JP2000012194A - セラミックヒータの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒータ電極層の抵抗値の基板内ばらつきが小
さくて、半導体ウェハを均一に加熱できるセラミックヒ
ータを提供すること。 【解決手段】 一炭化一タングステン粒子を含む導電性
ペーストＰ1 を用いて、窒化アルミニウム製のグリーン
シートにヒータ電極層５を形成する。次いで、グリーン
シートの熱処理工程を行う。この工程では、不活性ガス
雰囲気下にて一炭化二タングステンの生成温度よりも低
い温度域でグリーンシートを加熱する。その後、グリー
ンシートを完全に焼結させる本焼成工程を行い、セラミ
ックヒータ１を完成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電チャック等に
用いられるセラミックヒータの製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスにおいては、シリコ
ン等からなる半導体ウェハを固定した状態でエッチング
やスパッタリング等の工程が行われる。そして、かかる
場合にはチャック装置と呼ばれる固定手段が用いられ
る。チャック装置の例としては、従来より、半導体ウェ
ハを把持具で機械的に把持するものや、半導体ウェハを
真空引きにより吸着するものが知られている。しかしな
がら、機械式チャックには半導体ウェハにおいて把持具
が当接している箇所に傷が付きやすいという欠点があ
り、真空チャックには真空環境下での使用に適さないと
いう欠点がある。このため、近年では静電気の力を利用
して半導体ウェハを吸着することにより、上記の欠点を
解消せんとした静電チャックが提案されるに至ってい
る。

【０００３】静電チャックを構成する基板の材料として
は、以前まではポリイミド等の樹脂が用いられていた。
しかしながら、近年では耐熱性の向上のためにアルミナ
等のセラミックス焼結体が用いられるようになってきて
いる。

【０００４】セラミックス焼結体のなかでも、例えば窒
化アルミニウム焼結体を選択すれば、耐熱性のさらなる
向上ばかりでなく、熱伝導性や耐プラズマ性に優れた静
電チャックが実現可能であるとして大きな期待が寄せら
れている。ここで、窒化アルミニウム製の静電チャック
を製造する際の手順を簡単に説明する。

【０００５】まず、窒化アルミニウム粒子を含むスラリ
ーを調製するとともに、そのスラリーを用いてグリーン
シートをシート成形する。得られたグリーンシートに必
要に応じてスルーホール形成用孔を透設した後、タング
ステン（Ｗ）粒子を含む導電性ペーストを印刷・充填す
る。その結果、グリーンシートにはヒータ電極層及びス
ルーホール内導体層が形成される。印刷・充填工程を経
た複数枚のグリーンシートを積層して一体化した後、そ
のグリーンシート積層体を７００℃以下の温度で所定時
間加熱処理して脱脂する。次に、脱脂工程を経たグリー
ンシート積層体を、窒素等の不活性ガス雰囲気下にて１
４００℃〜１６００℃まで加熱することにより仮焼成を
行う。その後、仮焼成されたグリーンシート積層体を１
７００℃以上の温度でホットプレスにより本焼成して完
全に焼結させる。この後、外形加工、面出し、コーティ
ング、ピンのろう付け等の諸工程を経て、所望の静電チ
ャックが完成するようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、タングステ
ン（Ｗ）にはいくつかの炭化物（ＷＣ：一炭化一タング
ステン，Ｗ₂ Ｃ：一炭化二タングステン等）が存在し、
一般にこれらの化合物はタングステン単体に比べて比抵
抗の値が大きいことが知られている。即ち、Ｗの比抵抗
は６×１０^-6Ωｃｍであるのに対し、ＷＣの比抵抗は１
９×１０^-6Ωｃｍ、Ｗ₂ Ｃの比抵抗は５３×１０^-6Ωｃ
ｍだからである。

【０００７】しかし、グリーンシート積層体が仮焼成時
に１４００℃〜１６００℃という温度に遭遇すると、シ
ート内にてバインダ等として含まれる炭素分や仮焼雰囲
気中の二酸化炭素などに導電性ペースト中のＷが反応
し、Ｗ₂ Ｃの生成につながってしまう。そして、このよ
うな炭化反応に起因するＷ₂ Ｃの生成は、ヒータ電極層
の抵抗値の増大をもたらす。しかも、前述した炭化反応
の進行度合いは、一般的に基板の外周領域と中心領域と
で異なる。そして、このようなグリーンシートにおける
不均一な炭化反応は、ヒータ電極層の抵抗値の基板内ば
らつきをもたらす要因となる。

