JP2002319474A

JP2002319474A - ホットプレートユニット

Info

Publication number: JP2002319474A
Application number: JP2001123272A
Authority: JP
Inventors: Keizo Sugimoto; 圭三杉本; Yasutaka Ito; 康隆伊藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2002-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】腐食性ガス雰囲気下で使用した場合にも、抵
抗発熱体や外部端子等が腐食されることがなく、これら
の腐食等に起因して粒子が発生することがないため、上
記粒子が半導体ウエハ等の被処理物に付着してパーティ
クル汚染が発生したり、電流の供給がストップすること
がなく、安定的に半導体ウエハ等の被加熱物を加熱する
ことができるホットプレートユニットを提供すること。【解決手段】セラミック基板の内部に抵抗発熱体が形
成されてなり、上記抵抗発熱体は、上記セラミック基板
に埋設され、露出していないことを特徴とするホットプ
レートユニット。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、主に半導体産業
で半導体の製造工程等において使用されるホットプレー
トユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置では、デポジション用ガ
ス、エッチング用ガス、クリーニング用ガス等として、
塩素系ガス、フッ素系ガス等の腐食性ガスが使用されて
いる。また、熱ＣＶＤを行う場合等においては、シリコ
ンウエハを加熱する必要があるため、通常は、ヒータの
上にシリコンウエハを載置し、シリコンウエハの加熱を
行いながら上記した処理を行う。

【０００３】このように、半導体を製造する際には、腐
食性ガス雰囲気中において、ヒータによりシリコンウエ
ハ等の加熱を行う必要があるが、この際、金属性のヒー
タを使用したのでは、金属自体が腐食されるおそれが大
きいため、抵抗発熱体を備えたセラミック基板に測温素
子等を配設したセラミックヒータが使用されている。

【０００４】このようなセラミックヒータとしては、特
開平１１−４０３３０号公報に記載されているように、
窒化アルミニウムのような窒化物セラミック製の基板の
表面または内部に抵抗発熱体を配設したものが採用され
ている。

【０００５】しかしながら、上述したセラミックヒータ
で、抵抗発熱体が基板の表面に設けられたものでは、腐
食性ガスにより抵抗発熱体が腐食されてしまう場合があ
る。また、抵抗発熱体がセラミック基板の内部に設けら
れているものでは、抵抗発熱体自体に腐食のおそれはな
いが、抵抗発熱体の端部には、スルーホール等を介して
外部端子が接合されており、この外部端子よりリード線
が延びているため、これら外部端子、半田（ろう材）、
リード線等が腐食性のガスにより腐食され、外部端子等
の脱落や接続不良が発生するという問題があった。

【０００６】また、このような外部端子の腐食等が発生
すると、腐食により発生した粒子が半導体ウエハ等に付
着し、パーティクル汚染を引き起こすおそれがあるとい
う問題もあった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、腐食性
ガス雰囲気下で使用した場合にも、パーティクル汚染が
発生したり、外部端子の脱落等に起因して電流の供給が
ストップすることがなく、安定的に半導体ウエハ等の被
加熱物を加熱することができるホットプレートユニット
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のホットプレートユニットは、セラミック基
板の内部に抵抗発熱体が形成されてなり、上記抵抗発熱
体は、上記セラミック基板に埋設され、露出していない
ことを特徴とする。

【０００９】また、本発明のホットプレートユニットで
は、上記抵抗発熱体は、セラミック基板の内部で閉回路
を構成してなることが望ましい。

【００１０】また、上記抵抗発熱体に対する電力供給
は、磁場を介して間接的に行われることが望ましい。

【００１１】さらに、上記セラミック基板の下部には、
渦電流発生手段が配設されてなることが望ましい。

【００１２】本発明のホットプレートユニットでは、上
記抵抗発熱体は、セラミック基板の内部に埋設され、抵
抗発熱体が外部に露出することはなく、また、その他に
外部端子も設けられていないため、腐食性ガス雰囲気で
使用しても、セラミックヒータや外部端子に腐食が発生
することはない。

【００１３】また、上記セラミック基板の下部には渦電
流発生手段が配設され、該渦電流発生手段に交流を印加
することにより、セラミック基板内部の抵抗発熱体に渦
電流を発生させて発熱させ、セラミックヒータとして機
能するように構成されているので、直接、セラミックヒ
ータ内の抵抗発熱体に電流を供給する場合と同様に、こ
のセラミックヒータを用いて半導体ウエハ等の被加熱物
を加熱することができる。

【００１４】また、渦電流発生手段は、セラミックヒー
タが加熱されても、高温になることがないため、耐腐食
性の樹脂等を用いて被覆することができ、腐食性ガスに
より渦電流発生手段が腐食されるのを防止することがで
きる。

