JP2003217801A

JP2003217801A - セラミックヒータおよび支持ピン

Info

Publication number: JP2003217801A
Application number: JP2002293687A
Authority: JP
Inventors: Yasuji Hiramatsu; 靖二平松; Yasutaka Ito; 康隆伊藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 2002-10-07
Publication date: 2003-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体ウエハとセラミック基板の加熱面との
距離を常に一定にすることができ、半導体ウエハを均一
な温度で加熱することができ、また半導体ウエハの汚染
も防止することができ、支持ピンの脱落などがないセラ
ミックヒータを提供すること。【解決手段】その表面または内部に発熱体が形成され
たセラミック基板を有するセラミックヒータにおいて、
前記半導体ウエハを前記セラミック基板の表面から離間
して保持し、加熱することができるように構成されてい
ることを特徴とするセラミックヒータ。

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、シリコンウ
エハ等の加熱に用いられるセラミックヒータ（半導体ウ
エハ加熱装置）および該セラミックヒータ（半導体ウエ
ハ加熱装置）を構成するセラミック基板に使用される支
持ピンに関する。

【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】

【発明が解決しようとする課題】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い。

【０００５】本発明の目的は、上述した従来技術が抱え
ている問題点を解決することにあり、特に１００℃以上
の温度領域で半導体ウエハ等の被加熱物の全体を均一に
加熱することができるセラミックヒータおよび該セラミ
ックヒータに使用され、被加熱物を支持する支持ピンを
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体ウエハ
等の被加熱物を加熱するために用いるセラミックヒータ
（加熱装置）である。第一の本発明は、その表面または
内部に発熱体が形成されたセラミック基板を有するセラ
ミックヒータにおいて、半導体ウエハ等の被加熱物を上
記セラミック基板の表面から離間して保持し、加熱する
ことができるように構成されていることを特徴とするセ
ラミックヒータ（半導体ウエハ加熱装置）である。

【０００７】第二の本発明は、その表面または内部に発
熱体が形成されたセラミック基板を有するセラミックヒ
ータにおいて、上記セラミック基板の発熱体が形成され
ていない面、または、上記セラミック基板の一面を加熱
面とし、半導体ウエハ等の被加熱物を上記加熱面から離
間して保持し、加熱することができるように構成されて
いることを特徴とするセラミックヒータである。

【０００８】上記セラミックヒータにおいて、上記セラ
ミック基板には、半導体ウエハ等の被加熱物を保持する
ための支持ピンを挿通させる貫通孔が形成されてなるこ
とが望ましく、上記半導体ウエハを上記セラミック基板
の表面または加熱面から５〜５０００μｍ離間して加熱
することが望ましい。

【０００９】また、上記セラミックヒータにおいて、上
記セラミック基板の表面には、凸状体が形成されてなる
ことが望ましく、そのためには、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
されることにより上記セラミック基板の表面に凸状体が
形成されているか、または、上記セラミック基板の加熱
面に凹部が形成され、上記凹部に支持ピンが挿入、固定
されることにより上記セラミック基板の表面に凸状体ま
たは凸状部が形成されていることが望ましい。凸状体
は、被加熱物と点接触となるような尖頭状か球状が好ま
しい。また、支持ピンの先端も尖頭状または半球状が好
ましい。

【００１０】第三の本発明は、先端部分に形成された接
触部と、上記接触部の下に形成された上記接触部よりも
大きな直径の嵌合部と、該嵌合部の下に形成された上記
嵌合部よりも直径の小さな柱状体と、該柱状体の下端に
形成されたその直径が柱状体よりも大きい固定部とが一
体的に形成されてなることを特徴とする支持ピンであ
る。

【００１１】第四の本発明は、柱状体に該柱状体の直径
よりも大きな固定部が一体的に形成されてなることを特
徴とする支持ピンである。上記第四の本発明に係る支持
ピンにおいて、上記柱状体の先端は尖塔状または半球状
であることが望ましい。

【００１２】第五の本発明は、その表面または内部に発
熱体が形成されたセラミック基板を有し、半導体ウエハ
等の被加熱物を上記セラミック基板の表面から離間して
保持し、加熱するように構成されたセラミックヒータで
あって、上記セラミック基板には、互いに直径の異なる
連通した貫通孔が形成されるとともに、上記貫通孔に請
求項８に記載の支持ピンが挿入され、上記貫通孔の相対
的に直径の大きな部分に上記支持ピンの嵌合部が挿入さ
れて嵌合され、上記支持ピンの固定部と上記セラミック
基板の底面との間に固定用金具が嵌め込まれてなること
を特徴とするセラミックヒータである。

【００１３】第六の本発明は、その表面または内部に発
熱体が形成されたセラミック基板を有し、半導体ウエハ
を上記セラミック基板の表面から離間して保持し、加熱
するように構成されたセラミックヒータであって、上記
セラミック基板の加熱面側に凹部が形成され、上記凹部
に請求項９に記載の支持ピンが挿入されるととともに、
固定用ばねが、上記柱状体を囲んだ状態で上記凹部の壁
面に当接するように嵌め込まれてなることを特徴とする
セラミックヒータである。