【０００８】さらに、グリーンシート積層体の本焼成時
においては、窒化アルミニウムの焼結に伴って酸化反応
（別の言い方をすると脱炭素反応）が起こる。すると、
酸素との反応によってＷ₂ Ｃ中の炭素分が一酸化炭素
（ＣＯ）ガスと化して、いったん炭化したＷ中における
炭素原子の割合が低下するような変化が起こる。ただ
し、このような酸化反応の進行度合いも基板の外周領域
と中心領域とで異なるため、これがヒータ電極層の抵抗
値の基板内ばらつきをいっそう助長させる要因になりう
る。

【０００９】そのため、窒化アルミニウム製の焼結体か
らなる基板にヒータ電極層を形成した静電チャックを製
造した場合、ヒータ電極層に通電したとしても、正確に
温度制御することは難しいものと予想されていた。従っ
て、窒化アルミニウムという優れた材料を用いているに
もかかわらず、半導体ウェハを均一に加熱することがで
きず、高品質の半導体の製造が期待できないと考えられ
ていた。

【００１０】本発明は上記の課題を解決するためなされ
たものであり、その第１の目的は、ヒータ電極層の抵抗
値の基板内ばらつきが小さくて、半導体ウェハを均一に
加熱することができるセラミックヒータを製造する方法
を提供することにある。

【００１１】本発明の第２の目的は、さらにヒータ電極
層の抵抗値が小さいセラミックヒータを製造する方法を
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明では、窒化アルミニウム製
の焼結体からなる基板にヒータ電極層が形成されたセラ
ミックヒータを製造する方法において、一炭化一タング
ステン粒子を含む導電性ペーストを用いて、窒化アルミ
ニウム製のグリーンシートに前記ヒータ電極層を形成
し、次いで前記グリーンシートを非酸化性雰囲気下にて
本焼成時よりも低い温度域で加熱する熱処理工程を行っ
た後、前記グリーンシートを完全に焼結させる本焼成工
程を行うことを特徴とするセラミックヒータの製造方法
をその要旨とする。

【００１３】請求項２に記載の発明は、請求項１におい
て、前記熱処理工程は、一炭化二タングステンが生成す
る温度よりも低い温度域で行われることとした。請求項
３に記載の発明は、請求項１において、前記熱処理工程
は、２５０℃〜１２２０℃の範囲内で行われることとし
た。

【００１４】以下、本発明の「作用」を説明する。ま
ず、請求項１に記載の発明の作用について説明する。こ
の発明では、いくつかあるタングステン炭化物のなかで
最も比抵抗の小さい一炭化一タングステン（ＷＣ）粒子
を含む導電性ペーストをあらかじめ用いて、グリーンシ
ートにヒータ電極層を形成している。このような導電性
ペーストを用いて熱処理工程を行えば、粒子中に炭素分
を全く含まない従来の導電性ペーストに比較して、グリ
ーンシートにおける不均一な炭化反応が起こりにくい。
この後、グリーンシートは非酸化性雰囲気下にて本焼成
時よりも低い温度域で加熱され、シート中に含まれる有
機物が分解・除去される。その結果、本焼成を行うのに
適した状態のグリーンシートが得られ、これを本焼成す
ることによりヒータ電極層の抵抗値の基板内ばらつきが
小さい窒化アルミニウム製の焼結体を得ることができ
る。そして、このようにして製造されたセラミックヒー
タによれば、ヒータ電極層への通電によりセラミックヒ
ータの表面における温度制御を正確に行うことができる
ようになる。従って、半導体ウェハを均一に加熱するこ
とが可能となり、高品質の半導体の製造にとって好適な
ものとなる。また、本発明の製造方法によれば、仮焼成
時における不活性ガスの供給量を大幅に減らすことがで
き、経済的である。

【００１５】また、本発明のセラミックヒータは窒化ア
ルミニウム製の基板からなるものであるため、格段に耐
熱性に優れかつ、耐久性や耐プラズマ性にも優れてい
る。さらに、窒化アルミニウム製の基板は熱伝導率が大
きくて均熱性にも優れるため、高品質の半導体の製造に
適している。しかも、窒化アルミニウムは熱膨張係数が
小さいことからパーティクルを発生させにくく、半導体
の製造時に汚染を引き起こす心配もない。

