JP2002170652A - セラミックヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被加熱物である半導体ウエハ等に撓みが発生
せず、半導体ウエハ等の全体を均一に加熱することがで
きるセラミックヒータを提供すること。 【解決手段】 円板形状のセラミック基板の表面または
内部に発熱体が形成され、前記セラミック基板には、被
加熱物を保持するための支持ピンが上記セラミック基板
の表面から突出した状態で設けられたセラミックヒータ
であって、前記支持ピンの数ｎと、前記セラミック基板
の半径ｒ（ｍｍ）とは、下記の（１）式の関係を満たす
ことを特徴とするセラミックヒータ。 ｎ≧ｒ^1.71×２．３２×１０^-4＋１・・・（１）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に、半導体ウエ
ハ等の加熱に用いられるセラミックヒータであって、該
半導体ウエハをセラミック基板の表面よりわずかに離間
した状態で保持する支持ピンを備えたセラミックヒータ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】エッチング装置や、化学的気相成長装置
等を含む半導体製造、検査装置等においては、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。しかしながら、金属製のヒ
ータでは温度制御特性が悪く、また厚みも厚くなるため
重く嵩張るという問題があり、腐食性ガスに対する耐蝕
性も悪いという問題を抱えていた。

【０００３】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、窒化アルミニウムな
どのセラミックを使用したヒータが開示されている。

【０００４】しかしながら、このようなヒータは、セラ
ミック基板に半導体ウエハ等の被加熱物を接触した状態
で載置させるものであり、セラミック基板表面の温度分
布が半導体ウエハに反映されてしまい、半導体ウエハ等
を均一に加熱することができなかった。また、半導体ウ
エハ等を均一に加熱するため、セラミック基板の表面温
度を均一にしようとすると、非常に複雑な制御が必要と
なり、温度の制御は容易ではなかった。

【０００５】そこで、セラミック基板に、該セラミック
基板の表面からわずかに突出する支持ピンを設け、この
支持ピンを介し、セラミック基板の表面から一定の距離
離間した状態で半導体ウエハを保持し、該半導体ウエハ
を加熱する方法を本出願人は、先に提案した。

【０００６】この支持ピンを用いる方法によると、半導
体ウエハをセラミック基板の表面から一定の距離離間し
た状態で保持するため、セラミック基板からの輻射や対
流により半導体ウエハが加熱されることになる。従っ
て、通常は、セラミック基板表面の温度分布が半導体ウ
エハに直接反映されず、半導体ウエハがより均一に加熱
され、半導体ウエハに温度分布が発生しにくい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな技術を用いて半導体ウエハを加熱しようとした際、
用いるセラミックヒータによっては、半導体ウエハを均
一に加熱することができない場合があるという問題があ
った。そこで、本発明者らは、半導体ウエハを均一に加
熱することができない原因について鋭意研究した結果、
支持ピンを設けているにも拘わらず、このような問題が
発生するのは、基板の大きさ（直径）に対応する適切な
個数の支持ピンがセラミック基板に設けられていないた
め、半導体ウエハに撓みが発生してしまい、その結果、
半導体ウエハとセラミック基板との距離が半導体ウエハ
の場所によって大きく異なることとなることに起因して
いるということを突き止めた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者らはさら
に検討を重ね、セラミック基板の表面または内部に発熱
体が形成されたセラミックヒータで、該セラミック基板
に支持ピンが設けられたものを用いて半導体ウエハを均
一に加熱しようとすると、セラミック基板の直径によっ
てセラミック基板に設ける支持ピンの数を変える必要が
あり、このセラミック基板の直径と支持ピンの適切な個
数との間には一定の関係式が成立することを見出し、本
発明を完成させるに至った。

【０００９】すなわち、本発明のセラミックヒータは、
円板形状のセラミック基板の表面または内部に発熱体が
形成され、上記セラミック基板には、被加熱物を保持す
るための支持ピンが上記セラミック基板の表面から突出
した状態で設けられたセラミックヒータであって、上記
支持ピンの数ｎと、上記セラミック基板の半径ｒ（ｍ
ｍ）とは、下記の（１）式の関係を満たすことを特徴と
するものである。 ｎ≧ｒ^1.71×２．３２×１０^-4＋１・・・（１）

【００１０】上記セラミックヒータによれば、セラミッ
ク基板に設けられた支持ピンの数ｎと上記セラミック基
板の半径ｒ（ｍｍ）とが、上記（１）式の関係を満たす
ので、支持ピン同士の間隔が広すぎることはなく、半導
体ウエハに撓みが発生することはない。その結果、半導
体ウエハとセラミック基板との距離がほぼ一定となり、
半導体ウエハの全体を均一に加熱することができる。な
お、支持ピンは、円板形状のセラミック基板の中心点に
対称に配置されることが望ましい。

【００１１】さらに、上記セラミックヒータでは、上記
支持ピンにより、半導体ウエハをセラミック基板の表面
（以下、上記支持ピンにより半導体ウエハを加熱する面
を加熱面という）から５〜５０００μｍ離間した状態で
保持することが望ましい。上記状態で保持することによ
り、セラミック基板の表面と半導体ウエハとの距離が適
当な間隔となり、半導体ウエハ全体の温度が均一にな
る。

【００１２】また、上記セラミックヒータでは、上記セ
ラミック基板に貫通孔が形成され、上記貫通孔に支持ピ
ンが挿入、固定されているか、または、上記セラミック
基板の表面に凹部が形成され、上記凹部に支持ピンが挿
入、固定されていることが望ましい。このような方法を
用いることにより、比較的容易に支持ピンをセラミック
基板に固定することができるからである。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明のセラミックヒータは、円
板形状のセラミック基板の表面または内部に発熱体が形
成され、上記セラミック基板には、被加熱物を保持する
ための支持ピンが上記セラミック基板の表面から突出し
た状態で設けられたセラミックヒータであって、上記支
持ピンの数ｎと、上記セラミック基板の半径ｒ（ｍｍ）
とは、下記の（１）式の関係を満たすことを特徴とする
ものである。 ｎ≧ｒ^1.71×２．３２×１０^-4＋１・・・（１）

【００１４】上記セラミックヒータによれば、セラミッ
ク基板に設けられた支持ピンの数ｎと上記セラミック基
板の半径ｒ（ｍｍ）とが、上記（１）式の関係を満たす
ため、支持ピンの数が充分にあり、支持ピン同士の間隔
が広すぎることはなく、半導体ウエハに撓みが発生する
ことはない。その結果、半導体ウエハとセラミック基板
との距離が一定となり、半導体ウエハの全体を均一に加
熱することができる。

【００１５】上記（１）式の関係を満たさないセラミッ
クヒータの場合、支持ピンの数が少ないため、支持ピン
同士の間隔が広すぎて、半導体ウエハに撓みが発生す
る。その結果、半導体ウエハとセラミック基板との距離
にばらつきが発生し、半導体ウエハの全体を均一に加熱
することが困難となる。

【００１６】本発明のセラミックヒータにおける、セラ
ミック基板に設けられた支持ピンの数ｎとセラミック基
板の直径ｒ（ｍｍ）との関係を示す上記（１）式につい
て、例を挙げて説明する。セラミック基板に支持ピンが
４個設けられたセラミックヒータについて考えてみる。