【００１４】上記セラミックヒータにおいて、上記セラ
ミック基板の内部には、静電電極が設けられてなること
が望ましい。

【００１５】上記した本発明のセラミックヒータにおい
ては、いずれも、セラミック基板の表面（加熱面）から
離間して半導体ウエハを保持して加熱するように構成さ
れていることを特徴とする点で共通する。従って、これ
らの点について、まず、説明し、続いて、適宜、上記し
た第一〜第六の本発明を説明する。

【００１６】以下の説明では、被加熱物を半導体ウエハ
とし、この半導体ウエハを使用した半導体ウエハ加熱装
置を例にとって説明する。本発明のセラミックヒータ
（半導体ウエハ加熱装置）では、セラミック基板と非接
触の状態で半導体ウエハの加熱を行う。このように半導
体ウエハとセラミック基板とを非接触の状態とすること
で、セラミック基板表面の温度分布の影響を半導体ウエ
ハが受けないようにすることができ、半導体ウエハ全体
の温度を均一にすることができるのである。加熱の際に
は、セラミック基板の熱は、空気の対流や輻射により半
導体ウエハに伝達される。また、セラミック基板と半導
体ウエハとは接触しないため、セラミック基板に含まれ
るＮａ、Ｂ、Ｙなどの不純物元素や焼結助剤が半導体ウ
エハを汚染しないという効果も有する。

【００１７】表面に導体層が形成されたセラミック基板
を用いる場合には、セラミック基板の発熱体が形成され
ていない面（発熱体形成面の反対側面）を加熱面とす
る。発熱体が形成されていると発熱体パターンに相似し
た温度分布が半導体ウエハに発生してしまうからであ
る。また、発熱体が内部に形成されている場合には、発
熱体から遠い方を加熱面とすることが望ましい。セラミ
ック基板中を熱が伝搬するに従い、温度が均一化するか
らである。

【００１８】セラミック基板の表面（加熱面）から離間
した状態で半導体ウエハを加熱するための方法は特に限
定されないが、第二の本発明で記載しているように、上
記セラミック基板には、半導体ウエハを保持するための
凸状体または凸状部が形成されていることが望ましい。

【００１９】この凸状体または凸状部で半導体ウエハを
支持し、加熱面から離間させて加熱することができるか
らである。この場合、図８、９に示したように、セラミ
ック基板８１、９１の表面に凸状部８１ｄ、８２ｄを形
成し、この凸状部８１ｄ、８２ｄで半導体ウエハを保持
する方法、図５、７に示したように、セラミック基板１
に貫通孔４１を形成し、この貫通孔４１に支持ピン２０
を挿通し、この支持ピン２０により半導体ウエハを保持
する方法、図６に示したように、セラクミック基板１に
凹部４２を形成し、ここに支持ピン３０を固定して半導
体ウエハを保持し、加熱する方法等が挙げられる。

【００２０】凸状体は尖塔状７（図４〜７参照）または
球状もしくは半球状（図１０参照）の部分を有するもの
が好ましい。被加熱物と点接触の状態にすることができ
るからである。図１０に示したように、凸状体は、球状
であってもよい、この球状体をセラミック基板の凹部に
埋設することにより、半導体ウエハとの接触を点接触と
することができるからである。図１０（ａ）は、半球状
の部分を有する凸状体５０を示す断面図であり、（ｂ）
は、球状の凸状体６０を示す断面図である。

【００２１】セラミック基板の加熱面に凸状部を設ける
場合は、図８に示すように円錐状または角錐状（３角
錐、４角錐等）の凸状部８１ｄであってもよく、図９に
示すような突起が円環状に形成された凸状部９１ｄであ
ってもよい。

【００２２】支持ピンとしては、図２に示すように、シ
リコンウエハの受け渡しに用いるリフターピン７を利用
することができる他、図４の（ａ）（ｂ）に示した支持
ピン２０、３０を使用することができる。図４（ａ）、
（ｂ）は、この支持ピンの形状を模式的に示す正面図で
ある。（ａ）に示す支持ピン２０は、先端に形成された
半導体ウエハと接触する接触部２１と、接触部２１の下
に形成された接触部２１よりも大きな直径の嵌合部２２
と、嵌合部２２の下に形成された嵌合部２２よりも直径
の小さな柱状体２３と、柱状体２３の下端に形成された
その直径が柱状体２３よりも大きい固定部２４とが一体
的に形成されてなるものである。そして、接触部２１
は、尖塔板状もしくは尖塔柱状（先端が角錘でその下に
角柱が形成された形状、もしくは、先端が円錐でその下
に円柱が形成された形状）の尖塔部か、半球状もしくは
半球柱状の半球部であることが望ましい。

【００２３】支持ピン２０は、図５に示すように、セラ
ミック基板１に形成された、互いに直径の異なる連通し
た貫通孔４１に挿入され、相対的に直径の大きな貫通孔
４１ａに嵌合部２２が挿入されて嵌合され、一方、支持
ピン２０の固定部２４は、セラミック基板１の底面１ｂ
から露出しており、この固定部２４と底面１ｂ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２７が嵌め込まれて、固定されているため、
支持ピン２０がセラミック基板１から脱落することはな
く、確実に固定される。

