二および第三の本発明の製造方法で用いるセラミック基板は、円板であることが望ましく、その直径は１９０ｍｍを超えるものが望ましい。このような直径が大きいものほど加熱面での温度ばらつきが大きくなるからである。
また、上記セラミック基板の厚さは、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、１．５ｍｍを超え５ｍｍ以下であることがより望ましい。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、セラミック基板の強度が低下して破損する場合があるからである。
第二および第三の本発明の製造方法で製造したセラミックヒータ１１０では、基板の材料としてセラミックを使用しているが、セラミックとしては特に限定されず、例えば、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等を挙げることができる。
セラミック基板１１１の材料として、これらのなかでは、窒化物セラミックや炭化物セラミックが好ましい。熱伝導特性に優れるからである。
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。また、上記炭化物セラミックとしては、炭化珪素、炭化チタン、炭化硼素等が挙げられる。さらに、上記酸化物セラミックとしては、アルミナ、コージェライト、ムライト、シリカ、ベリリア等が挙げられる。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と最も高いからである。
ただし、セラミック基板１１１は、レーザ光が吸収されにくい材質のものが好ましく、例えば、窒化アルミニウム基板の場合には、炭素含有量が５０００ｐｐｍ以下の炭素含有量が少ないものが好ましい。
また、表面を研磨して表面の面粗度をＪＩＳ　Ｂ　０６０１　Ｒａで２０μｍ以下にすることが望ましい。面粗度が大きい場合は、レーザ光を吸収してしまうからである。
また必要に応じて、抵抗発熱体とセラミック基板の間に耐熱性セラミック層を設けてもよい。例えば、非酸化物系セラミックの場合は、表面に酸化物セラミックを形成しておいてもよい。
上記方法を用い、抵抗発熱体をセラミック基板の表面に形成する方法としては、セラミック基板の所定領域に導体ペーストを面状（円環状）に塗布した後、レーザトリミングにて発熱体パターンを形成する方法、または、導体ペーストを焼き付けた後、レーザトリミングを行い、所定パターンの抵抗発熱体を形成する方法が挙げられる。これらの方法のうち、導体ペーストを焼き付けた後、抵抗発熱体パターンを形成する方法が、レーザ光の照射による導体ペースト層の剥離等が発生しないため好ましい。
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。また、めっき法やスパッタリング等の方法を用いて所定領域に導体層を形成し、レーザトリミングによる抵抗発熱体パターンの形成を行ってもよい。
次に、上述したレーザトリミング工程以外の第二および第三の本発明のセラミックヒータの製造方法について、図１６に基づいて説明する。
図１６（ａ）〜（ｄ）は、レーザ処理を含む第二および第三の本発明のセラミックヒータの製造方法の一部を模式的に示す断面図である。
（１）セラミック基板の作製工程
窒化アルミニウム等のセラミックの粉末に、必要に応じて、イットリア（Ｙ２Ｏ３）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。
なお、ドクターブレード法等により形成したグリーンシートを積層することにより生成形体を作製してもよい。
次に、生成形体に、必要に応じて、シリコンウエハ１３９等の被加熱物を運搬等するためのリフターピン１３６を挿入する貫通孔１３５となる部分や熱電対などの測温素子を埋め込むための有底孔となる部分等を形成する。
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１１１を作製する（図１６（ａ）参照）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。また、例えば、上下より加圧しながら加熱、焼成を行うことにより、気孔のないセラミック基板１１１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、例えば、窒化物セラミックでは、１０００〜２５００℃である。
なお、通常は、焼成を行った後に、貫通孔１３５や測温素子を挿入するための有底孔（図示せず）を設ける。貫通孔１３５等は、表面研磨後に、ＳｉＣ粒子等を用いた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。
（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。この導体ペーストの粘度は、７０〜９０Ｐａ・ｓが好ましい。導体ペーストの粘度が７０Ｐａ・ｓ未満であると、粘度が低すぎるため、均一な濃度の金属等を含むペーストを調製することができず、均一な厚さの導体層を形成することが難しくなり、一方、９０Ｐａ・ｓを超えると、導体ペーストの粘度が高すぎるため、塗布作業が困難となり、やはり均一な厚さの導体層を形成することができない。粗面からなる導体層を形成するためには、導体ペーストの粘度が高い方が好ましい。リン片状や針状の金属が抵抗発熱体の形成面に垂直または斜めになり易いからである。
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領域一体に帯状または円環状に印刷を行うことにより、導体ペースト層１１２ｍを形成する（図１６（ｂ））。
抵抗発熱体のパターンは、セラミック基板全体を均一な温度にする必要があることから、図１３に示すような同心円の一部を描くように繰り返して形成された円弧、または、同心円を基本とするパターンが望ましい。
なお、上記した方法のほか、めっきにより導体層を形成することもでき、この場合に、針状のめっき層が形成されるようにめっきを析出させることにより、粗面を有する抵抗発熱体を形成することができる。この場合には、一旦、無電解めっき等により、薄膜を形成した後、この薄膜上に電解めっき等により針状のめっき層を形成することが望ましい。
また、厚膜のめっき層を形成した後、エッチング等を行って、粗化面を形成してもよい。
（３）導体ペーストの焼成
セラミック基板１１１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、セラミック基板１１１の底面に焼き付け、所定の幅を有する導体層を形成（図１４参照）した後、上述したレーザによるトリミング処理を行い、抵抗発熱体を形成する（図１６（ｃ）参照）。