【００１７】まず、セラミック基板の直径ｒが２１０
（ｍｍ）の場合、この直径を上記（１）式に代入する
と、ｎ≧３．１７となる。すなわち、支持ピンの数は４
個以上あればよく、このセラミックヒータは上記（１）
式を満たすことになる。一方、セラミック基板の直径ｒ
が３００（ｍｍ）の場合、この直径を上記（１）式に代
入すると、ｎ≧４．９９となる。、すなわち、支持ピン
の数は５個以上必要であり、このセラミックヒータは上
記（１）式を満たさず、より多くの支持ピンを設ける必
要があることが分かる。

【００１８】このように、上記（１）式の関係を満たす
には、セラミック基板の直径が大きくなるにつれて、セ
ラミック基板に設ける支持ピンの数を増加させる必要が
あり、セラミック基板の直径が２１０（ｍｍ）のセラミ
ックヒータでは、４個以上の支持ピンが必要となり、セ
ラミック基板の直径が３００（ｍｍ）のセラミックヒー
タでは、５個以上の支持ピンが必要であるということに
なる。

【００１９】なお、セラミック基板に設けられる支持ピ
ンの数は、上述したように、セラミック基板の直径が２
１０（ｍｍ）のセラミックヒータでは、４個以上であ
り、セラミック基板の直径が３００（ｍｍ）のセラミッ
クヒータでは、５個以上であって、その上限は特に限定
されるものではない。しかし、製造工程の煩雑さを避
け、製造コストを抑え、また、加熱面の温度をより均一
にするという観点からいうと、セラミック基板に設ける
支持ピンは、セラミック基板の直径が２１０（ｍｍ）の
場合、８以下が望ましい。また、セラミック基板の直径
が３００（ｍｍ）の場合、１０以下が望ましい。

【００２０】図１は、本発明のセラミックヒータを模式
的に示した平面図である。また、図２（ａ）は、図１の
セラミックヒータを模式的に示した部分拡大断面図であ
り、（ｂ）は、図１のセラミックヒータにおいて、支持
ピンをセラミック基板に固定するために用いる金具を模
式的に示した斜視図である。なお、このセラミックヒー
タでは、セラミック基板の内部に発熱体が形成されてい
る。

【００２１】セラミックヒータ１０において、セラミッ
ク基板１１は円板状に形成されており、セラミックヒー
タ１０の加熱面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、同心円状
のパターンからなる発熱体１２が形成されている。

【００２２】発熱体１２の端部の直下には、スルーホー
ル１３ａが形成され、さらに、このスルーホール１３ａ
を露出させる袋孔１３ｂが底面１１ｂに形成され、袋孔
１３ｂには外部端子１３が挿入され、ろう材等（図示せ
ず）で接合されている。また、外部端子１３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。

【００２３】また、セラミック基板１１の中央に近い部
分には、半導体ウエハ３９の運搬等を行うリフターピン
１６を挿通するためのリフターピン用貫通孔１５が形成
され、さらに測温素子（図示せず）を挿入するための有
底孔１４が形成されている。

【００２４】セラミック基板１１の直径が２１０（ｍ
ｍ）であるとすると、上述のように、支持ピン１８は４
個以上必要であるが、このセラミックヒータ１０におい
ては、支持ピン１８は５個設けられており、この場合、
上記（１）式が成立し、半導体ウエハに撓みが発生する
ことがなく、半導体ウエハとセラミック基板との距離を
一定にすることができ、半導体ウエハの全体を均一に加
熱することが可能となる。

【００２５】すなわち、図１に示すように、支持ピン１
８は、セラミック基板１１の比較的外周部の発熱体非形
成領域で、セラミック基板の同心円の円周上となる部分
に４個と、セラミック基板１１の中心部に１個との計５
個設けられており、上記（１）式を満たす構成となって
いる。また、支持ピン１８は、半導体ウエハ３９に撓み
を発生させないため、セラミック基板１１上に概ね等間
隔となるように設けられている。なお、発熱体非形成領
域とは、発熱体１２の各回路が形成されていない帯状
（円環状）の領域である。

【００２６】支持ピン１８は、図２（ａ）に示すよう
に、セラミック基板１１上に形成された、互いに径の異
なる孔が連通した貫通孔（以下、支持ピン用貫通孔とい
う）１７に挿入され、図２（ｂ）に示すＣ字形状の金具
１９が嵌め込まれて、固定されている。

【００２７】また、図３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した底面図である。
また、図４（ａ）は、図３のセラミックヒータを模式的
に示した部分拡大断面図であり、（ｂ）は、図３のセラ
ミックヒータにおいて、支持ピンをセラミック基板に固
定する様子を模式的に示した斜視図である。なお、この
セラミックヒータでは、セラミック基板の表面に発熱体
が形成されている。

【００２８】セラミックヒータ２０において、セラミッ
ク基板２１は円板状に形成され、また、セラミック基板
２１の表面に、同心円状のパターンからなる発熱体２２
が形成されており、その両端に、入出力の端子となる外
部端子２３が金属被覆層２２０を介して接続されてい
る。

【００２９】また、セラミック基板２１の中央に近い部
分には、半導体ウエハ３９の運搬等を行うリフターピン
２６を挿通するためのリフターピン用貫通孔２５が形成
され、さらに測温素子（図示せず）を挿入するための有
底孔２４が形成されている。

【００３０】セラミック基板２１の直径が３００（ｍ
ｍ）であるとすると、上述のように、支持ピン２８は５
個以上必要であるが、このセラミックヒータ２０におい
ては、支持ピン２８は１１個設けられており、この場
合、上記（１）式が成立し、半導体ウエハに撓みが発生
することがなく、半導体ウエハとセラミック基板との距
離を一定にすることができ、半導体ウエハの全体を均一
に加熱することが可能となる。

【００３１】すなわち、図３に示すように、支持ピン２
８は、セラミック基板２１の比較的外周部となる領域
で、セラミック基板２１と同心円の円周上に６個と、そ
の内周となる同心円の円周上に４個と、セラミック基板
２１の中心部に１個との計１１個設けられており、上記
（１）式を満たす構成となっている。なお、半導体ウエ
ハ３９に撓みを発生させないため、同じ円周上の支持ピ
ンは等間隔であり、かつ、各円周および中心は等間隔と
なるように、支持ピン２８が設けられている。

【００３２】支持ピン２８は、図４（ａ）に示すよう
に、セラミック基板２１上に形成された、凹部２８に挿
入し、図４（ｂ）に示すＣ字形状のばね２９を、支持ピ
ン２８を囲み凹部２８に当接するように嵌め込んで固定
する。

【００３３】本発明のセラミックヒータでは、上記
（１）式を満たすように、セラミック基板に複数の支持
ピンが設けられているが、この支持ピンはセラミック基
板上に広く分散させ、かつ、等間隔に設けられているこ
とが望ましい。このような形態で支持ピンを設けること
により、半導体ウエハを加熱する際、半導体ウエハに撓
みが生じず、半導体ウエハとセラミック基板との距離が
均一となり、半導体ウエハを均一に加熱することができ
るからである。一方、支持ピンがセラミック基板上に偏
在している場合および／または不規則な間隔で設けられ
ている場合、支持ピン同士の間隔が広い箇所ができ、そ
の箇所において、半導体ウエハに撓みが発生し、その結
果、半導体ウエハとセラミック基板との距離が不均一と
なり、半導体ウエハを均一に加熱することが困難とな
る。