【００１６】請求項２に記載の発明によると、ヒータ電
極層が形成されたグリーンシートの熱処理工程を、一炭
化二タングステン（Ｗ₂ Ｃ）の生成温度よりも低い温度
域で行うことで、ＷＣがそれよりも比抵抗の大きなＷ₂
Ｃに変化することが防止される。よって、ヒータ電極層
の抵抗値の基板内ばらつきが小さくなるばかりでなく、
さらにその抵抗値自体を小さく維持することができる。

【００１７】次に請求項３に記載の発明の作用について
説明する。図２のグラフは、各種タングステン炭化物ご
とのＣ−Ｗ特性を示している。このグラフによれば、約
１２２０℃を超える温度域になると、急激に炭化反応が
進行する結果、Ｗ₂ Ｃが安定的に生成されるようになる
ことがわかる。その点、請求項３に記載の発明では、熱
処理工程を２５０℃〜１２２０℃という好適な温度範囲
内で行っている。

【００１８】従って、請求項１，２に記載の発明の作用
に加え、導電性ペースト中におけるＷ₂ Ｃの生成を回避
しつつ、確実にグリーンシートの脱脂またはネック焼結
（さらにはその両方）を達成することができる。その結
果、グリーンシート仮焼体に好適なハンドリング性が付
与される。また、１２２０℃以下の温度であれば、熱処
理工程に要するトータル時間も比較的短くて済むため、
従来に比べて生産性の向上を図ることも可能である。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態の静電チャック１及びその製造方法を図１〜図６に
基づき詳細に説明する。

【００２０】図１には、本実施形態の静電チャック１が
示されている。この静電チャック１を構成している多層
基板２は、円盤状をした窒化アルミニウム製の焼結体か
らなる。多層基板２の内層には、第１のチャック電極層
３、第２のチャック電極層４及びヒータ電極層５が形成
されている。第１のチャック電極層３は、多層基板２に
おいて最もチャック側面Ｓ1 （図１においては上側面）
に位置している。第２のチャック電極層４は第１のチャ
ック電極層３の下層に位置し、ヒータ電極層５はさらに
その下層に位置している。

【００２１】第１のチャック電極層３は、櫛歯状に形成
された正極部３ａと、同じく櫛歯状に形成された負極部
３ｂとからなる。正極部３ａと負極部３ｂとは交互に配
置されている。第２のチャック電極層４も、同様に櫛歯
状に形成された正極部４ａ及び負極部４ｂとからなる。
正極部４ａと負極部４ｂとは交互に配置されている。な
お、正極部３ａ，４ａ同士、負極部３ｂ，４ｂ同士は、
多層基板２の厚さ方向に重なり合った状態で配置されて
いる。このようなチャック電極層３，４には、図示しな
い直流電源から図示しない配線を介して直流電流が通電
される。その結果生じる静電チャック力により、静電チ
ャック１のチャック側面Ｓ1 に半導体ウェハとしてのシ
リコンウェハＷ1 が吸着されるようになっている。

【００２２】導電性ペーストＰ1 を用いて形成されるヒ
ータ電極層５は、複数かつ略円弧状であって、多層基板
２において同心円上に形成されている。各々のヒータ電
極層５の端部には、非チャック側面Ｓ2 との層間接続を
図るためにスルーホール６，７（詳細にはスルーホール
内導体層）が接続されている。正極側のスルーホール６
の端面には、配線を介して直流電源８のプラス側が接続
されている。負極側のスルーホール７の端面には、同じ
く配線を介して直流電源８のマイナス側が接続されてい
る。これら一対のスルーホール６，７を介してヒータ電
極層５への通電を行うと、ヒータ電極層５が発熱して、
静電チャック１全体の温度が上昇する。その結果、チャ
ック側面Ｓ1 にチャックされているシリコンウェハＷ1
が加熱されるようになっている。スパッタリング装置用
である本実施形態の静電チャック１は、通電により５０
０℃程度の温度まで加熱される。これがＣＶＤ用である
場合には、通電により８００℃程度の温度まで加熱され
る。