この場合、加熱焼成の条件を変更することにより、導体層表面の粗度を調整することができる。加熱焼成の温度は、通常、５００〜１０００℃であるが、比較的低温で焼成することにより、金属等が溶融して平坦化するのを防止することができ、導体層の面粗度Ｒａを０．０１μｍ以上とすることができる。ただし、余り低温であると、金属同士の焼結が進行しなくなり、抵抗発熱体の抵抗値が高くなりすぎるため、使用する金属により、適切な焼成温度を選択する必要がある。
上記方法を用いたスクリーン印刷、めっき法、スパッタリング等により抵抗発熱体パターンの導体ペースト層を形成した後、焼成して抵抗発熱体１１２とし、レーザトリミングにより抵抗発熱体の抵抗値を調整してもよい。
（４）金属被覆層の形成
抵抗発熱体１１２表面には、図１４に示したように、金属被覆層１１２０を設けることが望ましい。金属被覆層１１２０は、電解めっき、無電解めっき、スパッタリング等により形成することができるが、量産性を考慮すると、無電解めっきが最適である。
（５）端子等の取り付け
抵抗発熱体１１２のパターンの端部に電源との接続のための端子（外部端子１３３）を半田を介して取り付ける（図１６（ｄ）参照）。また、有底孔１３４（図示せず）に熱電対を挿入し、ポリイミド等の耐熱樹脂等を用いて封止し、セラミックヒータの製造を終了する。
なお、第二および第三の本発明の製造方法で製造されるセラミックヒータは、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して使用することができ、また、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ることによりウエハプローバとして使用することができる。
次に、第四の本発明のセラミックヒータについて説明する。
第四の本発明のセラミックヒータは、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、上記抵抗発熱体の一部に溝または切欠が形成されてなる。
第四の本発明のセラミックヒータにおいて、抵抗発熱体の一部に形成される溝または切欠としては、例えば、第二の本発明のセラミックヒータの製造方法において説明した溝や切欠と同様のもの等が挙げられる。
また、第四の本発明のセラミックヒータにおいては、上記抵抗発熱体の表面のＪＩＳ　Ｂ　０６０１に基づく面粗度Ｒａは、０．０１μｍ以上であり、望ましい範囲は上述した通りである。
また、第四の本発明のセラミックヒータにおいて、上記抵抗発熱体は、絶縁層にて被覆されてなることが望ましく、上記絶縁層としては、第一の本発明のセラミックヒータの絶縁性被覆体と同様のもの等が挙げられる。
発明を実施するための最良の形態
（実施例１）
窒化アルミニウム粉末（平均粒径１．１μｍ）１００重量部、イットリア（平均粒径０．４μｍ）４重量部、アクリル系樹脂バインダ１２重量部、および、アルコールを混合混練してスラリーを形成した後、スプレードライ法によって該スラリーの噴霧を行い、顆粒状粉末とした。
次に、この顆粒状粉末を成形用金型に投入し、平板状に成形することにより生成形体を形成し、この生成形体を約１８００℃、圧力２００ｋｇ／ｃｍ２の条件でホットプレスし、厚さ３ｍｍの窒化アルミニウムからなる板状焼結体を得た。これを直径２１０ｍｍの円板状に切り出してセラミックヒータ用のセラミック基板１１（図１参照）とした。
次に、セラミック基板１１に、半導体ウエハ用のリフターピン１６を挿通するための貫通孔１５と、熱電対を埋め込むための有底孔１４となる部分をドリル加工によって穿設した。
上記加工の終わったセラミック基板１１に、例えば、図１に示したパターン状に線条状の抵抗発熱体１２が形成されるようにスクリーン印刷法により導体ペーストを印刷した。ここで用いた導体ペーストは、徳力化学研究所製のソルベストＰＳ６０３Ｄ（商品名）であり、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素およびアルミナの混合物からなる金属酸化物（重量比は、この順に、５／５５／１０／２５／１０）を銀の量に対して７．５重量％含有する、いわゆる銀ペーストである。ちなみに銀の平均粒径は４．５μｍであり、形状は鱗片状のものが主体であった。
このように導体ペーストを印刷したセラミック基板１１を７８０℃で加熱焼成して導体ペースト中の銀を焼結させるとともに、セラミック基板１１に焼き付けた。このとき、銀焼結体により形成した抵抗発熱体１２は、その厚さが約１０μｍ、幅約２．４ｍｍ、面積抵抗が５ｍΩ／□であった。
この後、抵抗発熱体１２の表面に酸化物系ガラス材料からなる絶縁性被覆体１７を形成した。
まず、ＰｂＯ３０重量％、ＳｉＯ２５０重量％、Ｂ２Ｏ３１５重量％、Ａｌ２Ｏ３３重量％、Ｃｒ２Ｏ３２重量％からなる組成のガラス粉末８７重量部に、ビヒクル３重量部、溶剤１０重量部を添加してペースト状混合物を調製した。
次に、このペースト状混合物を用いて、抵抗発熱体１２の表面を覆うようにスクリーン印刷を行い、ペースト状混合物の層を形成した。この後、このペースト状混合物を、１２０℃で乾燥、固着させ、空気雰囲気中、６８０℃、１０分間の条件で加熱することにより抵抗発熱体１２の表面およびセラミック基板１１に融着させ、絶縁性被覆体１７を形成した。この後、絶縁性被覆体の表面に、平均粒径が１．０μｍのＳｉＣ粉末を用いたサンドブラスト処理を施し、絶縁性被覆体の表面粗度Ｒａを調整した。このとき、絶縁性被覆体１７の厚さは１０μｍであった。但し、抵抗発熱体１２からなる回路両端の外部端子１３接続部分には、絶縁性被覆体１７を形成しなかった。従って、外部端子近傍の被覆状態は、図２に示したセラミックヒータ１０とは異なる。
尚、加熱して融着させる際に、あらかじめ絶縁性被覆体１７の形状に適合しうる形状に仮成形しておき、この仮成形体を抵抗発熱体１２上に載置し、加熱する方法でもよい。
次に、抵抗発熱体１２の外部端子１３を取付ける部分に、スクリーン印刷法により銀含有鉛はんだペースト（田中貴金属工業株式会社製）を印刷してはんだ層を形成し、さらに、このはんだ層の上にコバール製の外部端子１３を載置して４２０℃で加熱リフローし、外部端子１３を抵抗発熱体１２の両端部分に接続、固定させた。
なお、図２に示したように、先に抵抗発熱体１２と外部端子１３とを接続し、この後、外部端子１３が形成された抵抗発熱体１２の部分をも被覆するように絶縁性被覆体１７を形成してもよい。
この後、温度制御のための熱電対（図示せず）をセラミック基板の有底孔１４に埋め込み、図１、２に示したセラミックヒータ１０を得、上部にセラミックヒータを嵌め込むためのフッ素樹脂製の断熱リングが設けられた支持容器にセラミックヒータ１０を嵌め込み、ホットプレートユニットとした。