【００３４】上述した支持ピンの配置については、例え
ば、図１に示したように、セラミック基板の比較的外周
部となる領域で、セラミック基板と同心円の円周上に、
複数個の支持ピンを等間隔で設け、セラミック基板の中
心部に支持ピンを１個設ける配置、図３に示したよう
に、セラミック基板の比較的外周部となる領域で、セラ
ミック基板と同心円の円周上、および、その内周になる
同心円の円周上に、それぞれ複数個の支持ピンを等間隔
で設け、セラミック基板の中心部に支持ピンを１個設け
る配置等が挙げられる。

【００３５】また、支持ピンを支持ピン用貫通孔に設け
る場合、支持ピン用貫通孔は、発熱体が形成されていな
い領域において、発熱体から極力離れた位置に形成する
ことが望ましい。支持ピン用貫通孔を、発熱体と隣接し
て設けた場合、セラミック基板内において、均一な熱の
伝達を妨げるおそれがあるからである。

【００３６】本発明のセラミックヒータにおいて、支持
ピンは、セラミック基板の加熱面から同じ高さで突出し
ている。支持ピンの突出している高さが全て同じである
と、半導体ウエハを載置した際、半導体ウエハはセラミ
ック基板の加熱面と平行となり、また、全ての支持ピン
が半導体ウエハを支持するため、撓みが発生しない。そ
の結果、半導体ウエハとセラミック基板との距離が均一
となり、半導体ウエハを均一に加熱することが可能とな
る。一方、支持ピンの突出している高さが異なる場合、
半導体ウエハが傾いてしまい、また、高さの低い支持ピ
ンが半導体ウエハと接触せず、撓みが生じる。その結
果、半導体ウエハとセラミック基板との距離にばらつき
が発生し、半導体ウエハを均一に加熱することが困難と
なる。なお、セラミック基板に多少の反り等が発生して
いる場合には、その上に平面状の半導体ウエハを載置す
ることができるように、支持ピンの高さを調整してもよ
い。ただし、この場合には、半導体ウエハの温度が均一
になるように、抵抗発熱体の各回路の発熱量を調整する
必要がある。

【００３７】支持ピンがセラミック基板の加熱面から突
出する高さは、５〜５０００μｍであること、すなわ
ち、被加熱物をセラミック基板の加熱面から５〜５００
０μｍ離間した状態で保持することが望ましい。５μｍ
未満では、セラミック基板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になり、５０００μｍを超え
ると、半導体ウエハの温度が上昇しにくくなり、特に、
半導体ウエハ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５〜５
００μｍ離間することがより望ましく、２０〜２００μ
ｍ離間することが更に望ましい。

【００３８】本発明のセラミックヒータにおける支持ピ
ンは、図２に示すように、支持ピン用貫通孔に挿入、固
定するか、または、図４に示すように、凹部に挿入、固
定することが望ましい。なお、支持ピン用貫通孔と凹部
とを併用して設けてもよい。なお、図３に示すように、
凹部に支持ピンを設ける場合、凹部はセラミックヒータ
の加熱面に形成することになり、支持ピンと発熱体とは
互いに干渉する位置関係ではなくなるため、発熱体パタ
ーン、および、支持ピンの配置の自由度が大きくなる。
また、セラミック基板と半導体ウエハとを離間して保持
するため、支持ピンにかえて、セラミック基板の加熱面
に凸状体を設けることも可能である。その場合、凸状体
は、例えば、角錐状（三角錐、四角錐等）、円錐状等を
あげることができる。

【００３９】支持ピンを設ける支持ピン用貫通孔および
凹部の直径は１〜１００ｍｍが望ましく、２〜１０ｍｍ
がより望ましい。大きすぎるとクーリングスポットが発
生するからである。また、凹部の深さは、１．５ｍｍ以
上であることが望ましい。深さが１．５ｍｍ未満である
と、支持ピンが外れてしまうおそれがあるからである。

【００４０】図５（ａ）、（ｂ）は、本発明のセラミッ
クヒータにおいて、支持ピン用貫通孔に設ける支持ピン
を模式的に示した正面図である。

【００４１】図５（ａ）に示す支持ピン１８は、先端に
形成された半導体ウエハと接触する尖塔柱状（先端が円
錐でその下に円錐が形成された形状）の接触部１８４
と、接触部１８４の下に形成された接触部１８４よりも
大きな直径の嵌合部１８３と、嵌合部１８３の下に形成
された嵌合部１８３よりも直径の小さな柱状体１８１
と、柱状体１８１の下端に形成されたその直径が柱状体
１８１よりも大きい固定部１８２とが一体的に形成され
ているものである。また、図５（ｂ）に示す支持ピン３
８は、先端に形成された半導体ウエハと接触する半円球
を有する円柱の接触部３８４と、接触部３８４の下に形
成された接触部３８４よりも大きな直径の嵌合部３８３
と、嵌合部３８３の下に形成された嵌合部３８３よりも
直径の小さな柱状体３８１と、柱状体３８１の下端に形
成されたその直径が柱状体３８１よりも大きい固定部３
８２とが一体的に形成されているものである。

【００４２】支持ピン１８は、図２（ａ）に示すよう
に、セラミック基板１１に形成された、互いに直径の異
なる孔が連通した支持ピン用貫通孔１７に挿入され、相
対的に直径の大きな加熱面１１ａ側の貫通孔に嵌合部１
８３が嵌合され、一方、支持ピン１８の固定部１８２
は、セラミック基板１１の底面１１ｂから露出し、この
固定部１８２と底面１１ｂとの間に固定用のＣ字形状ま
たはＥ字形状のスナップリングと呼ばれる金具１９が嵌
め込まれて、固定されているため、支持ピン１９がセラ
ミック基板１１から脱落することはなく、確実に固定さ
れる。支持ピン３８についても、支持ピン１８と同様の
方法により、固定することができる。

【００４３】支持ピン１８は先端が尖塔状であり、ま
た、支持ピン３８は先端が半球状であるので、これらの
支持ピンが設けられたセラミック基板状に載置される半
導体ウエハと点接触となり、半導体ウエハに特異点（接
触部分の温度が高いホットスポットや温度が低いクーリ
ングスポット）ができない。

【００４４】図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明のセラミッ
クヒータにおいて、凹部に設ける支持ピンを模式的に示
した正面図である。

【００４５】図６（ａ）に示す支持ピン２８は、先端に
半導体ウエハと接触する円錐を有する柱状体２８１と、
柱状体２８１の下端に形成されたその直径が柱状体２８
１よりも大きい固定部２８２とが一体的に形成されてい
るものである。また、図６（ｂ）に示す支持ピン４８
は、先端に半導体ウエハと接触する半円球を有する柱状
体４８１と、柱状体４８１の下端に形成されたその直径
が柱状体４８１よりも大きい固定部４８２とが一体的に
形成されているものである。また、図６（ｃ）に示す支
持ピン５８は、先端に半導体ウエハと接触する円錐を有
する円柱状体である。