【００２４】支持ピン２０は、先端が尖塔状または半球
状であり、セラミック基板１の加熱面１ａより上方に突
出しているため、このセラミック基板１の上に載置され
る半導体ウエハと点接触となり、半導体ウエハを汚染し
たり、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。

【００２５】また、図４（ｂ）に示す支持ピン３０は、
先端が尖頭状の柱状体３１に柱状体３１の直径よりも大
きな固定部３２が一体的に形成されてなるものである。

【００２６】この支持ピン３０は、図６に示すように、
セラミック基板１に凹部４２を設け、この凹部４２に支
持ピン３０を挿入した後、Ｃ字形状のばね３７を柱状体
３１を囲んだ状態で凹部８１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３７は、図６（ｂ）
に示すように外側に開こうとするため、凹部４２に挿入
すると凹部４２の内壁に当接して固着する。一方、支持
ピン３０の固定部３２はＣ字形状のばね３７で押さえら
れるため、支持ピン３０を凹部４２内に確実に固定する
ことができるのである。

【００２７】セラミック基板１の加熱面１ａの反対側面
（底面）１ｂに抵抗発熱体２を形成する場合には、加熱
面１ａに凹部４２を設けるため、パターンの自由度を大
きくすることができ、また、この凹部４２は、貫通孔で
はないため、ばねが外れて支持ピン３０が脱落すること
はない。

【００２８】なお、支持ピン３０の柱状体の先端は尖塔
状または半球状であることが望ましい。これは支持ピン
Ａと同じ理由による。Ｃ字形状の金具２７やばね３７
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。また、支持ピン２０、３０は、セラ
ミック製が望ましく、アルミナ、シリカなどの酸化物セ
ラミックが熱伝導率が低く、クーリングスポットやホッ
トスポット等が発生しにくいため望ましい。このような
Ｃ字形状の金具２７やバネ３７を用いた固定方法は、接
着材などを用いた固定方法と異なり、物理的な固定方法
であり、これらの金具２７やバネ３７熱等での劣化がな
い。

【００２９】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。本発明で
は、半導体ウエハを上記セラミック基板の表面または加
熱面から５〜５０００μｍ、特に５〜５００μｍ離間す
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、その結果、半導体ウエハの温度差が
大きくなる。

【００３０】特に、半導体ウエハを上記セラミック基板
の表面または加熱面から２０〜２００μｍ離間すること
が最も望ましい。

【００３１】本発明のセラミックヒータでは、図７に示
したように、セラミック基板１の内部に静電電極４３が
形成されていてもよい。静電電極４３でシリコンウエハ
９等の半導体ウエハを吸引することで半導体ウエハの反
りを一方向にし、加熱面１ａと半導体ウエハとの距離の
ばらつきを小さくすることができる。その結果、半導体
ウエハの温度をより均一にすることが可能になる。

【００３２】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。

【００３３】本発明のセラミック基板は、直径１５０ｍ
ｍ以上が望ましく、直径２００ｍｍ以上が最適である。
このような大きな直径を有する基板は、加熱面の温度が
不均一になりやすく、半導体ウエハに温度差が生じやす
いからである。

【００３４】さらに、本発明のセラミック基板は、１０
０℃以上、特に２００℃以上で使用されることが望まし
い。加熱面の温度が不均一になりやすく、半導体ウエハ
に温度差が生じやすいからである。

【００３５】本発明の半導体装置用セラミック基板を構
成するセラミック材料は特に限定されるものではなく、
例えば、窒化物セラミック、炭化物セラミック、酸化物
セラミック等が挙げられる。

【００３６】上記窒化物セラミックとしては、金属窒化
物セラミック、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、金属炭化物セラミック、
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、炭化タンステン等が挙げられる。

【００３７】上記酸化物セラミックとしては、金属酸化
物セラミック、例えば、アルミナ、ジルコニア、コージ
ェライト、ムライト等が挙げられる。これらのセラミッ
クは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

【００３８】これらのセラミックの中では、窒化物セラ
ミック、炭化物セラミックの方が酸化物セラミックに比
べて望ましい。熱伝導率が高いからである。また、窒化
物セラミックの中では窒化アルミニウムが最も好適であ
る。熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高いからであ
る。

【００３９】本発明においては、セラミック基板中に、
焼結助剤を含有することが望ましい。その焼結助剤とし
ては、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、
希土類酸化物を使用することができ、これらの焼結助剤
のなかでは、特にＣａＯ、Ｙ₂Ｏ₃ 、Ｎａ₂ Ｏ、Ｌｉ₂
Ｏ、Ｒｂ₂ Ｏが好ましい。これらの含有量としては、
０．１〜１０重量％が望ましい。

【００４０】また、上記セラミック基板は、明度がＪＩ
ＳＺ８７２１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。

【００４１】本発明のセラミック基板の表面または内部
に設ける発熱体としては、金属、導電性セラミックが望
ましい。上記金属としては、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。また、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。