【００１５】また、渦電流に限らず、セラミック基板内
部に抵抗発熱体を閉回路で形成し、この閉回路の周囲に
コイルを配設して、交流電流またはパルス電圧を印加す
ることにより、磁場を発生させ、抵抗発熱体に電力を供
給することもできる。つまり、磁場を介して間接的に電
力を供給することで、抵抗発熱体を完全にセラミック基
板内部に埋設することができる。

【００１６】本発明のホットプレートにおいて、上記セ
ラミックヒータは、密閉性容器の内部に配設され、一
方、上記渦電流発生手段やコイル等の磁場発生手段は、
前記密閉性容器の外部に配設されていることが望まし
い。

【００１７】密閉性容器の内部に腐食性ガスを導入し
て、ＣＶＤ等の反応を行う場合であっても、渦電流発生
手段やコイル等の磁場発生手段は、密閉性容器の外にあ
るため、被覆等を行う必要がなく、安価な渦電流発生手
段とすることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のホットプレートユ
ニットを実施の形態に沿って説明する。この実施形態の
ホットプレートユニットは、セラミック基板の内部に抵
抗発熱体が形成されてなり、上記抵抗発熱体は、上記セ
ラミック基板に埋設され、露出していないことをを特徴
とする。

【００１９】図１は、本発明のホットプレートユニット
の一例を模式的に示す断面図であり、図２は、図１に示
したホットプレートユニットを構成するセラミックヒー
タのＡ−Ａ線断面であり、図３は、該セラミックヒータ
のＢ−Ｂ線断面図である。なお、ここで、セラミックヒ
ータとは、内部に抵抗発熱体が形成されたセラミック基
板をいうものとする。

【００２０】このホットプレートユニット１００では、
密閉性容器２０の中に、抵抗発熱体１２が内部に埋設さ
れたセラミックヒータ１０が配設されている。即ち、密
閉性容器２０の床２１には、コイル状のバネ１７を備え
た複数のボルト１６が立設され、セラミックヒータ１０
の貫通孔にボルト１６が挿通され、ボルト１６およびバ
ネ１７によりセラミックヒータ１０が床２１より一定の
距離離れた状態で支持、固定されている。このボルト１
６やバネ１７には、耐熱性、耐食性の金属が使用されて
おり、ボルト１６とセラミックヒータ１０との間には、
断熱材からなるワッシャー１６ａが介装されている。

【００２１】図１では、ボルト１６やバネ１７によりセ
ラミックヒータ１０を支持、固定しているが、セラミッ
クヒータ１０は、断熱材（支持容器）等を介して床２１
に設置してもよい。ボルト１６やバネ１７は、高い導電
性が要求されないので、耐食性に優れた材料を用いるこ
とができるが、さらに、腐食を嫌う場合には、これら金
属部材を無くすため、上述したように、直接床に設置し
てもよい。

【００２２】セラミックヒータ１０を構成するセラミッ
ク基板１１中には、抵抗発熱体１２が埋設されている
が、この抵抗発熱体１２は、その上に載置した半導体ウ
エハ１９を均一な温度で加熱することができるように、
鋭角に屈曲した屈曲線の繰り返しパターンからなる抵抗
発熱体１２ａ、１２ｂとコの字形状の屈曲線の繰り返し
パターンからなる抵抗発熱体１２ｃ、１２ｄとが、同心
円状（円環状）に配置されている（図３参照）。

【００２３】また、この抵抗発熱体１２の上方には、シ
ールド層１３が形成されている。これは、セラミック基
板１１上に支持ピン１４を介して載置したシリコンウエ
ハ１９に、渦電流発生手段である渦電流発生板２２から
発生した磁気の影響が及ばないようにするためである。
そして、このシールド層１３も、腐食性ガスの影響が及
ばないように、セラミック基板１１中に埋設されてい
る。

【００２４】このシールド層１３は、接地されているこ
とが望ましいため、この装置では、セラミック基板１１
を貫通するボルト１６に接続されており、ボルト１６を
介して接地されている。また、セラミックヒータ１０の
中央に近い部分には、半導体ウエハ１９を支持するリフ
ターピン（図示せず）を挿通するための貫通孔１５が形
成されている。

【００２５】密閉性容器２０を構成する床２１の下方に
は、渦電流発生手段である渦電流発生板２２がボルト等
の固定具２７を介して固定されている。この渦電流発生
板２２は、図５に示すように、樹脂製またはセラミック
製の板状体２２ａの上に渦巻き状の導体層２２ｂが形成
されたものである。この渦巻き状の導体層２２ｂに交流
またはパルス電圧を印加することにより、渦巻き状の電
流が生じ、この電流により発生する磁気の変化に起因し
て、セラミック基板１１内部の抵抗発熱体１２に渦電流
が流れるようになっている。また、セラミック基板１１
の温度の均一性を確保するため、図５に示すように、板
状体２２ａの中心部分において、導電層２２ｂの間隔を
疎にして、外周部分において、導電層２２ｂの間隔が密
になるように導電体２２ｂを形成してもよい。