【００２３】次に、本実施形態の静電チャック１を製造
する手順について説明する。まず、グリーンシートの作
製について述べる。グリーンシートは、窒化アルミニウ
ム粉末を主成分として含むスラリーをドクターブレード
法にてシート成形することにより作製される。得られた
グリーンシートの所定位置には、必要に応じて、ドリル
加工あるいは打ち抜き加工等によりスルーホール形成用
孔が形成される。穴あけ加工を経たグリーンシートに
は、以下に示すようなＷＣ粒子を含む導電性ペーストＰ
1 が印刷される。

【００２４】ここで、本実施形態で用いられる導電性ペ
ーストＰ1 について述べる。この導電性ペーストＰ1
は、導電性粒子としてＷＣ粒子、分散溶媒、分散剤等を
含むものである。

【００２５】前記ＷＣ粒子としては平均粒径が０．５μ
ｍ〜１０μｍ程度のものが使用される。平均粒径が０．
５μｍ未満では単位重量当たりの粒子表面積が増大し、
これら微細粒子をゾル化させるための分散溶媒がより多
く必要となる。そのため、ペーストの高濃度化が図れな
くなるおそれがあるからである。一方、平均粒径が１０
μｍを超えると、スルーホール形成用孔内への充填性が
悪くなるとともに、導電性粒子間の接点が少なくなる。
そのため、スルーホール内導体層の電気抵抗を増大させ
るおそれがある。

【００２６】前記分散溶媒としては、α−テルピネオー
ルやグリコール等が挙げられる。これらの物質は、単独
で使用されてもよいほか、二種以上混合して使用されて
もよい。分散溶媒の配合割合は、ＷＣ粒子１００重量部
に対し、２〜１０重量部の範囲が好適である。この配合
割合が２重量部未満であると、ＷＣ粒子を均一に分散し
てゾル状ペーストを得ることが難しくなるおそれがある
からである。逆に、この配合割合が１０重量部を超える
と、ペーストＰ1 中におけるＷＣ粒子の含有率が低下
し、乾燥後におけるスルーホール内導体層の電気抵抗を
増大させるおそれがあるからである。

【００２７】前記分散剤としては、例えば脂肪族アミン
塩、芳香族アミン塩、複素環アミン塩、アルキルアミ
ン、ポリアルキレンポリアミン誘導体等のアニオン系分
散剤や、エステル型、エステルエーテル型、エーテル
型、含窒素型等のノニオン系分散剤が挙げられる。これ
らの物質は、単独で使用されてもよいほか、二種以上混
合して使用されてもよい。前記導電性粒子との親和性が
よくないカチオン系分散剤は分散剤としては適当ではな
いため、このようなものを使用するとＷＣ粒子の分散性
をかえって悪くするおそれがある。また、分散剤は前記
分散溶媒に溶解可能である必要がある。そして、分散剤
を配合にすることにより、全体として低粘度化される。

【００２８】以上のようなＷＣ粒子、分散溶媒、分散剤
等を均一に混合してなる混合物は、三本ロール混合機等
で混練されることにより、所定の粘度及び密度の範囲に
調製された導電性ペーストＰ1 となる。

【００２９】引き続いて行われるペースト印刷工程で
は、まず穴あけ工程を経たグリーンシートを一枚ずつ印
刷装置にセットして、印刷面にメタルマスクを配置す
る。この状態で上記の導電性ペーストＰ1 を印刷により
充填し、スルーホール形成用孔内にスルーホール内導体
層があるスルーホール６，７を形成する。次いで、スル
ーホール印刷がなされたグリーンシートを今度はスクリ
ーン印刷機にセットし、印刷面にスクリーンマスクを配
置する。この状態で上記の導電性ペーストＰ1 をパター
ン印刷することにより、グリーンシート表面にチャック
電極層３，４やヒータ電極層５を形成する。なお、導電
性ペーストＰ1 はスルーホール印刷用のものとパターン
印刷用のものとで同じ組成・密度でもよいほか、若干異
なる組成・密度であっても構わない。

【００３０】次に、ペースト印刷工程を経た複数枚のグ
リーンシートを位置決めして重ね合わせ、この状態で所
定圧力にて真空プレスを行う。その結果、各グリーンシ
ートが一体化し、グリーンシート積層体が形成される。
そして、得られたグリーンシート積層体を、常圧下にて
数十℃〜百数十℃の温度で所定時間加熱することにより
乾燥させる。もっとも、乾燥工程は積層工程の実施前に
行われてもよい。