【００４２】図１は、本発明のセラミックヒータを構成
するセラミック基板を示す平面図てあり、図２は、その
部分拡大断面図である。

【００４３】セラミック基板１は、円板状に形成されて
おり、抵抗発熱体２は、セラミック基板１の加熱面１ａ
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１の底面に同心円状のパターンに形成されてい
る。また、抵抗発熱体２は、発熱体層４とその表面に形
成された金属被覆層５とからなる。

【００４４】また、これら抵抗発熱体２は、互いに近い
二重の同心円同士が１組として、１本の線になるように
接続され、その両端に入出力の端子となる端子ピン３が
半田層６を介して接続されている。また、セラミック基
板１の中央に近い部分には、リフターピン７を挿入する
ための貫通孔８が形成され、さらに、底面には、測温素
子を挿入するための有底孔１ｃが形成されている。

【００４５】また、図２に示したように、このリフター
ピン７は、その上にシリコンウエハ９を載置して上下さ
せることができるようになっており、これにより、シリ
コンウエハ９を図示しない搬送機に渡したり、搬送機か
らシリコンウエハ９を受け取ったりすることができる。
本発明では、このリフターピン７にシリコンウエハ９を
受け取った後、リフターピン７を下げ、シリコンウエハ
９をセラミック基板１の表面から５〜５０００μｍ離間
させて保持し、加熱を行う。加熱は１５０℃以上で行う
ことが望ましい。。

【００４６】図３は、抵抗発熱体が内部に埋設されたセ
ラミック基板を模式的に示す断面図である。この場合、
抵抗発熱体１２は、通常、セラミック基板１１の内部
で、その中心より底面に近い部分に形成されるが、中心
より加熱面１１ａに偏芯した位置に形成されていてもよ
い。また、抵抗発熱体１２の端部の直下には、スルーホ
ール１５が形成され、このスルーホール１５の下に袋孔
１６が形成されてスルーホール１５が露出しており、露
出したスルーホール１５に導電線（図示さず）等を接続
することにより、抵抗発熱体１２に通電することができ
るようになっている。

【００４７】次に、本発明にかかる上記セラミックヒー
タの製造方法の一例を説明する。（１）まず、セラミック粉末、バインダ、焼結助剤等を
混合する。混合する粉末は、平均粒径で、０．１〜５μ
ｍ程度の小さいものが好ましい。これは、微細なほど焼
結性が向上するが、余りにも微細であると、グリーンの
かさ密度が小さくなり、焼き縮みの幅が大きくなり寸法
精度に欠ける場合があるからである。また、窒化アルミ
ニウム基板等を製造する場合には、上記混合物に酸化イ
ットリウム（イットリア：Ｙ₂ Ｏ₃ ）の如き焼結助剤を
添加してもよい。

【００４８】（２）次に、得られた粉末混合物を成形型
に入れて成形体としたもの、または、上記グリーンシー
トの積層体（いずれも仮焼成したもの）を、アルゴン窒
素などの不活性雰囲気下に１７００〜１９００℃、８０
〜２００ｋｇ／ｃｍ² の条件で加熱、加圧して焼結す
る。

【００４９】セラミック基板は、基本的にセラミック粉
末の混合物からなる成形体やグリーンシート積層体を焼
成することにより製造することができるが、このセラミ
ック粉末の混合物を成形型に入れる際に、発熱体となる
金属板（箔）や金属線等を粉末混合物中に埋没したり、
積層するグリーンシートのうちの１枚のグリーンシート
上に発熱体となる導体ペースト層を形成することによ
り、内部に抵抗発熱体を有するセラミック基板とするこ
とができる。

【００５０】また、焼結体を製造した後、その表面（底
面）に導体ペースト層を形成し、焼成することによっ
て、底面に発熱体を形成することもできる。発熱体を作
製するための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。

【００５１】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、薄膜状の電極等とした際に
は、充分に大きな導電性を有し、一方、図１に示したよ
うな線状（帯状）の抵抗発熱体とした場合には、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。

【００５２】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。

【００５３】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、発熱体とセラミック基板との密着性
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。

【００５４】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。

【００５５】発熱体用の導体ペーストをセラミック基板
の表面に形成する際には、導体ペースト中に金属粒子の
ほかに金属酸化物を添加し、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、
セラミック基板と金属粒子とを密着させることができ
る。

【００５６】金属酸化物を混合することにより、セラミ
ック基板と密着性が改善される理由は明確ではないが、
金属粒子表面や非酸化物からなるセラミック基板の表面
は、その表面が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、金属粒子とセラミック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。

【００５７】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。

【００５８】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、金属粒子とセラミック基板との密着性
を改善することができるからである。

【００５９】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、特にセラミック基板
との密着性を改善することができる。

【００６０】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発熱体を
形成した際の面積抵抗率は、１〜１００００ｍΩ／□が
好ましい。

【００６１】面積抵抗率が１００００ｍΩ／□を超える
と、印加電圧量に対して発熱量が小さくなりすぎて、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。

【００６２】発熱体がセラミック基板の表面に形成され
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。

【００６３】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
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。なお、発熱体をセラミック基板の内部に形
成する場合には、発熱体表面が酸化されることがないた
め、被覆は不要である。