【００２６】密閉性容器２０は、ガス導入管２５および
ガス排出管２６を備えており、腐食性ガス等のガスを内
部に導入して、種々の処理を行うことができるようにな
っている。腐食性ガスとしては、例えば、ＣＦ₄ 、Ｃ₂
Ｆ₆ 等が挙げられる。

【００２７】さらに、図示はしていないが、この密閉性
容器２０は、実際には、上部容器と下部容器とに分割す
ることができるようになっており、セラミックヒータ１
０や半導体ウエハ等の搬入、搬出の際には、容器を分割
状態にする。密閉性容器２０は、腐食性ガスに対する耐
食性を示すものであれば特に限定されず、耐食性の金属
であってもよく、セラミックであってもよい。

【００２８】半導体ウエハ等の加熱を行う場合には、ま
ず、密閉性容器２０を分割し、半導体ウエハ１９を密閉
性容器２０中のセラミックヒータ１０上に支持ピン１４
を介して載置した後、密閉状態とし、密閉性容器２０の
下部に設置した渦電流発生板２２に、リード線２８を介
して交流電圧またはパルス電圧を印加する。これによ
り、導体層２２ｂに流される電流が変化し、この電流の
変化に起因してセラミックヒータ１０を構成する抵抗発
熱体１２の近傍で磁気が大きく変化するため、抵抗発熱
体１２に渦電流が発生し、セラミックヒータとして機能
する。そして、この際、腐食性のガスを導入し、ＣＶ
Ｄ、クリーニング等を行う。

【００２９】図４は、抵抗発熱体の別のパターンを示し
たセラミック基板の水平断面図である。セラミック基板
３１の内部に形成される抵抗発熱体３２のパターンは、
図４に示したように、最外周に同心円状に円弧が繰り返
して形成されたパターンからなる抵抗発熱体３２ａ〜３
２ｄが配置され、その内部に屈曲線が円環状に繰り返し
形成されたパターンからなる抵抗発熱体３２ｅ〜３２ｇ
が配置されたパターンであってもよい。

【００３０】抵抗発熱体のパターンとしては、加熱面の
温度を均一にすることができるパターンであれば、図３
や図４に示した屈曲線の繰り返しパターンや円弧の繰り
返しパターンに限られず、例えば、渦巻き状のパター
ン、同心円状のパターン、偏心円状のパターン等も用い
ることができる。また、これらは併用してもよい。

【００３１】また、最外周に形成された抵抗発熱体パタ
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抵抗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。

【００３２】抵抗発熱体１２は、図３、４に示したよう
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、各回路に流す電流
を制御して発熱量を変えることができ、半導体ウエハの
加熱面の温度を調整することができるからである。この
場合には、例えば、渦電流発生板２２に形成する導体層
２２ｂを２以上の回路として、それぞれ印加する電流値
を制御すればよい。

【００３３】上記セラミックヒータを構成するセラミッ
ク基板の材料としては、例えば、窒化物セラミック、炭
化物セラミック等が挙げられる。

【００３４】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、窒化硼素等が挙げら
れ、上記炭化物セラミックとしては、例えば、炭化珪
素、炭化硼素、炭化チタン、炭化タングステン等が挙げ
られる。

【００３５】これら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小さく、薄くしても、加熱
により反ったり、歪んだりしない。このため、例えば、
セラミック基板を用いてヒータを構成した場合、ヒータ
を薄くて軽いものとすることができる。また、セラミッ
ク基板の熱伝導率が高く、また、セラミック基板自体薄
いため、ヒータの表面温度が、抵抗発熱体の温度変化に
迅速に追従する。即ち、電流量を変えて抵抗発熱体の温
度を変化させることにより、ヒータの表面温度を制御す
ることができる。これらのなかでは、窒化アルミニウ
ム、炭化珪素等が好ましい。耐熱性や機械的特性に優れ
るとともに、熱伝導率も高いからである。

【００３６】また、上記セラミック材料は、焼結助剤を
含有していてもよい。上記焼結助剤としては、例えば、
アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類
酸化物等が挙げられる。これらの焼結助剤のなかでは、
ＣａＯ、Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ｎａ₂ Ｏ、Ｌｉ₂ Ｏ、Ｒｂ₂ Ｏが好
ましい。これらの含有量としては、０．１〜２０重量％
が好ましい。また、アルミナを含有していてもよい。