【００４６】支持ピン２８は、図４（ａ）、（ｂ）に示
すように、セラミック基板２１に凹部２７を設け、凹部
２７に支持ピン２８を挿入した後、Ｃ字形状のばね２９
を柱状体２８１を囲んだ状態で凹部２７の壁面に当接す
るように嵌め込んで固定する。Ｃ字形状のばね２９は、
図４（ｂ）に示すように外側に開こうとするため、凹部
２７に挿入すると凹部２７の内壁に当接して固着する。
一方支持ピン２８の固定部２８２はＣ字形状のばね２９
により押さえられるため、支持ピン２８を凹部２７内に
確実に固定することができる。なお、ばね２９は一つに
限らず、複数個用いてもよい。支持ピン４８について
も、支持ピン２８と同様の方法により、固定することが
できる。

【００４７】また、図４（ｃ）に示すように、固定部を
有さない支持ピン５８の場合、セラミック基板２１に形
成する凹部２７を、支持ピン５８と同じ径にして、金
具、ばね等を用いずに、嵌合し、固定することができ
る。

【００４８】図６に示す支持ピンは、図５と同様で、先
端が尖塔状または半球状であるので、これらの支持ピン
が設けられたセラミック基板状に載置される半導体ウエ
ハと点接触となり、半導体ウエハにホットスポット等が
できない。

【００４９】本発明のセラミックヒータにおいて、支持
ピンの形状は、図５、６に示すように、円柱および円錐
を基本とした形状であってもよく、円柱および半円球を
基本とした形状であってもよい。また、角柱および角錐
を基本とした形状、例えば、三角柱および三角錐を基本
とした形状、四角柱および四角錐を基本とした形状等で
あってもよく、特に限定されるものではない。

【００５０】また、支持ピンの先端は、例えば、円錐
状、角錐状（三角錐、四角錐等）、半円球状等であって
もよく、平面であってもよい。この中では、接触部分に
おけるホットスポット等の発生を防止する点から、半導
体ウエハと点接触になる、例えば、円錐状、半円球状、
角錐状等が望ましい。

【００５１】本発明のセラミックヒータにおける支持ピ
ンは、セラミック製であることが望ましく、ホットスポ
ット等の発生を防止する点から、熱伝導率が低い、アル
ミナ、シリカ等の酸化物セラミックであることが望まし
い。また、支持ピンを固定する、金具および／またはば
ねは、金属製、特にステンレス製、Ｎｉ合金等の錆びに
くいものが望ましい。

【００５２】また、本発明のセラミックヒータにおけ
る、セラミック基板の直径は、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、撓みの発
生しやすくなる大口径の半導体ウエハを載置することが
できるため、本発明の構成が有効に機能するからであ
る。。セラミック基板の直径は、特に１２インチ（３０
０ｍｍ）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。

【００５３】また、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、０．５ｍｍ以上であることが望
ましい。０．５ｍｍより薄いと、セラミック基板の強度
自体が低下するため破損しやすくなる。より望ましく
は、１．５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。

【００５４】本発明のセラミックヒータにおいて、セラ
ミック基板には、被加熱物を載置する加熱面の反対側か
ら、加熱面に向けて有底孔を設けるとともに、有底孔の
底を発熱体よりも相対的に加熱面に近く形成し、この有
底孔に熱電対等の測温素子（図示せず）を設けるとが望
ましい。

【００５５】また、有底孔の底と加熱面との距離は、
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、測温場所が発熱体よりも加熱
面に近くなり、より正確な半導体ウエハの温度の測定が
可能となるからである。

【００５６】有底孔の底と加熱面との距離が０．１ｍｍ
未満では、放熱してしまい、加熱面に温度分布が形成さ
れ、厚さの１／２を超えると、発熱体の温度の影響を受
けやすくなり、温度制御できなくなり、やはり加熱面に
温度分布が形成されてしまうからである。

【００５７】有底孔の直径は、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との
距離を均等にすることができなくなるからである。

【００５８】有底孔は、図１に示したように、セラミッ
ク基板の中心に対して対称で、かつ、十字を形成するよ
うに複数配列することが望ましい。これは、加熱面全体
の温度を測定することができるからである。

【００５９】上記測温素子としては、例えば、熱電対、
白金測温抵抗体、サーミスタ等が挙げられる。また、上
記熱電対としては、例えば、ＪＩＳ−Ｃ−１６０２（１
９８０）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。

【００６０】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。

【００６１】上記測温素子は、金ろう、銀ろうなどを使
用して、有底孔の底に接着してもよく、有底孔に挿入し
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。

【００６２】上記金ろうとしては、３７〜８０．５重量
％Ａｕ−６３〜１９．５重量％Ｃｕ合金、８１．５〜８
２．５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。

【００６３】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、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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】なお、セラミック基板として窒化物セラミ
ックまたは炭化物セラミック等を使用する際、必要によ
り、絶縁層を形成してもよい。窒化物セラミックは酸素
固溶等により、高温で体積抵抗値が低下しやすく、また
炭化物セラミックは特に高純度化しない限り導電性を有
しており、絶縁層を形成することにより、高温時あるい
は不純物を含有していても回路間の短絡を防止して温度
制御性を確保できるからである。

【００６８】上記絶縁層としては、酸化物セラミックが
望ましく、具体的には、シリカ、アルミナ、ムライト、
コージェライト、ベリリア等を使用することができる。
このような絶縁層としては、アルコキシドを加水分解重
合させたゾル溶液をセラミック基板にスピンコートして
乾燥、焼成を行ったり、スパッタリング、ＣＶＤ等で形
成してもよい。また、セラミック基板表面を酸化処理し
て酸化物層を設けてもよい。

【００６９】上記絶縁層は、０．１〜１０００μｍであ
ることが望ましい。０．１μｍ未満では、絶縁性を確保
できず、、１０００μｍを超えると発熱体からセラミッ
ク基板への熱伝導性を阻害してしまうからである。さら
に、上記絶縁層の体積抵抗率は、上記セラミック基板の
体積抵抗率の１０倍以上（同一測定温度）であることが
望ましい。１０倍未満では、回路の短絡を防止できない
からである。

【００７０】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。

【００７１】なお、上記セラミック基板は、明度がＪＩ
Ｓ Ｚ ８７２１の規定に基づく値でＮ４以下のもので
あることが望ましい。この程度の明度を有するものが輻
射熱量、隠蔽性に優れるからである。ここで、明度のＮ
は、理想的な黒の明度を０とし、理想的な白の明度を１
０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。

【００７２】発熱体を設ける場合は、セラミック基板の
表面（底面）に形成してもよく、セラミック基板の内部
に埋設してもよい。発熱体をセラミック基板の内部に形
成する場合は、上記発熱体は、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。

【００７３】発熱体をセラミック基板の内部に形成する
場合には、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
の層に発熱体が形成され、加熱面の上方から見ると、ど
の領域にもパターンが形成されている状態が望ましい。
このような構造としては、例えば、互いに千鳥の配置に
なっている構造が挙げられる。なお、発熱体をセラミッ
ク基板の内部に設け、かつ、その発熱体を一部露出させ
てもよい。

【００７４】また、セラミック基板の表面に発熱体を設
ける場合は、加熱面は発熱体形成面の反対側であること
が望ましい。セラミック基板が熱拡散の役割を果たすた
め、加熱面の温度均一性を向上させることができるから
である。