尚、抵抗発熱体１２は所定の抵抗値を有していることから、通電が行われると、ジュール熱による発熱を生じて半導体ウエハ１９を加熱する。
そして、ホットプレートユニットを構成するセラミックヒータ１０について、絶縁性被覆体の熱膨張率を測定するとともに、以下のような方法を用いて評価を行った。
評価方法
（１）絶縁性被覆体の表面粗度Ｒａの測定
東京精密社製のサーフコム９２０Ａを用いて、表面粗度ＲａおよびＲｍａｘを測定した。
（２）絶縁性被覆体材料の表面抵抗（面積抵抗）の測定
室温、Ｄ．Ｃ．１００Ｖの条件で測定した。
（３）抵抗発熱体の耐酸化性の評価
２００℃×１０００時間のエージング後のヒータ抵抗の変化を調べることにより評価した。
（４）昇温時間のばらつきの評価
ホットプレートユニットにシリコンウエハを載置した後に通電を行い、シリコンウエハを２００℃に加熱するのに要した時間（昇温時間）を１０回測定し、平均の昇温時間に対して、昇温が最も早いもの、または、最も遅いものの割合を％で計算し、１００％から引いた値の絶対値が大きいものを、昇温のばらつきとした。
（５）降温時間
上記（４）の条件で昇温を行った後、２５℃の冷媒（冷却エアー）を０．１ｍ３／分で供給し、５０℃に冷却されるまでの時間（降温時間）を測定し、その平均値を降温時間とした。
（６）耐硫化性
１５ｖｏｌ％のＨ２Ｓを含む雰囲気を７５℃に保持し、この雰囲気中にセラミックヒータを１０日間放置し、抵抗発熱体の抵抗変化率を測定し、耐硫化性として評価した。
（７）マイグレーションの発生の有無
ホットプレートユニットを湿度１００％で２００℃まで加熱して、４８時間通電し、抵抗発熱体間の金属拡散の有無を蛍光Ｘ線分析計（島津製作所社製　ＥＰＭ−８１０Ｓ）で測定することにより行った。
（実施例２）
酸化物系ガラス材料の代わりに耐熱性樹脂材料（ポリイミド樹脂）を用い、以下の方法により絶縁性被覆体１７を形成し、粗化処理を行ったほかは、実施例１と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例１と同様に評価した。その結果を表１に示した。
すなわち、まず、芳香族ポリイミド粉末８０重量％とポリアミド酸２０重量％からなるペースト状または粘液状の混合物の溶液を調製した後、この混合物の溶液を、抵抗発熱体１２表面を覆うように選択的に塗布し、抵抗発熱体１２表面上に混合物の層を形成した。
次に、形成された混合物の層を連続焼成炉中で３５０℃で加熱して乾燥固化させ、抵抗発熱体１２表面およびセラミック基板１１に融着させた。この後、絶縁性被覆体の表面に、平均粒径が１．０μｍのアルミナ粉末を用いたサンドブラスト処理を行い、絶縁性被覆体１７の表面粗度Ｒａを調整した。このとき、形成された絶縁性被覆体１７の平均の厚さは１０μｍであった。
（実施例３）
酸化物系ガラス材料の代わりに耐熱性樹脂材料（シリコーン系樹脂）を用い、以下の方法により絶縁性被覆体１７を形成し、粗化処理を行ったほかは、実施例１と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例１と同様に評価した。その結果を表１に示した。
すなわち、メタルマスク印刷法等により、メチルフェニル系のシリコーン樹脂を抵抗発熱体１２表面を覆うように選択的に塗布し、オーブン中２２０℃で、加熱して乾燥固化させ、抵抗発熱体１２表面およびセラミック基板１１に融着させた。このとき、形成された絶縁性被覆体１７の厚さは１５μｍであった。なお、絶縁性被覆体１７の表面粗度Ｒａの調整は、平均粒径が１．５μｍのアルミナ粉末を用いたサンドブラスト処理により行った。
（実施例４）
本実施例では、線条状の抵抗発熱体の抵抗値を高くし、酸化物ガラスからなる絶縁性被覆体の厚さを２０μｍとしたほかは、実施例１と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例１と同様に評価した。その結果を表１に示した。
これは、３０〜３００Ｖの電圧を印加し、温度を２００℃以上に昇温する場合には、抵抗値を高くする必要があるためである。なお、絶縁性被覆体１７の表面粗度Ｒａの調整は、平均粒径が０．１μｍのＳｉＣ粉末を用いたサンドブラスト処理により行った。
抵抗発熱体用のペーストとして、銀：５６．５重量％、パラジウム：１０．３重量％、ＳｉＯ２：１．１重量％、Ｂ２Ｏ３：２．５重量％、ＺｎＯ：５．６重量％、ＰｂＯ：０．６重量％、ＲｕＯ２：２．１重量％、樹脂バインダ：３．４重量％、溶剤：１７．９重量％からなるものを使用した。
抵抗発熱体パターンは、厚さ１０μｍ、幅２．４ｍｍ、面積抵抗が１５０ｍΩ／□であった。
（実施例５）
酸化物系ガラス材料の代わりに耐熱性樹脂材料（ポリイミド樹脂）を用い、実施例２で記載した方法により絶縁性被覆体１７を形成し、粗化処理を行ったほかは、実施例４と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例４と同様に評価した。なお、絶縁性被覆体の厚さは、１０μｍとし、絶縁性被覆体１７の表面粗度Ｒａの調整は、平均粒径が０．１μｍのアルミナ粉末を用いたサンドブラスト処理により行った。その結果を表１に示した。
（実施例６）
酸化物系ガラス材料の代わりに耐熱性樹脂材料（シリコーン系樹脂）を用い、実施例３で記載した方法により絶縁性被覆体１７を形成し、粗化処理を行ったほかは実施例４と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例４と同様に評価した。なお、絶縁性被覆体の厚さは、１０μｍとし、絶縁性被覆体１７の表面粗度Ｒａの調整は、平均粒径が０．０３μｍのアルミナ粉末を用いたサンドブラスト処理により行った。その結果を表１に示した。
（比較例１）
抵抗発熱体が形成されたセラミック基板を無電解ニッケルめっき浴に浸漬し、抵抗発熱体の表面に厚さ約１μｍのニッケル製の金属層を析出させたほかは、実施例１の場合と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例１と同様に評価した。その結果を表１に示した。
なお、上記ニッケルめっき浴の各成分の濃度は、硫酸ニッケル８０ｇ／ｌ、次亜燐酸ナトリウム２４ｇ／ｌ、酢酸ナトリウム１２ｇ／ｌ、ほう酸８ｇ／ｌ、塩化アンモニウム６ｇ／ｌであった。
（比較例２）
抵抗発熱体１２の表面に絶縁性被覆体を形成した後、サンドブラストによる粗化処理を行わなかったほかは、実施例１と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例１と同様に評価した。なお、セラミックヒータの表面粗度Ｒａは、０．００７μｍであった。その結果を表１に示した。