【００３７】上記材料からなる本発明のセラミック基板
中には、カーボンが含有されていることが望ましい。カ
ーボンの含有量は、１００〜５０００ｐｐｍが好まし
い。カーボンには、非晶質のものと結晶質のものとがあ
る。非晶質のカーボンは、例えば、Ｃ、Ｈ、Ｏだけから
なる炭化水素、好ましくは、糖類を、空気中で焼成する
ことにより得ることができ、結晶質のカーボンとして
は、グラファイト粉末等を用いることができる。

【００３８】また、アクリル系樹脂を不活性雰囲気下で
熱分解させた後、加熱加圧することによりカーボンを得
ることができるが、このアクリル系樹脂の酸価を変化さ
せることにより、結晶性（非晶性）の程度を調整するこ
ともできる。

【００３９】上記セラミック基板は、明度がＪＩＳＺ
８７２１の規定に基づく値でＮ６以下のものであるこ
とが望ましい。このような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。また、このようなセラ
ミック基板は、サーモビュアにより、正確な表面温度測
定が可能となる。

【００４０】ここで、明度のＮは、理想的な黒の明度を
０とし、理想的な白の明度を１０とし、これらの黒の明
度と白の明度との間で、その色の明るさの知覚が等歩度
となるように各色を１０分割し、Ｎ０〜Ｎ１０の記号で
表示したものである。そして、実際の測定は、Ｎ０〜Ｎ
１０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】図１には示していないが、セラミック基板
を支持容器に設置し、セラミック基板の加熱を行った
後、この支持容器内に空気、窒素、アルゴン等の冷却用
のガス等を流し込むことにより、セラミック基板の冷却
を行ってもよい。また、セラミック基板を加熱する際
に、加熱したガスを流し込むことにより、セラミック基
板の昇温時間を短縮してもよい。

【００４２】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。

【００４３】上記セラミック基板は、図３や図４に示し
たように、円板状であることが望ましく、その直径は１
９０ｍｍを超えるものが望ましい。このような直径が大
きいものほど熱容量が大きくなるため、迅速に昇温降温
を行うためには、熱伝導率が高い必要があるからであ
る。上記セラミック基板の直径は、特に１２インチ（３
００ｍｍ）以上であることが望ましい。次世代のシリコ
ンウエハの主流となるからである。

【００４４】セラミック基板の気孔率は、５％以下が望
ましい。気孔率が高いセラミック基板は、熱伝導率が低
いため、熱伝達に時間がかかり、また、投入電力に対す
る応答性が極端に低下してしまう。

【００４５】上記抵抗発熱体は、加熱面の反対側の面か
ら厚さ方向に６０％以下の位置に形成されていることが
望ましい。６０％を超えると、加熱面に近すぎるため、
上記セラミック基板内を伝搬する熱が充分に拡散され
ず、加熱面に温度ばらつきが発生してしまうからであ
る。

【００４６】セラミック基板の内部には、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抵抗発熱体が形
成され、加熱面の上方から見ると、どの領域にもパター
ンが形成されている状態が望ましい。このような構造と
しては、例えば、互いに千鳥の配置になっている構造が
挙げられる。

【００４７】抵抗発熱体をセラミック基板の内部に形成
するには、グリーンシートを形成した後、この上に抵抗
発熱体となる導体ペースト層を形成し、このグリーンシ
ートに導体ペースト層を形成していないグリーンシート
を積層し、焼成すればよい。また、バインダ等を含むセ
ラミック粉末を金型に入れて成形した後、焼成すること
によりセラミック基板を製造することができるが、その
際、セラミック粉末を金型に入れる際、抵抗発熱体とな
る金属箔や金属線等を埋設してもよい。

【００４８】セラミック基板の内部に形成する抵抗発熱
体の厚さは、１〜５０μｍが好ましく、抵抗発熱体の幅
は、５〜２０μｍが好ましい。抵抗発熱体は、その幅や
厚さにより抵抗値に変化を持たせることができるが、上
記した範囲が最も実用的である。抵抗値は、薄く、ま
た、細くなる程大きくなる。抵抗発熱体をセラミック基
板の内部に形成する場合、厚み、幅とも大きくなるが、
抵抗発熱体を内部に設けると、加熱面と抵抗発熱体との
距離が短くなり、表面の温度の均一性が低下するため、
抵抗発熱体自体の幅を広げる必要があること、内部に抵
抗発熱体を設けるために、窒化物セラミック等との密着
性を考慮する必要性がないため、タングステン、モリブ
デンなどの高融点金属やタングステン、モリブデンなど
の炭化物を使用することができ、抵抗値を高くすること
が可能となるため、断線等を防止する目的で厚み自体を
厚くしてもよい。そのため、抵抗発熱体は、上記した厚
みや幅とすることが望ましい。