【００７５】発熱体をセラミック基板の表面に形成する
場合には、金属粒子を含む導体ペーストをセラミック基
板の表面に塗布して所定パターンの導体ペースト層を形
成した後、これを焼き付け、セラミック基板の表面で金
属粒子を焼結させる方法が好ましい。なお、金属の焼結
は、金属粒子同士および金属粒子とセラミックとが融着
していれば充分である。

【００７６】セラミック基板の内部に発熱体を形成する
場合には、その厚さは、１〜５０μｍが好ましい。ま
た、セラミック基板の表面に発熱体を形成する場合に
は、この発熱体の厚さは、１〜３０μｍが好ましく、１
〜１０μｍがより好ましい。

【００７７】また、セラミック基板１１の内部に発熱体
を形成する場合には、発熱体の幅は、５〜２０μｍが好
ましい。また、セラミック基板１１の表面に発熱体を形
成する場合には、発熱体の幅は、０．１〜２０ｍｍが好
ましく、０．１〜５ｍｍがより好ましい。

【００７８】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。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、発熱体を内部に設け
ると、加熱面と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、発熱体自体の幅を広げる必要
があること、内部に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、発熱体
は、上記した厚みや幅とすることが望ましい。

【００７９】発熱体の形成位置をこのように設定するこ
とにより、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。

【００８０】また、本発明のセラミックヒータにおける
発熱体のパターンとしては、図１に示した、同心円形状
のパターンに限らず、例えば、渦巻き状のパターン、偏
心円状のパターン、屈曲線の繰り返しパターン等も用い
ることができる。また、これらは併用してもよい。ま
た、最外周に形成された発熱体パターンを、円周方向に
分割されたパターンとすることで、温度が低下しやすい
セラミックヒータの最外周で細かい温度制御を行うこと
が可能となり、セラミックヒータの温度のばらつきを抑
えることが可能である。さらに、円周方向に分割された
発熱体のパターンは、セラミック基板の最外周に限ら
ず、その内部にも形成してもよい。

【００８１】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（発熱体
の幅／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、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。

【００８２】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、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発熱体の中央の直上部分が高温と
なってしまい、結局、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。

【００８３】発熱体をセラミック基板の表面に形成する
場合は、アスペクト比を１０〜２００、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２０
０〜５０００とすることが望ましい。

【００８４】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、
発熱体を内部に設けると、加熱面と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、発熱体自体
を偏平にする必要があるからである。

【００８５】また、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。

【００８６】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。

【００８７】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。０．１μ
ｍ未満と微細すぎると、酸化されやすく、一方、１００
μｍ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。

【００８８】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、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。

【００８９】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。

【００９０】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、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。

【００９１】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。

【００９２】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（Ｂ ₂ Ｏ₃ ）、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。

【００９３】これらの酸化物は、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。

【００９４】上記酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ
素（Ｂ₂ Ｏ₃ ）、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。

【００９５】また、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。

【００９６】また、発熱体を形成した際の面積抵抗率
は、１ｍΩ／□〜１０Ω／□が好ましい。面積抵抗率が
０．１ｍΩ／□未満であると、抵抗率が小さすぎ、発熱
量も小さくなるために発熱体として機能しにくくなり、
一方、面積抵抗率が１０Ω／□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
表面に発熱体を設けたセラミック基板では、その発熱量
を制御しにくいからである。発熱量の制御の点からは、
発熱体の面積抵抗率は、１〜５０ｍΩ／□がより好まし
い。ただし、面積抵抗率を大きくすると、パターン幅
（断面積）を広くすることができ、断線の問題が発生し
にくくなるため、場合によっては、５０ｍΩ／□とする
ことが好ましい場合もある。

【００９７】発熱体がセラミック基板２１の表面に形成
される場合には、発熱体の表面部分に、金属被覆層（図
４参照）２２０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２２０の厚さは、
０．１〜１０μｍが好ましい。

【００９８】金属被覆層２２０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、
ニッケルなどが挙げられる。これらは、単独で用いても
よく、２種以上を併用してもよい。これらのなかでは、
ニッケルが好ましい。

【００９９】発熱体１２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、半田を介して発熱体１２
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
外部端子１３が挙げられる。

【０１００】なお、発熱体をセラミック基板１１の内部
に形成する場合には、発熱体表面が酸化されることがな
いため、被覆は不要である。発熱体をセラミック基板１
１内部に形成する場合、発熱体の一部が表面に露出して
いてもよく、発熱体を接続するためのスルーホールが端
子部分に設けられ、このスルーホールに端子が接続、固
定されていてもよい。

【０１０１】接続端子を接続する場合、半田としては、
銀−鉛、鉛−スズ、ビスマス−スズなどの合金を使用す
ることができる。なお、半田層の厚さは、０．１〜５０
μｍ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。

【０１０２】次に、本発明のセラミックヒータの製造方
法について説明する。まず、セラミック基板１１の内部
に発熱体１２が形成されたセラミックヒータ（図１、２
参照）の製造方法について、図７に基づいて説明する。

【０１０３】（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
グリーンシート５０を作製する。

【０１０４】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。

【０１０５】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。

【０１０６】（２）グリーンシート上に導体ペーストを
印刷する工程 グリーンシート５０上に、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、導体ペースト層１２０を形成し、貫通孔に
スルーホール１３ａ用の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。

【０１０７】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。

【０１０８】(3) グリーンシートの積層工程 導体ペーストを印刷していないグリーンシート５０を、
導体ペーストを印刷したグリーンシート５０の上下に積
層する（図７（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５０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。

【０１０９】(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。

【０１１０】得られた焼結体に、サンドブラスト等のブ
ラスト処理を実施し、支持ピン１８を設ける支持ピン用
貫通孔１７を形成する（図７（ｂ）参照）。このとき、
セラミックヒータに設ける支持ピンの数ｎと、セラミッ
ク基板の半径ｒ（ｍｍ）との間に、下記の（１）式の関
係が成り立つように、支持ピン用貫通孔１７を形成す
る。 ｎ≧ｒ^1.71×２．３２×１０^-4＋１・・・（１）

【０１１１】また、支持ピン用貫通孔１７は、支持ピン
１８をセラミック基板１１上に広く分散させ、かつ、等
間隔に配置するように形成する。その配置としては、例
えば、図１および図３に示したように、セラミック基板
と同心円の円周上に、複数個の支持ピンを等間隔で設
け、セラミック基板の中心部に支持ピンを１個設ける配
置を挙げることができる。これにより、半導体ウエハを
加熱する際、半導体ウエハに撓みが生じず、半導体ウエ
ハとセラミック基板との距離が均一となるため、半導体
ウエハを均一に加熱することができる。なお、支持ピン
用貫通孔１７は、発熱体から離れた位置に設けることが
望ましい。

【０１１２】次に、得られた焼結体に、半導体ウエハ３
９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、熱電対などの測温素子を埋め込む
ための有底孔１４、発熱体１２を外部端子１３と接続す
るためのスルーホール１３ａ等を形成する。（図７
（ｃ）参照）

【０１１３】上述の有底孔および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。

【０１１４】なお、貫通孔および有底孔は、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、内部の発熱体１２と接続
するためのスルーホール１３ａに外部端子１３を接続
し、加熱してリフローする。加熱温度は、２００〜５０
０℃が好適である。