【００６４】次に、抵抗発熱体が設けられたセラミック
基板に、支持ピンを挿入するための貫通孔や凹部を設
け、これに支持ピンを挿入し、外部端子等を接続し、さ
らに、必要に応じて、有底孔を設け、その内部に熱電対
を埋め込む。

【００６５】このようにして得られたセラミック基板を
支持容器等に設置し、抵抗発熱体や測温素子からの配線
を制御装置に接続等することにより、半導体ウエハ加熱
装置（セラミックヒータ）の製造を終了する。そして、
こセラミック基板に形成された凸状体等により半導体ウ
エハとセラミック基板との間に５〜５００μｍの空間を
設けて保持し、１５０℃以上に加熱することにより、半
導体ウエハに種々の処理を施すことができる。

【００６６】

【発明の実施の形態】

【実施例】（実施例１）セラミックヒータの製造（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径
１．１μｍ）１００重量部、酸化イットリウム（Ｙ₂ Ｏ
₃ ：イットリア、平均粒径０．４μｍ）４重量部、バイ
ンダを１０重量部を混合し、成形型に入れて窒素雰囲気
中、１８９０℃、圧力１５０ｋｇ／ｃｍ² の条件で３時
間ホットプレスして窒化アルミニウム焼結体を得た。こ
れを直径２１０ｍｍの円板状に切出してセラミック基板
１とし、このセラミック基板１に直径１０ｍｍの貫通孔
８をドリル加工で３箇所設けた。

【００６７】（２）次に、上記（１）で得たセラミック
基板１の底面１ｂに、スクリーン印刷にて導体ペースト
を印刷した。印刷パターンは、図１に示したような同心
円状のパターンとした。導体ペーストとしては、プリン
ト配線板のスルーホール形成に使用されている徳力化学
研究所製のソルベストＰＳ６０３Ｄを使用した。

【００６８】この導体ペーストは、銀−鉛ペーストであ
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重量部含むものであった。また、
銀粒子は、平均粒径が４．５μｍで、リン片状のもので
あった。

【００６９】（３）次に、導体ペーストを印刷した焼結
体を７８０℃で加熱、焼成して、導体ペースト中の銀、
鉛を焼結させるとともに焼結体に焼き付け、発熱体９２
を形成した。銀−鉛の発熱体４は、厚さが５μｍ、幅
２．４ｍｍ、面積抵抗率が７．７ｍΩ／□であった。（４）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を含む水溶液からなる無
電解ニッケルめっき浴に上記処理を終えたセラミック基
板１を浸漬し、銀−鉛の発熱層４の表面に厚さ１μｍの
金属被覆層５（ニッケル層）を析出させ、抵抗発熱体２
とした。

【００７０】（５）電源との接続を確保するための端子
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（田中貴金属製）を印刷して半田層を形成し
た。ついで、半田層６の上にコバール製の端子ピン３を
載置して、４２０℃で加熱リフローし、端子ピン３を発
熱体２の表面に取り付けた。（７）温度制御のための熱電対を有底孔に挿入し、ポリ
イミド樹脂を充填し、１９０℃で２時間硬化させ、この
セラミック基板（図１、２参照）を支持容器に設置した
後、配線の接続等を行うことによりセラミックヒータを
得た。

【００７１】次に、セラミック基板１の貫通孔８に、リ
フターピン７を挿通し、このリフターピン７にシリコン
ウエハ９を載せ、リフターピン７をゆっくり下げてシリ
コンウエハとセラミック基板との距離を１００μｍとし
た。なお、抵抗発熱体２が形成されていない側を加熱面
１ａとした。さらに、６００℃までセラミック基板１の
温度を昇温し、シリコンウエハ９の最高温度と最低温度
をサーモビュア（日本データム社製ＩＲ１６２０１２
−００１２）で測定した。

【００７２】シリコンウエハの最高温度は、６００℃で
あり、最低温度は、５９５℃であり、最高温度と最低温
度との差は、５℃であった。また、ウエハのＹによる汚
染を蛍光Ｘ線分析装置（Ｒｉｇａｋｕ製ＲＩＸ２１０
０）を使用して確認したが、汚染はなかった。

【００７３】（実施例２）発熱体を内部に有するセラミ
ックヒータ（図３）の製造（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、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１１．５重量
部、分散剤０．５重量部、アクリルバインダ０．２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
レード法による成形を行って、厚さ０．４７ｍｍのグリ
ーンシートを得た。

【００７４】（２）次に、このグリーンシートを８０℃
で５時間乾燥させた後、パンチングにより直径５．０ｍ
ｍのリフターピンを挿入する貫通孔８となる部分、外部
端子と接続するためのスルーホール１５となる部分を設
けた。

【００７５】（３）平均粒子径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を調製し
た。平均粒子径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を調製した。この導電性ペーストＡ
をグリーンシートにスクリーン印刷で印刷し、導体ペー
スト層を形成した。印刷パターンは、同心円パターンと
した。

【００７６】さらに、外部端子を接続するためのスルー
ホール用の貫通孔に導体ペーストＢを充填した。上記処
理の終わったグリーンシートに、さらに、タングステン
ペーストを印刷しないグリーンシートを上側（加熱面）
に３７枚、下側に１３枚、１３０℃、８０ｋｇ／ｃｍ²
の圧力で積層した。