【００４９】抵抗発熱体の形成位置をこのように設定す
ることにより、抵抗発熱体から発生した熱が伝搬してい
くうちに、セラミック基板全体に拡散し、被加熱物（半
導体ウエハ等）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。

【００５０】抵抗発熱体は、断面が矩形であっても楕円
であってもよいが、偏平であることが望ましい。偏平の
方が加熱面に向かって放熱しやすいため、加熱面の温度
分布ができにくいからである。断面のアスペクト比（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、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。

【００５１】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、１
０〜５０００であることが好ましいのである。

【００５２】抵抗発熱体をセラミック基板の内部に形成
する場合は、アスペクト比を２００〜５０００とするこ
とが望ましい。抵抗発熱体は、セラミック基板の内部に
形成した場合の方が、アスペクト比が大きくなるが、こ
れは、抵抗発熱体を内部に設けると、加熱面と抵抗発熱
体との距離が短くなり、表面の温度均一性が低下するた
め、抵抗発熱体自体を偏平にする必要があるからであ
る。

【００５３】また、抵抗発熱体を形成する際に用いる、
導体ペーストとしては特に限定されないが、導電性を確
保するための金属粒子または導電性セラミックが含有さ
れているほか、樹脂、溶剤、増粘剤などを含むものが好
ましい。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】上記金属粒子の形状は、球状であっても、
リン片状であってもよい。これらの金属粒子を用いる場
合、上記球状物と上記リン片状物との混合物であってよ
い。上記金属粒子がリン片状物、または、球状物とリン
片状物との混合物の場合は、金属粒子間の金属酸化物を
保持しやすくなり、抵抗発熱体と窒化物セラミック等と
の密着性を確実にし、かつ、抵抗値を大きくすることが
できるため有利である。

【００５７】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。

【００５８】また、上記したように、抵抗発熱体とし
て、上記したように金属箔や金属線を使用することもで
きる。上記金属箔としては、ニッケル箔、ステンレス箔
をエッチング等でパターン形成して抵抗発熱体としたも
のが望ましい。パターン化した金属箔は、樹脂フィルム
等ではり合わせてもよい。金属線としては、例えば、タ
ングステン線、モリブデン線等が挙げられる。

【００５９】また、抵抗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０．１Ω／□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抵抗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
板の表面に抵抗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、抵抗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。

【００６０】本発明では、必要に応じてセラミック基板
に熱電対を埋め込んでおくことができる。熱電対により
セラミック基板の温度を測定し、そのデータをもとに電
圧、電流量を変えて、セラミック基板の温度を制御する
ことができるからである。

【００６１】上記熱電対の金属線の接合部位の大きさ
は、各金属線の素線径と同一か、もしくは、それよりも
大きく、かつ、０．５ｍｍ以下がよい。このような構成
によって、接合部分の熱容量が小さくなり、温度が正確
に、また、迅速に電流値に変換されるのである。このた
め、温度制御性が向上してウエハの加熱面の温度分布が
小さくなるのである。上記熱電対としては、例えば、Ｊ
ＩＳ−Ｃ−１６０２（１９８０）に挙げられるように、
Ｋ型、Ｒ型、Ｂ型、Ｅ型、Ｊ型、Ｔ型熱電対が挙げられ
る。

【００６２】セラミック基板１１に埋設するシールド層
１３の材料としては、例えば、抵抗発熱体で用いた材料
と同様の材料が挙げられる。シールド層１３は、ベタの
層として形成してもよく、メッシュ状に形成してもよ
い。

【００６３】渦電流発生手段として使用する渦電流発生
板２２は、例えば、銅張基板等の銅箔が貼り付けられた
樹脂基板にベタの導体層を形成した後、渦巻き形状の部
分を残すようにエッチング処理を施すことにより形成す
ればよい。めっきにより導体層を形成してもよい。導体
層の材料としては、例えば、銅、銀、アルミニウム等が
好ましい。渦電流発生板２２の導体層２２ｂに印加する
交流の周波数は、１０³ 〜１０¹²Ｈｚが好ましい。

【００６４】密閉性容器２０は、例えば、ステンレス等
の耐熱性および耐食性を有する金属、セラミック等から
なることが望ましいが、床２１は、磁気を遮蔽しないも
のが望ましく、例えば、ポリイミド等の耐熱性樹脂やア
ルミナ等のセラミックが好ましい。