（比較例３）
抵抗発熱体１２表面に絶縁性被覆体を形成した後、平均粒径が１５μｍのＳｉＣ粉末を用いてサンドブラスト処理を行い、表面粗度Ｒａが１１μｍの絶縁性被覆体を形成したほかは、実施例４と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例１と同様に評価した。その結果を表１に示した。
（比較例４）
抵抗発熱体１２表面に絶縁性被覆体を形成しなかったほかは、実施例１と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例１と同様に評価した。その結果を表１に示した。
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2002043441.tif 000004
表１に示した結果より明らかなように、本実施例１〜６においては、抵抗発熱体の抵抗変化は、０．１〜０．３％と小さかったのに対し、比較例１では３％と大きくなっていた。この理由としては、ニッケルめっき膜自体の酸化により抵抗が変動したことが挙げられるほか、ニッケルめっき膜がポーラスであるため、酸素が拡散して内部の銀を酸化させてしまったのではないかと推定している。また、実施例１〜６では、昇温時のばらつきが小さく、降温速度も比較的速かったのに対し、比較例２、３では、抵抗発熱体を被覆する絶縁性被覆体の表面粗度Ｒａが小さすぎるか、または、大きすぎるため、降温速度が遅くなっている。
また、マイグレーションの発生については、比較例４に係るセラミックヒータで、Ａｇのマイグレーションが発生しており、抵抗発熱体間で短絡が発生するおそれがあった。
なお、図６〜１０には、実施例１〜５に係るセラミックヒータを構成する絶縁性被覆体の表面粗度の測定結果を表すグラフを、それぞれ示している。
さらに、実施例１、４に係るセラミックヒータでは、絶縁性被覆体である酸化物ガラスの熱膨張係数は５ｐｐｍ／℃であり、窒化アルミニウムが３．５〜４ｐｐｍ／℃と両者は数値的に近く、冷熱サイクルによる膨張、収縮で抵抗発熱体を構成する金属粒子同士が離間するこにより生じる抵抗変化が耐熱性樹脂を使用した場合に比べて比較的小さい。
実施例４〜６では、抵抗発熱体として、面積抵抗値が１５０ｍΩ／□であるものを使用した。この場合、絶縁性被覆体の面積抵抗が１０１５〜１０１６Ω／□と略完全に絶縁体であるため、５０〜２００Ｖの電圧を印加しても、電流は抵抗発熱体の内部を伝搬し、発熱量も大きくなるが、比較例１のようなニッケルめっき膜を形成した場合には、ニッケルめっき膜の面積抵抗が５０ｍΩ／□と抵抗発熱体より小さく、電流は抵抗値がより低い部分を伝搬することから、電流はニッケルめっき膜を伝搬してしまい、発熱量が小さくなってしまう。
（実施例７）
実施例１の場合と同様にして、セラミックヒータ用のセラミック基板２１を作製し、半導体ウエハ用のリフターピン１６を挿通するための貫通孔２５と、熱電対を埋め込むための有底孔２４となる部分をドリル加工によって穿設した。
次に、上記加工の終わったセラミック基板２１の底面に、実施例１と同じ材料を用い、図３に示した形状の抵抗発熱体２２ａ〜２２ｆを形成した。
この後、図３に示したように、抵抗発熱体２２ａ、２２ｂ、２２ｃでは、回路を構成する抵抗発熱体で挟まれた領域およびその周辺領域一帯に、酸化物系ガラス材料からなる絶縁性被覆体２７ａ、２７ｂ、２７ｃを設け、抵抗発熱体２２ｄ、２２ｅ、２２ｆでは、回路を構成する抵抗発熱体で挟まれた領域とその周辺および各回路間の領域全体に、同様の材料からなる絶縁性被覆体２７ｄを設けた。
上記酸化物系ガラス材料の組成は、実施例１の場合と同様であり、絶縁性被覆体２７の形成方法は、塗布した領域が上記のように広域にわたったほかは実施例１の場合と同様である。このとき、絶縁性被覆体１７の厚さは３０μｍであった。但し、回路の両端の外部端子を接続する部分には、絶縁性被覆体２７を形成しなかった。また、絶縁性被覆体２７の表面粗度Ｒａの調整は、平均粒径が５μｍのＳｉＣ粉末を用いたサンドブラスト処理により行った。
この後、温度制御のための熱電対（図示せず）をセラミック基板の有底孔２４に埋め込み、図３、４に示したセラミックヒータ２０を得た。
以上のようにして、窒化アルミニウム基板２１を用いたセラミックヒータ２０を製造した後、実施例１と同様に評価した。その結果を表２に示した。
（実施例８）
酸化物系ガラス材料の代わりに耐熱性樹脂材料（ポリイミド樹脂）を用い、以下の方法により絶縁性被覆体２７を形成し、粗化処理を行ったほかは、実施例７と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例７と同様に評価した。その結果を表２に示した。
すなわち、まず、芳香族ポリイミド粉末８０重量％とポリアミド酸２０重量％からなるペースト状または粘液状の混合物の溶液を調製した後、この混合物の溶液を、実施例７の場合と同様の領域に塗布し、連続焼成炉中で３５０℃で加熱して乾燥固化させ、絶縁性被覆体２７ａ〜２７ｄを形成した。なお、絶縁性被覆体２７の厚さは、３０μｍであり、絶縁性被覆体２７の表面粗度Ｒａの調整は、平均粒径が４．２μｍのアルミナ粉末を用いたサンドブラスト処理により行った。
（実施例９）
酸化物系ガラス材料の代わりに耐熱性樹脂材料（シリコーン樹脂）を用い、以下の方法により絶縁性被覆体２７を形成し、粗化処理を行ったほかは、実施例７と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例７と同様に評価した。その結果を表２に示した。
すなわち、メタルマスク印刷法等により、メチルフェニル系のシリコーン樹脂を実施例７の場合と同様の領域に塗布し、オーブン中２２０℃で加熱して乾燥固化させ、絶縁性被覆体２７ａ〜２７ｄを形成した。なお、絶縁性被覆体２７の厚さは、３０μｍであり、絶縁性被覆体２７の表面粗度Ｒａの調整は、平均粒径が２．０μｍのアルミナ粉末を用いたサンドブラスト処理により行った。
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表２に示した結果より明らかなように、本実施例７〜９においても、絶縁性被覆体の面積抵抗は、１０１５〜１０１６Ω／□と大きく、このような絶縁性被覆体により被覆された抵抗発熱体の抵抗変化は、０．２〜０．３％と小さかった。また、昇温のばらつきは小さく、降温速度も比較的速かった。
また、実施例８、９において耐酸化性の試験を行った後、絶縁性被覆体２７を強制的にセラミック基板の表面から剥離させ、抵抗発熱体の表面から銀等の金属のマイグレーションが発生していないかを実施例１と同様にして観察したが、マイグレーションは全く発生していなかった。