【００３１】乾燥工程を経たグリーンシート積層体は、
本焼成工程の前にあらかじめ下記のような熱処理工程に
付される。本実施形態における熱処理工程とは、非酸化
性雰囲気下にて本焼成時よりも低い温度域でグリーンシ
ート積層体を加熱することを行うものである。

【００３２】非酸化性雰囲気下にて加熱をする理由は、
酸化性雰囲気下にて加熱を行った場合、窒化アルミニウ
ムやＷＣが雰囲気中の酸素と反応してしまう不都合があ
るからである。本実施形態では、窒素やハロゲンガス等
のような不活性ガス雰囲気下、または真空下にて加熱が
行われる。

【００３３】本焼成時の温度とは通常は１７００℃以上
の温度を指す。よって、ここではその温度よりも低い温
度域、より具体的にはＷ₂ Ｃが安定して生成する温度よ
りも低い温度域（１２２０℃以下の温度域）で加熱が行
われる必要がある。１２２０℃を超える温度域では、急
激に炭化反応が進行する結果、Ｗ₂ Ｃが安定的に生成さ
れてしまうので、これを回避するためである（図２参
照）。

【００３４】また、熱処理工程は、少なくとも２５０℃
以上の温度にて行われることが望ましい。２５０℃未満
の温度で処理を行った場合、グリーンシート積層体を充
分に脱脂することできず、残炭量の低減につながらない
からである。

【００３５】従って、本実施形態では熱処理工程を２５
０℃〜１２２０℃という好適な温度範囲内で行うことと
している。その場合における熱処理工程としては、温度
キープを一回のみ行う一段階処理のほか、温度キープを
複数回行う多段階処理（二段階処理、三段階処理など）
を採用することができる。

【００３６】例えば、二段階処理を採用した場合、２５
０℃〜７００℃の範囲内で所定時間の温度キープを行う
脱脂過程と、前記脱脂過程に引き続いて９００℃〜１２
２０℃の範囲内で所定時間の温度キープを行う仮焼成過
程とを行うことがよい。

【００３７】一段階処理を採用した場合、少なくとも９
００℃〜１２２０℃の範囲内のみで所定時間の温度キー
プを行う仮焼成過程を行うことがよい。なお、脱脂過程
おける加熱温度は２５０℃〜７００℃、より好ましくは
３００℃〜６００℃、さらに好ましくは３５０℃〜５０
０℃である。仮焼成過程の加熱温度は９００℃〜１２２
０℃、より好ましくは１０００℃〜１２００℃、さらに
好ましくは１１００℃〜１２００℃である。仮焼成過程
の加熱温度が低すぎると、窒化アルミニウムがネック焼
結できず、脆弱なグリーンシート仮焼体が得られる結果
となる。よって、本焼成用の焼成炉に移送する際にグリ
ーンシート仮焼体が変形したり崩れたりする等、ハンド
リング性が悪くなり、歩留まりを低下させる原因とな
る。逆に、仮焼成過程の加熱温度が高すぎると、ネック
焼結に関する問題が解消される反面、Ｗ₂ Ｃが安定生成
温度域に入る確率が高くなる。

【００３８】また、熱処理工程の開始時における昇温速
度は１℃／分以下、より好ましくは０．１℃／分〜１℃
／分、さらに好ましくは０．２℃／分〜０．８℃／分で
あることがよい。その理由は、かかる昇温速度が速すぎ
ると、一段階処理を採用したときに充分な脱脂が達成さ
れなくなるおそれがあるからである。逆に、昇温速度が
遅すぎると、熱処理工程に要するトータル時間が長くな
り、生産性の低下を来たす原因につながるからである。

【００３９】その後、熱処理工程を経て得られたグリー
ンシート仮焼体をるつぼ内に入れるとともに、必要に応
じてその周囲をセッターで包囲する。この状態のるつぼ
を焼成炉内にセットし、常法に従い１７００℃以上の温
度にて所定時間かつ所定圧力でのホットプレス焼成を実
施する。その結果、窒化アルミニウム及び導電性ペース
トＰ1 が完全に同時焼結し、ヒータ電極層５等を備える
窒化アルミニウム製の多層基板２が形成される。

【００４０】この後、研削機等を用いて多層基板２の外
形加工及び面出し加工を行うとともに、常法に従ってコ
ーティング及びＩ／Ｏピンのろう付け等の諸工程を実施
する。その結果、図１に示されるような所望の静電チャ
ック１が完成する。