【００６５】なお、本発明のホットプレートユニットで
は、シリコンウエハ等の被加熱物をセラミック基板１１
の加熱面（半導体ウエハを載置し、加熱する面）に接触
させた状態で載置して加熱するほか、図１に示したよう
に、セラミック基板に凹部や貫通孔等を形成し、この凹
部等に先端が尖塔状または半球状の支持ピン１４を先端
がセラミック基板の表面よりわずかに突出した状態で挿
入、固定し、シリコンウエハ１９等の被加熱物をこの支
持ピン１４で支持することにより、セラミック基板との
間に一定の間隔を保って保持してもよい。加熱面とウエ
ハとの距離は、５〜５０００μｍが好ましい。

【００６６】また、図１に示したように、セラミック基
板１１に貫通孔１５を複数設け、その貫通孔１５にリフ
ターピン（図示せず）を挿入し、シリコンウエハ１９を
リフターピン上に載置することができる。また、リフタ
ーピンを上下させてシリコンウエハ１９を搬送機に渡し
たり、搬送機からシリコンウエハ１９を受け取ったりす
ることができる。

【００６７】次に、本発明のホットプレートユニットを
構成するセラミックヒータの製造方法について、図６に
基づいて説明する。

【００６８】（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。

【００６９】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、炭化珪素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、Ｃ
ａ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。

【００７０】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。

【００７１】（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、抵抗発熱体１２およびシール
ド層１３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、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。

【００７２】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。

【００７３】(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６（ａ）参照）。このとき、抵抗発熱体用の
導体ペースト１２０を印刷したグリーンシート５０を、
グリーンシート積層体の厚さに対して、底面から６０％
以下の位置になるように積層する。また、シールド層用
の導体ペースト１３０を印刷したグリーンシート５０
は、抵抗発熱体用の導体ペーストを印刷したグリーンシ
ート５０の上に、直接または他のグリーンシートを介し
て積層する。抵抗発熱体用の導体ペーストを印刷したグ
リーンシート５０の上側のグリーンシートの積層数は２
０〜５０枚が、下側のグリーンシートの積層数は５〜２
０枚が好ましい。

【００７４】(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、セラミック
基板１１を製造する。また、加熱温度は、１０００〜２
０００℃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。

【００７５】次に、得られた焼結体に、半導体ウエハ１
９を支持するためのリフターピンを挿通する貫通孔１５
や、必要により、熱電対等の測温素子を埋設するための
有底孔を形成する（図６（ｃ）参照）。

【００７６】上述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。

【００７７】なお、貫通孔は、表面研磨後に、サンドブ
ラスト等のブラスト処理を行うことにより形成すること
ができる。さらに、必要により、有底孔１４に測温素子
としての熱電対（図示せず）などを銀ろう、金ろうなど
で取り付け、ポリイミドなどの耐熱性樹脂で封止し、セ
ラミックヒータ１０の製造を終了する。

【００７８】また、上記セラミックヒータは、セラミッ
ク粉末を含む顆粒を用いて生成形体を作製し、これを焼
結する方法により作製してもよい。この場合、まず、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 Ｏ₃ ）
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する。

【００７９】次に、この顆粒を金型に入れて加圧する
が、その際、内部に一定形状の金属箔や金属線を入れて
加圧し、板状等の生成形体（グリーン）を作製し、この
後、この生成形体を加熱、焼成して焼結させ、さらに加
工を行ってセラミックヒータを製造する。

【００８０】以下、実施例に沿って説明する。

【実施例】（実施例１）ホットプレートユニット（図１および図６参照）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、イットリア（平均粒子径：
０．４μｍ）４重量部、アクリルバインダ１２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のシート状物を作製し、８０℃で５時間乾
燥させてグリーンシート５０とした。

【００８１】（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を調製した。
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を調製した。

【００８２】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に示したような
パターンとした。また、導体ペーストＡを用い、シール
ド層を形成するための導体ペースト層１３０を形成し
た。

【００８３】上記処理の終わった導体ペースト層１２０
を有するグリーンシート５０に、導体ペーストを印刷し
ていないグリーンシート５０を１０枚おき、その上に、
導体ペースト層１３０を有するグリーンシート５０を重
ねた後、その上に導体ペーストを印刷していないグリー
ンシート５０を２６枚重ねた。また、導体ペースト層１
２０を有するグリーンシート５０の下側に導体ペースト
を印刷していないグリーンシート５０を１３枚積層し、
１３０℃、８ＭＰａの圧力で圧着して積層体を形成した
（図６（ａ）参照）。

【００８４】（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の抵抗発熱体１２を
有するセラミックヒータ１０とした（図６（ｂ）参
照）。