（実施例１０）
ＳｉＣ粉末（平均粒径：１．１μｍ）１００重量部、Ｂ４Ｃ４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。
次に、この顆粒状の粉末を金型に入れ、平板状に成形して生成形体を形成し、この生成形体を１８９０℃、圧力：２０ＭＰａの条件でホットプレスし、厚さがほぼ３ｍｍのＳｉＣからなる板状焼結体を得た。さらに、この板状焼結体の表面を＃８００のダイヤモンド砥石で研磨し、ダイヤモンドペーストでポリシングしてＲａ＝０．００８μｍとした。さらに表面にガラスペースト（昭栄化学工業社製Ｇ−５１７７）を塗布し、６００℃に昇温し、厚さ３μｍのＳｉＯ２層を形成した。
そして、この板状焼結体から直径２１０ｍｍの円板体を切り出してセラミック基板とした。この後、上記ＳｉＯ２層を形成した面を抵抗発熱体を形成する面とし、図５に示したように、厚さ５０μｍの絶縁性被覆体（酸化物ガラス）を抵抗発熱体が形成された領域全体に形成し、平均粒径が１０μｍのＳｉＣ粉末を用いたサンドブラスト処理を行って粗化面を形成したほかは、実施例１と同様にしてセラミックヒータを製造した。
以上のようにして、ＳｉＣからなる基板を用いたセラミックヒータを製造した後、実施例１と同様に評価した。その結果を表３に示した。
（実施例１１）
酸化物系ガラス材料の代わりに耐熱性樹脂材料（ポリイミド樹脂）を用い、以下の方法により絶縁性被覆体３７を形成し、平均粒径が１０μｍのアルミナ粉末を用いたサンドブラストにより粗化処理を行ったほかは、実施例１０と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例１０と同様に評価した。その結果を表３に示した。
すなわち、まず、芳香族ポリイミド粉末８０重量％とポリアミド酸２０重量％とからなるペースト状または粘液状の混合物の溶液を調製した後、この混合物の溶液を、抵抗発熱体が形成された領域全体に塗布し、混合物の層を形成した。
この後、形成された混合物の層を連続焼成炉中で３５０℃で加熱して乾燥固化させ、抵抗発熱体表面およびセラミック基板に融着させ、上記条件で粗化処理を行った。このとき、形成された絶縁性被覆体の厚さは５０μｍであった。
（実施例１２）
絶縁性被覆体（酸化物ガラス）に平均粒径が８μｍのＳｉＣ粉末を用いたサンドブラストにより粗化処理を行ったほかは、実施例１０と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例１０と同様に評価した。その結果を表３に示した。
（実施例１３）
酸化物系ガラス材料の代わりに耐熱性樹脂材料（ポリイミド樹脂）を用い、実施例１１の場合と同様に絶縁性被覆体３７を形成し、この絶縁性被覆体３７に平均粒径が８μｍのアルミナ粉末を用いたサンドブラストにより粗化処理を行ったほかは、実施例１０と同様にしてセラミックヒータを製造し、実施例１０と同様に評価した。その結果を表３に示した。
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表３に示した結果より明らかなように、本実施例１０〜１３においては、抵抗発熱体の抵抗変化は、０．２〜０．３％と小さかった。また、昇温速度のばらつきは、絶縁性被覆体の表面粗度が大きいこと等に起因して、実施例１〜７よりも少し大きくなったが、降温速度は、余り変わらず、比較的早かった。
以上のように、第一の本発明のセラミックヒータは、抵抗変化率が小さく、昇温速度のばらつきが少なく、降温速度も速く、温度制御性に優れる。また、半導体製造装置内でのＯ２やＨ２Ｓ等の反応性ガスに対する耐腐食性も優れている。
さらに、絶縁性被覆体が絶縁体であるため、抵抗発熱体の抵抗値を高くしても、電流が絶縁性被覆体を流れることはなく、１５０℃以上の使用領域を持つヒータを得ることができる。
また、絶縁性被覆体として酸化物ガラスを使用した場合は、酸化物ガラスとセラミック基板との密着性に優れ、また熱膨張率も小さいため、クラックが発生しにくく、同時に抵抗発熱体の抵抗変化率も小さい。
さらに、絶縁性被覆体として耐熱性樹脂を使用した場合は、比較的低温で絶縁性被覆体を形成することができる。
このように、第一の本発明のセラミックヒータは、２００〜４００℃までの中温用、４００〜８００℃の高温用のヒータとして最適である。
（実施例１４）レーザトリミングによる抵抗発熱体の抵抗値の調整
（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。
（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）次に、この生成形体を１８００℃、圧力：２０ＭＰａでホットプレスし、厚さがほぼ３ｍｍ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１１１）とした。このセラミック基板にドリル加工を施し、シリコンウエハのリフターピン１３６を挿入する貫通孔１３５、熱電対を埋め込むための有底孔１３４（直径：１．１ｍｍ、深さ：２ｍｍ）を形成した。
（４）上記（３）で得たセラミック基板１１１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１３に示したようなパターンであった。
上記導体ペーストとしては、Ａｇ：４８重量％、Ｐｔ：２１重量％、ＳｉＯ２：１．０重量％、Ｂ２Ｏ３：１．２重量％、ＺｎＯ：４．１重量％、ＰｂＯ：３．４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（昭栄化学社製　Ａｇ−５４０）は、平均粒径が４．５μｍのリン片状のものであった。また、Ｐｔ粒子（昭栄化学社製　Ｐｄ−２２１）は、平均粒径６．８μｍの球状であった。
また、このときの導体ペーストの粘度は８０Ｐａ・ｓであった。
（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１１１を８５０℃で１０〜２０分間、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１１１に焼き付けた。
抵抗発熱体のパターンは、図１３に示したように、１１２ａ〜１１２ｇの７チャンネルである。外周の４つのチャンネル（抵抗発熱体１１２ａ〜１１２ｄ）のトリミング前のチャンネル内の抵抗値のばらつきは、７．４〜１２．４％であった。
なお、チャンネルとは、制御を行う際に、同一電圧を印加して一の制御を行う回路をいうが、本実施例では、連続体として形成された各抵抗発熱体（１１２ａ〜１１２ｇ）を示す。