【００７７】（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１５０
ｋｇ／ｃｍ² で３時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍの窒
化アルミニウム板状体を得た。これを２３０ｍｍの円板
状に切り出し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの発熱体
を有するセラミック基板１１とした。

【００７８】（５）次に、（４）で得られたセラミック
基板１１を、ダイヤモンド砥石で研磨した後、マスクを
載置し、ＳｉＣ等によるブラスト処理で表面に熱電対の
ための有底孔１１ｃ（直径：１．２ｍｍ、深さ：２．０
ｍｍ）を設けた。

【００７９】（６）さらに、スルーホール用の貫通孔の
一部をえぐり取って袋孔１６とし、この袋孔１６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（図示せず）を接続させた。
なお、外部端子の接続は、タングステンの支持体が３点
で支持する構造が望ましい。接続信頼性を確保すること
ができるからである。

【００８０】（７）次に、温度制御のための複数の熱電
対を有底孔に埋め込み、このセラミック基板（図３参
照）を支持容器に設置した後、配線の接続等を行うこと
によりセラミックヒータを得た。（８）次に、リフターピン７をセラミック基板１１の貫
通孔８に挿通し、リフターピン７でシリコンウエハを支
持し、リフターピン７をゆっくりと下げ、シリコンウエ
ハとセラミック基板との距離を１５０μｍとした。な
お、発熱体から遠い側を加熱面１１ａとした。

【００８１】さらに、６００℃までセラミック基板の温
度を昇温し、半導体ウエハの最高温度と最低温度をサー
モビュア（日本データム株式会社ＩＲ１６２０１２−
００１２）で測定した。ウエハの最高温度は、６００℃
であり、最低温度は、５９５℃であり、最高温度と最低
温度との差は、５℃であった。また、ウエハのＹによる
汚染を蛍光Ｘ線分析装置（Ｒｉｇａｋｕ製ＲＩＸ２１
００）を使用して確認したが、汚染はなかった。

【００８２】（実施例３）支持ピン２０を備えたセラ
ミック基板の製造基本的には実施例１と同様であるが、セラミック基板の
加熱面側の直径が５ｍｍ、その反対側の直径が３ｍｍの
連通した貫通孔４１を設け（図５参照）、ここに、図４
（ａ）に示す形状のアルミナ製の支持ピン２０を嵌め込
んだ。この支持ピン２０は、嵌合部２２の直径が約５ｍ
ｍ、固定部２４の直径が３ｍｍ、長さが約６．１ｍｍで
あり、セラミック基板１の底面１ｂから固定部２４が露
出するように構成されている。この固定部２４とセラミ
ック基板の底面（加熱面の反対面）１ｂの間にステンレ
ス製のＣ字形状の金具２７（図５（ｂ）参照）を嵌め込
んで固定した。この支持ピン２０はよりウエハ加熱面１
ａから１００μｍ突出していた。

【００８３】（実施例４）支持ピン３０を備えたセラ
ミック基板の製造基本的には実施例１と同様であるが、セラミック基板１
の加熱面側に、その直径が３ｍｍ、深さ２ｍｍの凹部４
２を設け、ここに、図４（ｂ）に示す形状のアルミナ製
の支持ピン３０を嵌め込んだ。この支持ピン３０は、柱
状部３１の直径が約２ｍｍ、固定部３２の直径が３ｍ
ｍ、長さが約３．１ｍｍであった。さらに、この凹部４
２にＣ字形状のステンレス製のばね３７を嵌め込んで、
支持ピン３０を固定した。この支持ピン３０はよりウエ
ハ加熱面１ａから４００μｍ突出していた。

【００８４】（実施例５）凸状部を有するセラミック
基板の製造基本的には実施例１と同様であるが、加熱プレスによっ
て、表面に図８のような円錐状の凸状部８１ｄを設け
た。凸状部８１ｄは、その高さが約２００μｍであっ
た。

【００８５】（実施例６）静電チャック付きヒータの
製造基本的には、実施例２と同様であるが、導電性ペースト
Ａをグリーンシートにスクリーン印刷で印刷し、導体ペ
ースト層を形成する際に、同心円の発熱体パターンの他
に、別のグリーンシート双極の静電電極パターンを印刷
した。

【００８６】さらに、実施例３の場合と同様にセラミッ
ク基板１に貫通孔４１を設け、支持ピン２０を貫通孔４
１に挿入して金具２７により固定し、図７に示した構造
のセラミック基板を得た。支持ピン２０は、加熱面１ａ
から３００μｍ突出するように調整した。

【００８７】以上、実施例１〜６に係るセラミックヒー
タについて、ウエハの温度をサーモビュア（日本データ
ム株式会社ＩＲ−１６２０１２−００１２）により測
定し、最高温度と最低温度を求めた。さらに、ウエハの
Ｙ汚染の有無を蛍光Ｘ線分析装置（Ｒｉｇａｋｕ製Ｒ
ＩＸ２１００）を使用して確認した。その結果の下記の
表１に示した。