【０１１５】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する。支持ピン
用貫通孔１７に支持ピン１８を挿入し、金具１９を用い
て固定し、セラミックヒータ１０の製造を終了する（図
７（ｄ）参照）。

【０１１６】なお、上記製造方法では、セラミック基板
１１に支持ピン用貫通孔１７を設け、支持ピン１８を設
置したが、図８に示すように、セラミック基板表面に凹
部を設け、該凹部に支持ピン２８を設置してもよい。

【０１１７】次に、セラミック基板２１の底面に発熱体
２２が形成されたセラミックヒータ２０（図３、４参
照）の製造方法について、図８に基づいて説明する。

【０１１８】(1) セラミック基板の作製工程 上述した窒化アルミニウムや炭化珪素などの窒化物等の
セラミックの粉末に必要に応じてイットリア（Ｙ₂ Ｏ
₃ ）やＢ₄ Ｃ等の焼結助剤、Ｎａ、Ｃａを含む化合物、
バインダ等を配合してスラリーを調製した後、このスラ
リーをスプレードライ等の方法で顆粒状にし、この顆粒
を金型に入れて加圧することにより板状などに成形し、
生成形体（グリーン）を作製する。

【０１１９】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２１を作
製するが、焼成後にそのまま使用することができる形状
としてもよい。加圧しながら加熱、焼成を行うことによ
り、気孔のないセラミック基板２１を製造することが可
能となる。加熱、焼成は、焼結温度以上であればよい
が、窒化物セラミックや炭化物セラミックでは、１００
０〜２５００℃である。また、酸化物セラミックでは、
１５００℃〜２０００℃である。

【０１２０】得られたセラミック基板２１にサンドブラ
スト等のブラスト処理を実施し、凹部２７を形成する。
このとき、セラミックヒータに設ける支持ピンの数ｎ
と、セラミック基板の半径ｒ（ｍｍ）との間に、下記の
（１）式の関係が成り立つように、凹部２７を形成す
る。 ｎ≧ｒ^1.71×２．３２×１０^-4＋１・・・（１） また、凹部２７は、支持ピン２８をセラミック基板２１
上に広く分散させ、かつ、等間隔に配置するように形成
する。

【０１２１】さらに、ドリル加工を実施し、半導体ウエ
ハ３９を支持するためのリフターピン２６を挿入するリ
フターピン用貫通孔２５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２４となる部分を形成す
る。（図８（ａ）参照）。

【０１２２】(2) セラミック基板に導体ペーストを印刷
する工程 導体ペーストは、一般に、金属粒子、樹脂、溶剤からな
る粘度の高い流動物である。この導体ペーストをスクリ
ーン印刷などを用い、発熱体２２を設けようとする部分
に印刷することにより、導体ペースト層を形成する。導
体ペースト層は、焼成後の発熱体２２の断面が、方形
で、偏平な形状となるように形成することが望ましい。

【０１２３】(3) 導体ペーストの焼成 セラミック基板の底面２１ｂ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２１の底面に焼き付
け、発熱体２２を形成する（図８（ｂ）参照）。加熱焼
成の温度は、５００〜１０００℃が好ましい。導体ペー
スト中に上述した酸化物を添加しておくと、金属粒子、
セラミック基板および酸化物が焼結して一体化するた
め、発熱体２２とセラミック基板２１との密着性が向上
する。

【０１２４】(4) 金属被覆層の形成 次に、発熱体２２表面に、金属被覆層２２０を形成する
（図８（ｃ）参照）。金属被覆層２２０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。る部分に印刷を行うことにより、導体ペース
ト層を形成する。導体ペースト層は、焼成後の発熱体２
２の断面が、方形で、偏平な形状となるように形成する
ことが望ましい。

【０１２５】(5) 端子等の取り付け 発熱体２２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２３）を半田で取り付ける。また、有底孔
２４に銀ろう、金ろうなどで熱電対（図示せず）を固定
し、ポリイミド等の耐熱樹脂で封止する。また、凹部２
７に支持ピン２８を挿入し、ばね２９を用いて固定し、
セラミックヒータ２０の製造を終了する（図８（ｄ）参
照）。

【０１２６】なお、上記製造方法では、セラミック基板
２１に凹部２７を設け、支持ピン２８を設置したが、図
７に示すように、セラミック基板に貫通孔を設け、該貫
通孔に支持ピン１８を設置してもよい。

【０１２７】

【実施例】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、２および図７参照）の製造 （１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径
０．６μｍ）１００重量部、アルミナ４重量部、アクリ
ル系樹脂バインダ１１．５重量部、分散剤０．５重量部
および１−ブタノールとエタノールとからなるアルコー
ル５３重量部を混合したペーストを用い、ドクターブレ
ード法により成形を行って、厚さ０．４７ｍｍのグリー
ンシート５０を作製した。

【０１２８】（２）次に、このグリーンシート５０を８
０℃で５時間乾燥させた後、スルーホール１３ａとなる
部分をパンチングにより設けた。

【０１２９】（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。

【０１３０】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、発熱体用の導体ペースト層１
２０を形成した。印刷パターンは、図３に示すような同
心円状のパターンとした。さらに、外部端子１３を接続
するためのスルーホール１３ａとなる部分に導体ペース
トＢを充填し、充填層１３０を形成した。

【０１３１】上記処理の終わったグリーンシート５０
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５０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７（ａ）参照）。

【０１３２】（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１５Ｍ
Ｐａで１０時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍのセラミッ
ク板状体を得た。これを２１０ｍｍの円板状に切り出
し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの発熱体１２を有す
るセラミック板状体とした。

【０１３３】（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、加熱面
１１ａ側の直径５ｍｍ、底面側の直径３ｍｍである連通
した支持ピン用貫通孔１７を５個形成した。

【０１３４】これは、セラミックヒータ１０に設ける支
持ピン１８の数ｎと、セラミック基板１１の半径ｒ（ｍ
ｍ）との間に、下記の（１）式の関係が成り立つように
設定した値である。 ｎ≧ｒ^1.71×２．３２×１０^-4＋１・・・（１） ちなみに、本実施例では、ｎ≧３．１７である。また、
その配置は、図１に示すように、セラミック基板と同心
円の円周上に、４個の支持ピンを等間隔で設け、セラミ
ック基板の中心部に支持ピンを１個設ける配置であっ
た。

【０１３５】また、底面には、熱電対を挿入するための
有底孔１４を形成した。さらに、半導体ウエハを運搬等
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。（図７（ｂ）参照）

【０１３６】（６）次に、スルーホール１３ａが形成さ
れている部分をえぐりとって袋孔１３ｂとし（図７
（ｃ）参照）、この袋孔１３ｂ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１３を接続させた（図７（ｄ）参照）。

【０１３７】（７）温度制御のための熱電対（図示せ
ず）を有底孔１４に埋め込んだ。また、支持ピン用貫通
孔１７に、図５（ａ）に示す形状のアルミナ製の支持ピ
ン１８を嵌め込んだ。この支持ピン１８は、嵌合部１８
３の直径が４．５ｍｍ、固定部１８２の直径が３ｍｍ、
長さが約６．１ｍｍであり、セラミック基板１１の底面
１１ｂから固定部１８２が露出するように構成されてい
る。この固定部１８２とセラミック基板１１の底面１１
ｂとの間にステンレス製のＣ字形状の金具１９を嵌め込
んで固定した。この支持ピン１８は、加熱面１１ａから
１００μｍ突出していた。以上により、本発明のセラミ
ックヒータ１０の製造を終了した。