また、各チャンネル（抵抗発熱体１１２ａ〜１１２ｄ）内の抵抗ばらつきは、以下のようにして求めた。すなわち、まず、チャンネル内を２０分割し、分割した範囲内の両端で抵抗を測定し、その平均を平均分割抵抗値とし、さらに、チャンネル内の最高抵抗値と最低抵抗値との差と平均分割抵抗値とから、ばらつきを計算した。また、各チャンネル（抵抗発熱体１１２ａ〜１１２ｄ）内の抵抗値は、分割して測定した全抵抗値の総和である。
（６）次に、トリミング用の装置として、波長が１０６０ｎｍのＹＡＧレーザ（日本電気製　Ｓ１４３ＡＬ　出力５Ｗ、パルス周波数設定範囲　０．１〜４０ｋＨｚ）を用い、パルス周波数を１．０ｋＨｚに設定した。この装置は、Ｘ−Ｙステージ、ガルバノミラー、ＣＣＤカメラ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを備え、また、ステージとガルバノミラーを制御するコントローラを内蔵し、コントローラは、コンピュータ（日本電気製　ＦＣ−９８２１）に接続されている。コンピュータは、演算部と記憶部を兼ねるＣＰＵを有している。また、記憶部と入力部を兼ねるハードディスクと３．５インチＦＤドライブを有している。
このコンピュータにＦＤドライブから発熱体パターンデータを入力し、また、抵抗発熱体の位置を読み取って（読み取りは、導体層の特定箇所またはセラミック基板に形成されたマーカを基準にする）、必要な制御データを演算し、発熱体パターンを電流が流れる方向に沿って概ね平行に照射し、その部分の導体層を除去し、セラミック基板に到達する幅５０μｍの溝を形成することにより、抵抗値を調整した。抵抗発熱体は、厚さが５μｍ、幅２．４ｍｍであった。レーザは、１ｋＨｚの周波数で、０．４Ｗの出力、バイトサイズは１０μｍ、加工スピードは１０ｍｍ／秒であった。
このようにトリミングを行い、抵抗発熱体の抵抗値を調整した後の外周の４つのチャンネル（抵抗発熱体１１２ａ〜１１２ｄ）の抵抗値のばらつきは、１．０〜５．０％と大きく減少した。
（７）次に、電源との接続を確保するための外部端子１３３を取り付ける部分にＮｉめっきした後、スクリーン印刷により、銀−鉛半田ペースト（田中貴金属社製）を印刷して半田層を形成した。
次いで、半田層の上にコバール製の外部端子１３３を載置して、４２０℃で加熱リフローし、外部端子１３３を抵抗発熱体１１２の表面に取り付けた。
（８）温度制御のための熱電対をポリイミドで封止し、セラミックヒータ１１０を得た。
（実施例１５）セラミックヒータの製造（レーザトリミングによる抵抗発熱体形成）
本実施例では、図１３に示す抵抗発熱体パターンを有するセラミックヒータを製造した。
（１）まず、窒化アルミニウム粉末（平均粒径：１．１μｍ）１００重量部、イットリア（平均粒径：０．４μｍ）４重量部、アクリルバインダ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。
（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）次に、この生成形体を１８００℃、圧力：２０ＭＰａでホットプレスし、厚さがほぼ３ｍｍ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１１１）とした。このセラミック基板にドリル加工を施し、シリコンウエハのリフターピン１３６を挿入する貫通孔１３５、熱電対を埋め込むための有底孔（図示せず）（直径：１．１ｍｍ、深さ：２ｍｍ）を形成した（図１６（ａ）参照）。
（４）上記（３）で得たセラミック基板１１１に、スクリーン印刷にて導体ペースト層１１２ｍを形成した。印刷パターンは、図１３の抵抗発熱体１１２の各回路となる抵抗発熱体１１２ａ〜１１２ｇを含むように面状に塗布された所定幅を有する同心円形状（円環形状）のパターンであった（図１６（ｂ）参照）。
上記導体ペーストとしては、銀ペーストであり、銀１００重量部に対して、酸化鉛：５重量％、酸化亜鉛：５５重量％、シリカ：１０重量％、酸化ホウ素：２５重量％およびアルミナ：５重量％からなる金属酸化物を７．５重量部含むものを使用した。また、銀粒子（昭栄化学社製　Ａｇ−５４０）は、平均粒径が４．５μｍのリン片状のものであった。
また、このときの導体ペーストの粘度は８０Ｐａ・ｓであった。
（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１１１を７８０℃で２０分間、加熱焼成して、導体ペースト中の銀を焼結させるとともにセラミック基板１１１に焼き付けた。
（６）次に、波長が１０６０ｎｍのＹＡＧレーザ（日本電気社製　Ｓ１４３ＡＬ　出力５Ｗ、パルス周波数設定範囲　０．１〜４０ｋＨｚ）を用い、レーザパルスの周波数を１．０ｋＨｚとしてトリミングを行った。
この装置は、Ｘ−Ｙステージ、ガルバノミラー、ＣＣＤカメラ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを備え、また、ステージとガルバノミラーを制御するコントローラを内蔵している。このコントローラは、コンピュータ（日本電気社製　ＦＣ−９８２１）に接続されている。また、上記コンピュータは、演算部と記憶部を兼ねるＣＰＵを有しているとともに、記憶部と入力部を兼ねるハードディスクと３．５インチＦＤドライブを有している。
なお、Ｘ−Ｙステージは、固定されたセラミック基板の中心軸Ａを中心として、任意の角度θだけ回転することができるようになっている。
このコンピュータにＦＤドライブから発熱体パターンデータを入力し、また、導体層の位置を読み取って（読み取りは、導体層の特定箇所またはセラミック基板に形成されたマーカを基準にする）、必要な制御データを演算し、セラミック基板１１１を回転させながら、導体ペースト層の発熱体パターン形成予定領域以外の部分にレーザ光を照射し、その部分の導体ペースト層を除去し、図１３に示すパターンを持つ抵抗発熱体１１２を形成した（図１６（ｃ）参照）。銀−鉛の抵抗発熱体は、厚さが５μｍ、幅２．４ｍｍ、面積抵抗率が７．７ｍΩ／□であった。
（７）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（６）で作製したセラミック基板１１１を浸漬し、銀−鉛の抵抗発熱体１１２の表面に厚さ１μｍの金属被覆層（ニッケル層）１１２０を析出させた。
（８）電源との接続を確保するための外部端子１３３を取り付ける部分に、スクリーン印刷により、銀−鉛半田ペースト（田中貴金属社製）を印刷して半田層を形成した。
次いで、半田層の上にコバール製の外部端子１３３を載置して、４２０℃で加熱リフローし、外部端子１３３を抵抗発熱体１１２の表面に取り付けた（図１６（ｄ）参照）。