【００８５】（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、半導体ウエ
ハ等を運搬等するためのリフターピン１６（直径：５ｍ
ｍ）を挿通するための貫通孔１５（直径：５．６ｍｍ）
を３個と、ボルト１６を挿通するための貫通孔４個とを
形成した（図６（ｃ）参照）。また、セラミック基板１
１の加熱面に凹部を形成し、支持ピン１４を嵌め込ん
だ。このとき、支持ピン１４は、加熱面より１００μｍ
突出していた。なお、ボルト１６用の貫通孔は、ボルト
１６を嵌合する大きさとなっており、これにより、ボル
ト１６が密閉性容器２０に接続され、接地される。な
お、貫通孔１５は、セラミック基板１１と同心円の関係
となる直径１１６ｍｍの円周上に、等間隔になるように
形成した。

【００８６】この後、図１に示したように、密閉性容器
２０を分割した後、その床２１にボルト１６およびバネ
１７を介してセラミックヒータ１０を支持固定し、支持
ピン１４を介してシリコンウエハを載置した。

【００８７】また、プリント配線板用の銅張基板にめっ
き処理を施した後、エッチングを施し、渦巻き状の導体
層２２ｂを形成し、渦電流発生板２２とした。そして、
密閉性容器２０の下部に渦電流発生板２２を設置し、１
ＧＨｚの周波数の交流電圧を印加し、セラミックヒータ
中の抵抗発熱体１２を発熱させ、シリコンウエハを加熱
した。

【００８８】（実施例２）ホットプレートユニットの
製造抵抗発熱体のパターンを図４に示したパターンとしたほ
かは、実施例１と同様にしてセラミックヒータを製造
し、ホットプレートユニットを組み立て、シリコンウエ
ハを加熱した。

【００８９】（比較例１）ホットプレートユニットの製
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て厚さ０．４
７ｍｍのグリーンシート５０を得た。

【００９０】（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、パンチングにより直径１．
８ｍｍ、３．０ｍｍおよび５．０ｍｍの貫通孔をそれぞ
れ形成した。これらの貫通孔は、リフターピンを挿入す
るための貫通孔となる部分、スルーホールとなる部分等
である。（３）平均粒子径１μｍのタングステンカーバイド粒子
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。

【００９１】平均粒子径３μｍのタングステン粒子１０
０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。

【００９２】この導体ペーストＡをグリーンシートにス
クリーン印刷で印刷し、抵抗発熱体５２となる導体ペー
スト層を形成した。印刷パターンは、図３に示したよう
なパターンとした。また、スルーホールとなる貫通孔部
分に導体ペーストＢを充填した。上記処理の終わったグ
リーンシートに、印刷処理を施していないグリーンシー
トを上側（加熱面）に３７枚、下側に１３枚積層し、１
３０℃、８ＭＰａの圧力で一体化することにより積層体
を作製した。

【００９３】（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の窒化アル
ミニウム板状体を得た。これを３１０ｍｍの円板状に切
り出し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの抵抗発熱体５
２を有するセラミック基板５１ａとした。なお、スルー
ホール５８の大きさは、直径０．２ｍｍ、深さ０．２ｍ
ｍであった。

【００９４】（５）次に、上記（４）で得られた板状体
を、ダイヤモンド砥石で研磨した後、マスクを載置し、
ＳｉＣ等によるブラスト処理で表面に、熱電対を埋め込
むための有底孔を設けた。

【００９５】（６）さらに、ドリル加工により直径５ｍ
ｍ、深さ０．５ｍｍの袋孔を形成し、この袋孔にＷ製の
ワッシャーを嵌め込み、ワッシャーの中心孔にリード線
を挿入した後、Ｎｉ−Ａｕ合金（Ａｕ：８１．５重量
％、Ｎｉ：１８．４重量％、不純物：０．１重量％）か
らなる金ろうを用い、９７０℃で加熱リフローすること
により、これらワッシャーとリード線とをセラミック基
板に固定した。

【００９６】（７）次に、測温素子を有底孔に埋め込
み、抵抗発熱体を埋設したセラミックヒータの製造を完
了した。（８）次に、このセラミックヒータを、円環形状を有す
るＰＴＦＥ製の断熱部材５７（厚さ：１ｍｍ）を介し
て、アルミニウム製の支持容器に嵌め込んで固定し、ホ
ットプレートユニットとした後、このホットプレートユ
ニットを密閉性の容器中に載置した。

【００９７】（比較例２）セラミック基板の底面にセラ
ミック製の筒状体を接合させ、この筒状体の内部にリー
ド線等を配設した以外は、比較例１と同様にして、ホッ
トプレートユニットを製造した。なお、筒状体の内部に
は、不活性ガスとして、窒素ガスを導入した。