【００４１】以下に本実施形態の実施例及び比較例を紹
介する。

【００４２】

【実施例及び比較例】［実施例１］まず、実施例１の試
験サンプルの作製手順について説明する。グリーンシー
ト作製用のスラリーとして、平均粒径が約１．０μｍの
窒化アルミニウム粉末に対して、焼結助剤としての酸化
イットリウム粉末、アクリル系バインダ、分散剤及び可
塑剤を配合し、均一に混練してスラリーとした。そし
て、このスラリーをドクターブレード法にてシート成形
することにより、グリーンシートを作製した。グリーン
シートの所定位置には、打ち抜き加工によりスルーホー
ル形成用孔（内径１．０ｍｍ〜３．０ｍｍ）を透設し
た。

【００４３】平均粒径が２．５μｍかつ比抵抗が５３×
１０^-6ΩｃｍであるＷＣ粒子５０００ｇに、ジエチレン
グリコールに５０重量％のアクリルバインダを配合した
混合溶媒を２００ｇ、分散剤を５．０ｇ配合してなる混
合物を作製した。この混合物を三本ロール混合機を使用
して２３℃にて１時間混練し、粘度が１０００００cps
〜１５００００cps の導電性ペーストＰ1 を調製した。

【００４４】穴あけ工程を経たグリーンシートに対し、
スルーホール形成用孔及びその周辺部のみを露出させる
メタルマスクを配置し、このメタルマスクの上から導電
性ペーストＰ1 をローラー印刷した。

【００４５】ローラー印刷によるスルーホール印刷の
後、スクリーンマスクを配置した状態で同導電性ペース
トＰ1 を用いたスクリーン印刷を行うことにより、グリ
ーンシートの表面にチャック電極層３，４及びヒータ電
極層５を形成した。次いで、印刷工程を経たグリーンシ
ートを、常圧下にて窒素を吹き付けながら５０℃で１時
間予備乾燥した。

【００４６】次に、ペースト印刷工程を経た複数枚のグ
リーンシートを位置決めして重ね合わせ、この状態で所
定圧力にて真空プレスを行うことにより、グリーンシー
ト積層体を形成した。

【００４７】このようにして得られたグリーンシート積
層体を、窒素雰囲気下にて二段階処理による熱処理工程
を行った。具体的には、開始時における昇温速度を０．
８℃／分程度に設定して、仮焼成炉によりグリーンシー
ト積層体を７００℃まで加熱し、その温度で約１時間温
度キープした（脱脂過程）。次いで、脱脂されたグリー
ンシート積層体を昇温速度を１．０℃／分程度でさらに
１２００℃まで加熱し、その温度で約１０時間温度キー
プした（仮焼成過程）。その後、脱脂及びネック焼結が
施されたグリーンシート積層体（即ちグリーンシート仮
焼体）を常温付近の温度まで冷却した。

【００４８】仮焼成炉からグリーンシート仮焼体を取り
出した後、今度はそれを黒鉛製のるつぼ内に収容し、か
つ本焼成用のホットプレス焼成炉内にセットした。そし
て、窒素雰囲気下にて１００kg/cm²〜３００kg/cm²の加
圧条件でホットプレス焼成を行った。このようなホット
プレスによる本焼成では、１０℃／分〜２０℃／分の昇
温速度で１７００℃〜１９００℃まで昇温し、その焼成
温度にて１時間〜５時間保持することとした。

【００４９】本焼成の終了後にるつぼから焼結体、即ち
窒化アルミニウム製の多層基板２を取り出して外形加工
及び面出し加工を行うとともに、コーティング及びＩ／
Ｏピンのろう付け等の諸工程を実施し、静電チャック１
を完成させた。

【００５０】そして、完成した実施例１における静電チ
ャック１の試験サンプルの特性評価を行うため、基板内
の複数の位置（具体的には１６箇所）におけるヒータ電
極層５の抵抗値を測定し、その平均値を求めた。また、
最大抵抗値及び最小抵抗値の測定結果に基づき、ヒータ
電極層５の抵抗値ばらつき（最大抵抗値を最小抵抗値で
割った値×１００と定義する。）を求めた。そのデータ
を図３のグラフにて黒丸●で示す。同グラフにおいて、
基板内位置とは円盤状の多層基板２における任意の直径
を１６等分したときの各々の分割位置を指している。