（９）温度制御のための熱電対をポリイミドで封止し、セラミックヒータ１１０を得た。
（実施例１６）レーザトリミングによる抵抗発熱体の抵抗値の調整
実施例１４の工程（５）において、セラミック基板に塗布したＡｇ−Ｐｔペーストを焼き付けた後、Ａｌ２Ｏ３（平均粒径：１０μｍ）を用いたサンドブラスト処理を施し、表面を粗化したほかは、実施例１４と同様にし、セラミックヒータを製造した。
（実施例１７）レーザトリミングによる抵抗発熱体の抵抗値の調整
実施例１４の工程（５）において、セラミック基板に塗布したＡｇ−Ｐｔペーストを焼き付けた後、Ａｌ２Ｏ３（平均粒径：２０μｍ）を用いたサンドブラスト処理を施し、表面を粗化したほかは、実施例１４と同様にし、セラミックヒータを製造した。
（実施例１８）
平均粒径１．０μｍの炭化ケイ素を使用し、焼結温度を１９００℃とし、さらに得られたヒータ板の表面に、平均粒子径０．５μｍのガラス粉末（ほう珪酸ガラス）５０重量部、エチルアルコール２０重量部、ポリエチレングリコール５重量部からなるガラスペーストを塗布した後、１５００℃で２時間焼成して表面に厚さ１０μｍのＳｉＯ２層を形成したこと、および、アルミナ（平均粒径：０．０１μｍ）を使用した他は、実施例１４と同様にし、炭化ケイ素製のセラミックヒータを製造した。
（実施例１９）
平均粒径１．０μｍの炭化ケイ素を使用し、焼結温度を１９００℃とし、さらに得られたヒータ板の表面に、平均粒子径０．５μｍのガラス粉末５０重量部、エチルアルコール２０重量部、ポリエチレングリコール５重量部からなるガラスペースト（ほう珪酸ガラス）を塗布した後、１５００℃で２時間焼成して表面に厚さ１０μｍのＳｉＯ２層を形成したこと、および、アルミナ（平均粒径：０．０１μｍ）を使用した他は、実施例１４と同様にし、炭化ケイ素製のセラミックヒータを製造した。
（比較例５）レーザトリミングによる抵抗発熱体の抵抗値の調整
導体ペーストとして、以下の組成のものを使用し、加熱焼成して抵抗発熱体を形成したほかは、実施例１４と同様にしてセラミックヒータを製造した。
この導体ペーストは、Ａｇ−Ｐｔペーストで、その組成は実施例１４と同様であり、銀粒子（昭栄化学社製　Ａｇ−１２８）は、平均粒径が０．６μｍの球状のものであった。また、Ｐｔ粒子（昭栄化学社製　Ｐｄ−２１５）は、平均粒径０．６μｍの球状であった。
また、このときの導体ペーストの粘度は８０Ｐａ・ｓであった。
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１１１を８５０℃で２０分間、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１１１に焼き付けた。
（比較例６）セラミックヒータの製造（レーザトリミングによる抵抗発熱体形成）
導体ペーストとして、以下の組成のものを使用し、加熱焼成して抵抗発熱体を形成したほかは、実施例１５と同様にしてセラミックヒータを製造した。
上記導体ペーストは、銀ペーストであり、その組成は実施例１５と同様であった。また、銀粒子（昭栄化学社製　Ａｇ−１２８）は、平均粒径が０．６μｍの球状のものであった。
また、このときの導体ペーストの粘度は８０Ｐａ・ｓであった。
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１１１を７８０℃で２０分間、加熱焼成して、導体ペースト中の銀、鉛を焼結させるとともにセラミック基板１１１に焼き付けた。
評価方法
（１）導体層（抵抗発熱体）の表面粗度Ｒａの測定
上記実施例および比較例で形成されたセラミック基板上の抵抗発熱体（導体層）表面の面粗度Ｒａを、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１に準じた方法により、表面粗さ測定機（東京精密社製　サーフコム　９２０Ａ）を用いて測定した。その測定結果から得られた面粗度Ｒａを表１に示す。また、実施例１４および実施例１５の測定結果を示すチャートを、それぞれ図１７、図１８に示す。
（２）溝の形状の測定
実施例１４、１６、１７および比較例５では、セラミック基板上に抵抗発熱体を形成し、該抵抗発熱体の表面に溝を形成した後、その溝の幅および深さを測定した。また、実施例１５、比較例６では、セラミック基板上に導体層を形成した後、除去する部分の導体層に溝を形成し、その溝の幅および深さを測定した。
溝の幅および深さは、キーエンス社製　レーザ変位計を用いて測定した。その結果を表４に示した。
（３）加熱面の温度測定
上記実施例および比較例に係るセラミックヒータを３００℃に昇温した後、セラミック基板の加熱面の温度をサーモビュア（日本データム社製　ＩＲ−１６２０１２−００１２）により測定し、最低温度と最高温度との温度差を求めた。その結果を表４に示す。表４の温度差とは、最低温度と最高温度との温度差である。
（４）クラック発生の有無
実施例１４〜１９および比較例５、６のセラミックヒータについて、表面に平均粒子径０．５μｍのガラス粉末５０重量部、エチルアルコール２０重量部、ポリエチレングリコール５重量部からなるガラスペースト（ほう珪酸ガラス）を塗布した後、１５００℃に加熱して表面に厚さ１０μｍのガラス層を形成した。
これらのセラミックヒータをオーブンにて２００℃まで加熱し、ついで２５℃の水にそのまま浸漬してガラス層のクラックの発生を確認した。
実施例１４〜１８に係るセラミックヒータについては、クラックは確認されなかった。しかしながら、実施例１９および比較例５、６に係るセラミックヒータについては、クラックが発生した。
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表４に示す結果より明らかなように、実施例１４〜１９に係るセラミックヒータでは、面粗度Ｒａが０．０１μｍ以上である抵抗発熱体にレーザ光を照射し、トリミングを行って抵抗発熱体に溝を形成しているが、形成された溝は、設定通り、幅が５０μｍ、その深さが５．０μｍとなっている。従って、抵抗発熱体の抵抗値を精密に調整することができ、セラミック基板の加熱面の最高温度と最低温度との温度差が小さい。
実施例１５では、トリミングで抵抗発熱体を形成するものであるが、面粗度Ｒａが０．０１μｍ以上である導体層にレーザ光を照射し、トリミングを行っているので、正確なパターンが形成され、加熱面の最高温度と最低温度との温度差が小さい。
一方、比較例５に係るセラミックヒータでは、抵抗発熱体の面粗度Ｒａが０．０１μｍ未満であるため、表面が平坦すぎてレーザ光が反射され、トリミングにより溝が形成されず、抵抗発熱体の抵抗値の制御ができず、加熱面の最高温度と最低温度との温度差が大きくなりすぎて実用的でない。