【００９８】実施例１〜２、および、比較例１〜２で得
られたホットプレートユニットについて、以下のような
評価を行った。

【００９９】評価方法

【０１００】（１）腐食性ガスによる耐腐食性試験密閉性容器中に、その濃度が１０ｖｏｌ％となるよう
に、ＣＦ₄ ガスを導入し、セラミックヒータを３００℃
で２４時間加熱し、セラミックヒータおよび付属部品の
腐食の程度を観察した。

【０１０１】（２）半導体ウエハの温度の均一性セラミックヒータを３００℃まで昇温した後、上記セラ
ミックヒータにシリコンウエハを載置し、サーモビュア
（日本データム社製ＩＲ−１６−２０１２−００１
２）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、その温度差を求めた。これらの結果を表１に示
す。

【０１０２】

【表１】

【０１０３】表１に示したように、実施例１〜２および
比較例２に係るホットプレートユニットでは、セラミッ
クヒータや周囲の付属部品（ボルト、バネ等）に腐食は
発生していなかったのに対し、比較例１に係るホットプ
レートユニットでは、外部端子や半田層に腐食が発生し
ていた。

【０１０４】また、実施例１〜２および比較例１に係る
ホットプレートユニットでは、最高温度と最低温度の温
度差は小さく、温度分布が殆ど発生していなかったのに
対し、比較例２に係るホットプレートユニットでは、表
１に示したように、最高温度と最低温度との温度差が大
きくなった。これは、セラミック製の筒状体が接合され
ているため、筒状体の内部に不活性ガスを導入すること
による筒状体内への熱の逃散やセラミック基板と筒状体
との接合部分を介しての熱の逃散に起因して温度分布が
発生したものと考えられた。

【０１０５】

【発明の効果】以上の説明のように、本発明のホットプ
レートユニットでは、上記抵抗発熱体は、セラミック基
板の内部に埋設され、抵抗発熱体が外部に露出すること
はなく、また、外部端子も設けられていないため、腐食
性ガス雰囲気で使用しても、セラミックヒータや外部端
子に腐食が発生することはない。

【０１０６】また、上記セラミック基板の下部には渦電
流発生手段が配設され、この渦電流発生手段に交流また
はパルス電圧を印加することにより、セラミック基板内
部の抵抗発熱体に渦電流を生じさせ、発熱させてセラミ
ックヒータとして機能させるように構成されているの
で、直接、セラミックヒータ内の抵抗発熱体に電流を供
給する場合と同様に、このセラミックヒータを用いて半
導体ウエハ等の被加熱物を加熱することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のホットプレートユニットを模式的に示
す断面図である。

【図２】上記ホットプレートユニットを構成するセラミ
ックヒータのＡ−Ａ線断面図である。

【図３】上記ホットプレートユニットを構成するセラミ
ックヒータのＢ−Ｂ線断面図である。

【図４】図３とは異なるパターンの抵抗発熱体が形成さ
れたセラミックヒータのＢ−Ｂ線断面図である。

【図５】渦電流発生手段の一つである渦電流発生板を模
式的に示す平面図である。

【図６】上記ホットプレートユニットを構成するセラミ
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、３０セラミックヒータ１１、３１セラミック基板１１ａ、３１ａ加熱面１１ｂ、３１ｂ底面１２、３２抵抗発熱体１３シールド層１４支持ピン１５貫通孔１６ボルト１７バネ１９半導体ウエハ（シリコンウエハ）２０密閉性容器２１床２２渦電流発生板２２ａ板状体２２ｂ導体層２５ガス導入管２６ガス排出管２７固定具２８リード線

フロントページの続きＦターム(参考） 3K034 AA02 AA04 AA06 AA12 AA19 AA21 AA34 BC04 BC17 DA01 DA04 HA01 HA10 JA01 3K059 AB13 AB27 AB28 AC08 AC54 AD38 CD63 CD64 3K092 PP20 QA05 QB02 QB08 QB26 QB44 QB48 RF03 RF11 RF27 UA05 UB02 VV09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック基板の内部に抵抗発熱体が形
成されてなり、前記抵抗発熱体は、前記セラミック基板
に埋設され、露出していないことを特徴とするホットプ
レートユニット。
【請求項２】前記抵抗発熱体は、前記セラミック基板
の内部で閉回路を構成してなる請求項１に記載のホット
プレートユニット。
【請求項３】前記抵抗発熱体に対する電力供給は、磁
場を介して間接的に行われる請求項１または２に記載の
ホットプレートユニット。
【請求項４】前記セラミック基板の下部には、渦電流
発生手段が配設されてなる請求項１〜３のいずれか１に
記載のホットプレートユニット。
【請求項５】前記セラミック基板は、密閉性容器の内
部に配設され、一方、前記渦電流発生手段は、前記密閉
性容器の外部に配設されている請求項１〜４のいずれか
１に記載のホットプレートユニット。