【００８８】（比較例１）実施例１と同様であるが、シ
リコンウエハをセラミック基板に接触させ、同様の測定
を実施した。シリコンウエハの最高温度は、６０５℃で
あり、最低温度は、５９５℃であり、最高温度と最低温
度との差は、１０℃であった。また、ウエハのＹによる
汚染を蛍光Ｘ線分析装置（Ｒｉｇａｋｕ製ＲＩＸ２１
００）を使用して確認したところ、ウエハの裏面にＹの
若干の拡散が見られた。

【００８９】（試験例１）実施例１と同様であるが、シ
リコンウエハとセラミック基板の距離を３μｍとし、同
様の測定を実施した。ウエハの最高温度は６０５℃であ
り、最低温度は５９５℃であり、最高温度と最低温度と
の差は、１０℃であった。また、ウエハのＹによる汚染
を蛍光Ｘ線分析装置（Ｒｉｇａｋｕ製ＲＩＸ２１０
０）を使用して確認したところ、汚染はなかった。

【００９０】（試験例２）実施例１と同様であるが、ウ
エハとセラミック基板の距離を５１０μｍとし、同様の
測定を実施した。ウエハの最高温度は５９７℃であり、
最低温度は５９４℃であった。セラミック基板を６００
℃に昇温させているが、ウエハ温度はやや低い。セラミ
ック基板をサーモビュアで観察すると、最高温度は、６
０５℃であり、最低温度は、５９５℃であり、最高温度
と最低温度との差は、１０℃であった。また、ウエハの
Ｙによる汚染を蛍光Ｘ線分析装置（Ｒｉｇａｋｕ製Ｒ
ＩＸ２１００）を使用して確認したところ、汚染はなか
った。

【００９１】（試験例３）実施例１と同様であるが、ウ
エハとセラミック基板の距離を資５１００μｍとし、同
様の測定を実施した。ウエハの最高温度は４００℃であ
り、最低温度は４１０℃であり、最高温度と最低温度と
の差は、１０℃であった。セラミック基板を６００℃に
昇温させているにもかかわらず、充分にウエハの温度が
上がっていない。セラミック基板をサーモビュアで観察
すると、最高温度は、６０５℃であり、最低温度は、５
９５℃であり、最高温度と最低温度との差は、１０℃で
あった。また、ウエハのＹによる汚染を蛍光Ｘ線分析装
置（Ｒｉｇａｋｕ製ＲＩＸ２１００）を使用して確認
したところ、汚染はなかった。以上、実施例および比較
例、試験例の結果を表１に記載する。

【００９２】

【表１】

【００９３】上記表１に示した結果より明らかなよう
に、比較例１では、セラミック基板の温度分布が、シリ
コンウエハの温度分布にそのまま反映されている。ま
た、試験例１でも、セラミック基板の表面の温度差が、
そのままシリコンウエハの温度差にも反映されてしまっ
ており、温度均一性が充分とは言えない。一方、試験例
２では、シリコンウエハの温度がセラミック基板よりも
若干低くなっている。また試験例３では、セラミック基
板表面に比べてシリコンウエハの温度が極端に低く、実
用的でない。

【００９４】実施例３、４に係るセラミック基板では、
支持ピンを固定しているため、調整しなくとも常にシリ
コンウエハとセラミック基板の加熱面との距離を一定に
することができる。また、支持ピンは物理的に固定され
ており、熱で損傷、劣化しにくく、脱落なども発生しな
い。

【００９５】実施例５に係るセラミック基板では、加熱
面の表面に円錐状の凸状部が形成されており、支持ピン
などを固定する手間がいらない。また、支持ピンを固定
しないので、金属のばねや固定金具を使用することがな
く、支持ピンの周囲に温度が極端に低くなるクーリング
スポットが発生しない。

【００９６】さらに実施例６に係るセラミック基板で
は、静電チャックによりシリコンウエハを吸引してお
り、シリコンウエハの反り歪みを一方向にそろえること
ができ、シリコンウエハの温度差を殆どなくすことがで
きる。また、表１に示した実施例１〜６におけるシリコ
ンウエハのＹによる汚染の測定結果より明らかなよう
に、シリコンウエハとセラミック基板を離間することよ
り、Ｙのシリコンウエハへの拡散を完全に防止すること
ができる。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るセラ
ミックヒータでは、半導体ウエハを均一な温度で加熱す
ることができ、また半導体ウエハの汚染も防止すること
ができる。また、本発明の支持ピンは、加熱しても脱落
などがなく、半導体ウエハとセラミック基板の加熱面と
の距離を常に一定にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミックヒータを構成するセラミッ
ク基板を模式的に示した平面図である。

【図２】図１に示したセラミック基板の部分拡大断面図
である。

【図３】本発明のセラミックヒータを構成するセラミッ
ク基板の別の一例を模式的に示した断面図である。

【図４】（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５】（ａ）は、本発明のセラミックヒータを構成す
るセラミック基板を模式的に示した部分拡大断面図であ
り、（ｂ）は、固定用の金具を示す斜視図である。