また、比較例６に係るセラミックヒータでは、導体層の面粗度Ｒａが０．０１μｍ未満であるため、やはり表面が平坦すぎてレーザ光が反射され、トリミングにより溝が形成されず、設定通りのパターンの抵抗発熱体を形成することができず、除去すべき部分の導体層が残存し、その結果、セラミック基板の加熱面の最高温度と最低温度との温度差が大きくなりすぎる。
また、実施例に係るセラミックヒータのなかでは、実施例１９に係るセラミックヒータが、最も加熱面の最高温度と最低温度との温度差が大きかった。これは、面粗度が大きすぎるため、抵抗発熱体の抵抗値のばらつきが大きくなり、温度差が大きくなったと考えられる。
このように、実施例で得られたセラミックヒータは、面粗度Ｒａが０．０１μｍ以上である抵抗発熱体または導体層にレーザ光を照射し、トリミングを行なったので、レーザ光の反射により、抵抗発熱体または導体層のトリミングが不完全になることがなく、容易に精密なパターンを形成することができ、また、正確な幅の溝を形成することができた。
産業上利用の可能性
以上の説明のように、第一の本発明に係るセラミックヒータは、抵抗発熱体の抵抗変化率が小さく、充分な昇温、降温速度を有し、温度制御性に優れる。また、半導体製造装置内での反応性ガスに対する耐腐食性も優れ、しかも絶縁性被覆体が絶縁体であるため、抵抗発熱体の抵抗値を高くすることもでき、中温用、高温用のヒータとして使用することができる。
また、抵抗発熱体が形成された部分を含む所定の領域一帯に絶縁性被覆体を形成した場合には、上記した効果を奏するとともに、銀等の金属のマイグレーションを防止することができる。また、被覆が容易であるため、絶縁性被覆体を形成するコストを削減することができる。
また、第二の本発明のセラミックヒータの製造方法によれば、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１に基づく面粗度Ｒａが０．０１μｍ以上である抵抗発熱体にレーザ光を照射し、トリミングを行って抵抗発熱体の抵抗値を調整するので、レーザ光の反射を防止することができ、抵抗発熱体を設定通りにトリミングすることができる。これにより、抵抗発熱体の抵抗値を精密に調整することができる。
また、第三の本発明のセラミックヒータの製造方法によれば、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１に基づく面粗度Ｒａが０．０１μｍ以上である導体層にレーザ光を照射し、トリミングを行って所定パターンの抵抗発熱体を形成するので、レーザ光の反射を防止することができ、導体層の不要部分を設定通りにトリミングすることができる。これにより、精密なパターンを有し、加熱面の温度均一性に優れたセラミックヒータを得ることができる。
また、第四の本発明のセラミックヒータによれば、抵抗発熱体の表面の面粗度が大きいため、雰囲気気体を滞留させることができ、抵抗発熱体の溝や切欠の中の空気の流動を防止して、切欠や溝に起因する低温部位の発生を抑制することができる。したがって、加熱面の温度均一性をさらに向上させることができるのである。
【図面の簡単な説明】
図１は、第一の本発明に係るのセラミックヒータの一実施形態を模式的に示す底面図である。
図２は、図１に示したセラミックヒータの一部分を示す部分拡大断面図である。
図３は、第一の本発明に係るセラミックヒータの別の実施形態を模式的に示す底面図である。
図４は、図３に示したセラミックヒータの一部分を示す部分拡大断面図である。
図５は、第一の本発明に係るセラミックヒータのさらに別の実施形態を模式的に示す底面図である。
図６は、実施例１に係るセラミックヒータを構成する絶縁性被覆体の表面粗度の測定結果を示すグラフである。
図７は、実施例２に係るセラミックヒータを構成する絶縁性被覆体の表面粗度の測定結果を示すグラフである。
図８は、実施例３に係るセラミックヒータを構成する絶縁性被覆体の表面粗度の測定結果を示すグラフである。
図９は、実施例４に係るセラミックヒータを構成する絶縁性被覆体の表面粗度の測定結果を示すグラフである。
図１０は、実施例５に係るセラミックヒータを構成する絶縁性被覆体の表面粗度の測定結果を示すグラフである。
図１１は、第二および第三の本発明のセラミックヒータの製造方法に用いられる、レーザトリミング装置の概要を示すブロック図である。
図１２は、抵抗発熱体にトリミング処理を施した際に形成される溝を模式的に示す斜視図である。
図１３は、第二および第三の本発明のセラミックヒータの製造方法で製造され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１４は、図１３に示したセラミックヒータの部分拡大断面図である。
図１５は、第二および第三の本発明の製造方法で製造されるセラミックヒータの別の一例を模式的に示す平面図である。
図１６は、（ａ）〜（ｄ）は、第二および第三の本発明の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１７は、実施例１４に係るセラミックヒータに形成された抵抗発熱体の表面の面粗度を示すチャートである。
図１８は、実施例１５に係るセラミック基板上に形成された導体層表面の面粗度を示すチャートである。
符号の説明
１０、２０　セラミックヒータ
１１、２１　セラミック基板
１１ａ、２１ａ　加熱面
１１ｂ、２１ｂ　底面
１２、２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）　抵抗発熱体
１３、２３　外部端子
１４、２４　有底孔
１５、２５　貫通孔
１６　リフターピン
１７、２７（２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ）　絶縁性被覆体
１９　シリコンウエハ
１１０、１４０　セラミックヒータ
１１１、１４１　セラミック基板
１１１ａ　加熱面
１１１ｂ　底面
１１２（１１２ａ〜１１２ｇ）、１４２（１４２ａ〜１４２ｄ）　抵抗発熱体
１１２０　金属被覆層
１１３０　溝
１１０　レーザトリミングステージ
１１０ｂ　固定用突起
１１０ｃ　ステージ
１１２ｍ　導体層
１１４　レーザ照射装置
１１５　ガルバノミラー
１１６　モータ
１１７　制御部
１１８　記憶部
１１９　演算部
１２０　入力部
１２１　カメラ
１３３　外部端子
１３４、４４　有底孔
１３５、４５　貫通孔
１３６　リフターピン
１３９　シリコンウエハ
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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