【０１３８】（実施例２） セラミックヒータ（図３、４および図８参照）の製造 （１）窒化アルミニウム粉末（平均粒径：０．６μｍ）
１００重量部、イットリア（平均粒径：０．４μｍ）４
重量部、アクリルバインダ１２重量部およびアルコール
からなる組成物のスプレードライを行い、顆粒状の粉末
を作製した。

【０１３９】（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。

【０１４０】（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３００ｍｍ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２１）とした。このセラミック基板
２１にドリル加工を施し、シリコンウエハのリフターピ
ン２６を挿入する貫通孔２５、熱電対を埋め込むための
有底孔２４を形成した。

【０１４１】さらに、セラミック基板の上側（加熱面）
にマスクを載置し、ＳｉＣ粒子等によるブラスト処理に
より、直径３ｍｍ、深さ２ｍｍの凹部２８を１１個形成
した（図８（ａ）参照）。これは、セラミックヒータ２
０に設ける支持ピン２８の数ｎと、セラミック基板２１
の半径ｒ（ｍｍ）との間に、下記の（１）式の関係が成
り立つように設定した値である。 ｎ≧ｒ^1.71×２．３２×１０^-4＋１・・・（１） ちなみに、本実施例では、ｎ≧４．９９である。また、
その配置は、図３に示すように、セラミック基板と同心
円の比較的外周側の円周上に、６個の支持ピンを等間隔
で設け、その内周の円周上に、４個の支持ピンを等間隔
で設けセラミック基板の中心部に支持ピンを１個設ける
配置であった。

【０１４２】（４）上記（３）で得たセラミック基板２
１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３に示す同心円状のパターンとし
た。上記導体ペーストとしては、Ａｇ４８重量％、Ｐｔ
２１重量％、ＳｉＯ₂ １．０重量％、Ｂ₂ Ｏ₃ １．２重
量％、ＺｎＯ４．１重量％、ＰｂＯ３．４重量％、酢酸
エチル３．４重量％、ブチルカルビトール１７．９重量
％からなる組成のものを使用した。この導体ペースト
は、Ａｇ−Ｐｔペーストであり、銀粒子は、平均粒径が
４．５μｍで、リン片状のものであった。また、Ｐｔ粒
子は、平均粒子径０．５μｍの球状であった。

【０１４３】（５）さらに、導体ペースト層を形成した
後、セラミック基板２１を７８０℃で加熱、焼成して、
導体ペースト中のＡｇ、Ｐｔを焼結させるとともにセラ
ミック基板２１に焼き付け、発熱体２２を形成した（図
８（ｂ）参照）。発熱体２２は、厚さが５μｍ、幅が
２．４ｍｍ、面積抵抗率が７．７ｍΩ／□であった。

【０１４４】（６）硫酸ニッケル８０ｇ／ｌ、次亜リン
酸ナトリウム２４ｇ／ｌ、酢酸ナトリウム１２ｇ／ｌ、
ほう酸８ｇ／ｌ、塩化アンモニウム６ｇ／ｌの濃度の水
溶液からなる無電解ニッケルめっき浴に上記（５）で作
製したセラミック基板２１を浸漬し、銀−鉛の発熱体２
２の表面に厚さ１μｍの金属被覆層（ニッケル層）２２
０を析出させた（図８（ｃ）参照）。

【０１４５】（７）次に、電源との接続を確保するため
の外部端子２３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（図示せず）を形成した。次いで、半田層の上
にコバール製の外部端子２３を載置して、４２０℃で加
熱リフローし、外部端子２３を発熱体２２の表面に取り
付けた。（図８（ｄ）参照）

【０１４６】（８）有底孔２４に温度制御のための熱電
対（図示せず）をポリイミドで封止した。また、凹部２
７に、図６（ａ）に示す形状のアルミナ製の支持ピン２
８を嵌め込んだ。この支持ピン２８は、柱状部２８１の
直径が２ｍｍ、固定部２８２の直径が３ｍｍ、長さが約
３．１ｍｍであった。さらに、この凹部２７にＣ字形状
のステンレス製のばね２９を嵌め込んで、支持ピン２８
を固定した。この支持ピン２８は、加熱面２１ａから１
００μｍ突出していた。以上により、本発明のセラミッ
クヒータ２０の製造を終了した。

【０１４７】（実施例３）セラミックヒータの製造 支持ピン用貫通孔１７を１１個形成した以外は、実施例
１と同様にして、セラミックヒータを製造した。これ
は、セラミックヒータに設ける支持ピン１８の数ｎと、
セラミック基板１１の半径ｒ（ｍｍ）との間に、下記の
（１）式の関係が成り立つように設定した値である。 ｎ≧ｒ^1.71×２．３２×１０^-4＋１・・・（１） また、その配置は、セラミック基板と同心円の比較的外
周側の円周上に６個、その内周に４個の支持ピンをそれ
ぞれ等間隔で設け、セラミック基板の中心部に支持ピン
を１個設ける配置であった。なお、支持ピン１８は、加
熱面１１ａから４００μｍ突出していた。

【０１４８】（実施例４）セラミックヒータの製造 凹部２７を１９個形成した以外は、実施例２と同様にし
て、セラミックヒータを製造した。これは、セラミック
ヒータに設ける支持ピン２８の数ｎと、セラミック基板
２１の半径ｒ（ｍｍ）との間に、下記の（１）式の関係
が成り立つように設定した値である。 ｎ≧ｒ^1.71×２．３２×１０^-4＋１・・・（１） なお、その配置は、図３に示した配置における、外周の
６個の支持ピンから、さらに外周に８個の支持ピンを等
間隔で設ける配置であった。また、支持ピンは、加熱面
から４００μｍ突出していた。

【０１４９】（実施例５）セラミックヒータの製造 支持ピンがセラミック基板の加熱面から３μｍ突出する
ように、用いる支持ピンを変更した以外は、実施例１と
同様の方法により、セラミックヒータを製造した。

【０１５０】（実施例６）セラミックヒータの製造 支持ピンがセラミック基板の加熱面から６０００μｍ突
出するように、用いる支持ピンを変更した以外は、実施
例２と同様の方法により、セラミックヒータを製造し
た。

【０１５１】（比較例１）セラミックヒータの製造 支持ピン用貫通孔１７を３個形成した以外は、実施例１
と同様にして、セラミックヒータを製造した。これは、
セラミックヒータに設ける支持ピン１８の数ｎと、セラ
ミック基板１１の半径ｒ（ｍｍ）との間に、下記の
（１）式の関係が成り立たないように設定した値であ
る。 ｎ≧ｒ^1.71×２．３２×１０^-4＋１・・・（１） また、その配置は、セラミック基板と同心円の円周上に
支持ピンを３個等間隔で設ける配置であった。