【図６】（ａ）は、本発明のセラミックヒータを構成す
るセラミック基板を模式的に示した部分拡大断面図であ
り、（ｂ）は、支持ピンをセラミック基板の凹部に嵌め
込む様子を模式的に示した斜視図である。

【図７】本発明のセラミックヒータ（静電チャック）を
構成するセラミック基板を模式的に示した部分拡大断面
図である。

【図８】本発明のセラミックヒータを構成するセラミッ
ク基板を模式的に示した断面図である。

【図９】本発明のセラミックヒータを構成するセラミッ
ク基板を模式的に示した一部切り欠き斜視図である。

【図１０】（ａ）は、セラミック基板の凹部に配置され
た半球状の部分を有する凸状体を示す断面図であり、
（ｂ）は、球状の凸状体を示す断面図である。

【符号の説明】

１、１１、８１、９１セラミック基板１ｃ、１１ｃ有底孔１ａ、１１ａ加熱面１ｂ、１１ｂ底面２、１２抵抗発熱体３端子ピン４発熱体層５金属被覆層６半田層７リフターピン８貫通孔９シリコンウエハ１３測温素子１５スルーホール１６袋孔２０、３０支持ピン２１接触部（尖塔部）２２嵌合部２３柱状部２４固定部２７金具３１柱状体３２固定部３７ばね４１貫通孔４２凹部４３静電電極８１ｄ、９１ｄ凸状部

フロントページの続きＦターム(参考） 3K034 AA02 AA03 AA04 AA06 AA08 AA10 AA21 AA30 BB06 BB14 BC03 BC12 EA01 FA16 HA04 HA10 JA10 3K092 PP09 QA05 QB02 QB03 QB04 QB08 QB18 QB44 QB61 RF03 RF11 RF17 RF22 UA05 VV22 5F031 CA02 HA02 HA08 HA16 HA33 HA37 MA28 MA32 MA33 PA11 PA26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】その表面または内部に発熱体が形成され
たセラミック基板を有するセラミックヒータにおいて、
被加熱物を前記セラミック基板の表面から離間して保持
し、加熱することができるように構成されていることを
特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】その表面または内部に発熱体が形成され
たセラミック基板を有するセラミックヒータにおいて、
前記セラミック基板の発熱体が形成されていない面、ま
たは、前記セラミック基板の一面を加熱面とし、被加熱
物を前記加熱面から離間して保持し、加熱することがで
きるように構成されていることを特徴とするセラミック
ヒータ。
【請求項３】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を挿通させる貫通孔が形成されて
なる請求項１または２に記載のセラミックヒータ。
【請求項４】前記被加熱物を前記セラミック基板の表
面または加熱面から５〜５０００μｍ離間する請求項１
〜３のいずれか１に記載のセラミックヒータ。
【請求項５】前記セラミック基板の表面には、凸状体
または凸状部が形成されてなる請求項１または２に記載
のセラミックヒータ。
【請求項６】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、固定されることによ
り前記セラミック基板の表面に凸状体が形成されてなる
請求項５に記載のセラミックヒータ。
【請求項７】前記セラミック基板の加熱面には凹部が
形成され、前記凹部に支持ピンが挿入、固定されること
により前記セラミック基板の表面に凸状体が形成されて
なる請求項５に記載のセラミックヒータ。
【請求項８】先端部分に形成された接触部と、前記接
触部の下に形成された前記接触部よりも大きな直径の嵌
合部と、該嵌合部の下に形成された前記嵌合部よりも直
径の小さな柱状体と、該柱状体の下端に形成されたその
直径が柱状体よりも大きい固定部とが一体的に形成され
てなることを特徴とする支持ピン。
【請求項９】柱状体に該柱状体の直径よりも大きな固
定部が一体的に形成されてなることを特徴とする支持ピ
ン。
【請求項１０】前記柱状体の先端は尖塔状または半球
状である請求項９に記載の支持ピン。
【請求項１１】その表面または内部に発熱体が形成さ
れたセラミック基板を有し、被加熱物を前記セラミック
基板の表面から離間して保持し、加熱するように構成さ
れたセラミックヒータであって、前記セラミック基板に
は、互いに直径の異なる連通した貫通孔が形成されると
ともに、前記貫通孔に請求項８に記載の支持ピンが挿入
され、前記貫通孔の相対的に直径の大きな部分に前記支
持ピンの嵌合部が挿入されて嵌合され、前記支持ピンの
固定部と前記セラミック基板の底面との間に固定用金具
が嵌め込まれてなることを特徴とするセラミックヒー
タ。
【請求項１２】その表面または内部に発熱体が形成さ
れたセラミック基板を有し、被加熱物を前記セラミック
基板の表面から離間して保持し、加熱するように構成さ
れたセラミックヒータであって、前記セラミック基板の
加熱面側に凹部が形成され、前記凹部に請求項９に記載
の支持ピンが挿入されるととともに、固定用ばねが、前
記柱状体を囲んだ状態で前記凹部の壁面に当接するよう
に嵌め込まれてなることを特徴とするセラミックヒー
タ。
【請求項１３】前記セラミック基板の内部には、静電
電極が設けられてなる請求項１〜７および請求項１１、
１２のいずれか１に記載のセラミックヒータ。