【０１５２】（比較例２）セラミックヒータの製造 凹部２７を４個形成した以外は、実施例２と同様にし
て、セラミックヒータを製造した。これは、セラミック
ヒータに設ける支持ピン２８の数ｎと、セラミック基板
２１の半径ｒ（ｍｍ）との間に、下記の（１）式の関係
が成り立たないように設定した値である。 ｎ≧ｒ^1.71×２．３２×１０^-4＋１・・・（１） なお、その配置は、セラミック基板と同心円の円周上に
支持ピンを３個等間隔で設け、セラミック基板の中心部
に支持ピンを１個設ける配置であった。

【０１５３】実施例１〜６および比較例１〜２に係るセ
ラミックヒータに、シリコンウエハを載置し、通電する
ことにより、３００℃まで昇温し、下記の方法により評
価した。

【０１５４】評価方法 （１）過渡時面内温度均一性 室温〜３００℃まで昇温した時のシリコンウエハの最高
温度と最低温度とをサーモビュア（日本データム社製
ＩＲ−１６−２０１２−００１２）により測定した。過
渡時面内温度均一性は、昇温時における最高温度と最低
温度との差の最大値で示す。その結果を表１に示す。

【０１５５】（２）定常時面内温度均一性 セラミックヒータを３００℃まで昇温した後、サーモビ
ュア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。その結果を表１に示す。

【０１５６】

【表１】

【０１５７】表１に示すように、実施例に係るセラミッ
クヒータは、いずれも過渡時および定常時において、シ
リコンウエハの面内温度分布が小さかった。これは、実
施例に係るセラミックヒータが、セラミック基板に設け
た支持ピンの個数ｎとセラミック基板の直径ｒ（ｍｍ）
との関係を示す下記（１）式を満たすように、支持ピン
が形成されていたためであり、その結果、シリコンウエ
ハに撓みが生じず、シリコンウエハとセラミック基板と
の距離が均一になり、シリコンウエハを均一に加熱する
ことができたと考えられる。 ｎ≧ｒ^1.71×２．３２×１０^-4＋１・・・（１）

【０１５８】一方、比較例に係るセラミックヒータは、
実施例に係るセラミックヒータと比べて、過渡時および
定常時の面内温度分布が大きかった。これは、比較例に
係るセラミックヒータが、セラミック基板に設けた支持
ピンの個数ｎとセラミック基板の直径ｒ（ｍｍ）との関
係を示す上記（１）式を満たすように、支持ピンが形成
されていなかったためであり、その結果、シリコンウエ
ハに撓みが生じ、シリコンウエハとセラミック基板との
距離にばらつきが発生し、シリコンウエハを均一に加熱
することができなかったと考えられる。

【０１５９】実施例１に係るセラミックヒータは、実施
例５に係るセラミックヒータより、面内温度分布が小さ
く、実施例２に係るセラミックヒータは、実施例６に係
るセラミックヒータより、面内温度分布が小さかった。
これは、実施例１および２に係るセラミックヒータは、
支持ピンのセラミック基板から突出する高さが好適な範
囲内、すなわち、５〜５０００μｍであったため、シリ
コンウエハを均一に加熱することができたのに対し、実
施例５に係るセラミックヒータは、シリコンウエハとセ
ラミック基板との距離が近すぎるため、セラミック基板
の温度分布の影響をうけてシリコンウエハの温度が不均
一になり、また、実施例６に係るセラミックヒータは、
シリコンウエハとセラミック基板との距離が遠すぎるた
め、シリコンウエハの温度が上昇しにくくなり、特に、
シリコンウエハの外周部の温度が低くなってしまったた
めであると考えられる。

【０１６０】実施例１〜４に係るセラミックヒータは、
面内温度分布に大きな差異は見られなかった。これは、
上記（１）式を満たしていれば、シリコンウエハの撓み
は充分に防止することができ、セラミック基板に設ける
支持ピンを過剰に増やしても、あまり本発明の効果の向
上に繋がらないためであると考えられる。

【０１６１】

【発明の効果】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、半導体ウエハとセラミック基板との
距離を均一にして保持することができるため、半導体ウ
エハの撓みが発生せず、半導体ウエハの全体を均一に加
熱することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミックヒータを模式的に示す底面
図である。

【図２】（ａ）は、図１に示したセラミックヒータの部
分拡大断面図であり、（ｂ）は、本発明のセラミックヒ
ータに設ける支持ピンを固定するために用いる金具であ
る。

【図３】本発明のセラミックヒータを模式的に示す底面
図である。

【図４】（ａ）は、図３に示したセラミックヒータの部
分拡大断面図であり、（ｂ）は、本発明のセラミックヒ
ータに設ける支持ピンを固定する様子を模式的に示す斜
視図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）は本発明の支持ピンを模式的に
示す正面図である。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は本発明の支持ピンを模式的に
示す正面図である。

【図７】（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８】（ａ）〜（ｄ）は、図３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。

【符号の説明】

１０、２０ セラミックヒータ １１、２１、６１ セラミック基板 １１ａ、２１ａ、６１ａ 加熱面 １１ｂ、２１ｂ、６１ｂ 底面 １２、２２、６２ 発熱体 １３０ 導体ペースト層 １３、２３、６３ 外部端子 １３ａ、６３ａ スルーホール １３ｂ、６３ｂ 袋孔 １４、２４ 有底孔 １５、２５、６５ リフターピン用貫通孔 １６、２６、６６ リフターピン １７、６７ 支持ピン用貫通孔 １８、２８、３８、４８、５８ 支持ピン １８１、２８１、３８１、４８１ 柱状部 １８２、２８２、３８２、４８２ 固定部 １８３ 嵌合部 １８４ 接触部 １９ 金具 ２２０ 金属被覆層 ２９ ばね ３９ 半導体ウエハ ５０ グリーンシート ６０ 静電チャック ６８ 静電電極層 ６９ セラミック誘電体膜

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K034 AA02 AA21 AA22 AA34 BB06 BB14 BC04 BC12 BC16 BC29 CA15 DA04 DA08 EA06 EA07 GA10 HA01 HA10 JA02 3K092 PP20 QA05 QB02 QB17 QB44 QB45 QB69 QB74 QB76 QC02 QC32 QC43 QC49 QC52 QC58 RF03 RF11 RF17 RF22 RF26 TT08 UA05 UA17 UA18 VV22

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円板形状のセラミック基板の表面または
   内部に発熱体が形成され、前記セラミック基板には、被
   加熱物を保持するための支持ピンが上記セラミック基板
   の表面から突出した状態で設けられたセラミックヒータ
   であって、前記支持ピンの数ｎと、前記セラミック基板
   の半径ｒ（ｍｍ）とは、下記の（１）式の関係を満たす
   ことを特徴とするセラミックヒータ。 ｎ≧ｒ^1.71×２．３２×１０^-4＋１・・・（１）
2. 【請求項２】 前記支持ピンにより、被加熱物をセラミ
   ック基板の加熱面から５〜５０００μｍ離間した状態で
   保持する請求項１または２に記載のセラミックヒータ。
3. 【請求項３】 前記セラミック基板には貫通孔が形成さ
   れ、前記貫通孔に支持ピンが挿入、固定されてなる請求
   項１または２に記載のセラミックヒータ。
4. 【請求項４】 前記セラミック基板の表面には凹部が形
   成され、前記凹部に支持ピンが挿入、固定されてなる１
   または２に記載のセラミックヒータ。