【００５１】その結果によると、最大抵抗値は約０．５
８Ω、最小抵抗値は約０．４５Ω、平均値は約０．５１
Ω、抵抗値ばらつきは約１２９％であった。また、基板
内位置における外周領域と中心領域とを比較しても、ヒ
ータ電極層５の抵抗値に顕著な差異がみられなかった。

【００５２】次に、ヒータ電極層５の部分における成分
を分析すべく、Ｘ線解析装置（理学電機社製）を用いて
Ｘ線解析を行った。その結果を図４のグラフに示す。Ｘ
線解析の条件はグラフに記載した通りである。○はＷＣ
の存在に対応して出現するピーク、△はＷ₂ Ｃの存在に
対応して出現するピーク、×は窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）の存在に対応して出現するピークである。

【００５３】図４のグラフによると、ＷＣの存在に対応
して出現する大きなピークが３箇所に見られ、かつＡｌ
Ｎの存在に対応して出現する大きなピークが５箇所に見
られる。その反面、Ｗ₂ Ｃの存在に対応して出現するピ
ークは殆ど見られず、仮にあったとしてもその大きさは
ＷＣ，ＡｌＮのピークに比べて無視できる程度に小さか
った。以上の結果から、実施例１の試験サンプルにおけ
るヒータ電極層５は、Ｗ₂ Ｃを殆ど含まず、ほぼＷＣか
らなるものであることが実証された。 ［実施例２］実施例２における静電チャック１の試験サ
ンプルは、平均粒径が０．９μｍであるＷＣ粒子を用い
て導電性ペーストＰ1 を作製した点を除き、基本的に実
施例１と同一の材料・方法により作製されたものであ
る。

【００５４】上記の特性評価試験を実施例２について行
ったところ、最大抵抗値、最小抵抗値、平均抵抗値及び
抵抗値ばらつきに関し、実施例１とほぼ同様の結果が得
られた。また、基板内位置における外周領域と中心領域
とを比べても、ヒータ電極層５の抵抗値に顕著な差異は
みられなかった。

【００５５】図５には、Ｘ線解析を用いた成分分析の調
査結果が示されている。図５のグラフによると、その大
きさは若干相違してはいるものの、図４のグラフと同じ
箇所に大きなピークが見られることがわかる。つまり、
ＷＣの存在に対応して出現する大きなピークが３箇所、
ＡｌＮの存在に対応して出現する大きなピークが５箇所
ある。その反面、Ｗ₂ Ｃの存在に対応して出現するピー
クは殆ど見られず、仮にあったとしてもその大きさはＷ
Ｃ，ＡｌＮのピークに比べて無視できる程度に小さかっ
た。以上の結果から、実施例２の試験サンプルにおける
ヒータ電極層５も、Ｗ₂ Ｃを殆ど含まず、ほぼＷＣから
なるものであることが実証された。なお、実施例１，２
の結果からして、導電性ペーストＰ1 の粒径の違いによ
る影響は殆どないものと考えられた。 ［実施例３］実施例３における静電チャック１の試験サ
ンプルは、熱処理工程を一段階処理とした点を除き、基
本的に実施例１と同一の材料・方法により作製されたも
のである。ここでの熱処理工程は、具体的には、開始時
における昇温速度を０．８℃／分程度に設定して、仮焼
成炉によりグリーンシート積層体を１２００℃まで加熱
し、その温度で約１５時間温度キープするものとした。
その後、脱脂及びネック焼結が施されたグリーンシート
積層体（即ちグリーンシート仮焼体）を常温付近の温度
まで冷却した。

【００５６】上記の特性評価試験及び成分分析調査を実
施例３についても行ったところ、前記実施例１，２とほ
ぼ同様の好適な結果が得られた。 ［実施例４］実施例４における静電チャック１の試験サ
ンプルは、本実施形態において特徴的な熱処理工程を行
うことなく、その代わりに従来の脱脂及び仮焼成を行っ
た後に本焼成を行うことで作製されたものである。それ
以外の事項については、基本的に実施例１に準拠した。
なお、脱脂を７００℃で１時間行い、それに続く仮焼成
を１４６０℃で１０時間行うこととした。

【００５７】完成した実施例４における静電チャック１
の試験サンプルにつき、実施例１と同じ特性評価を行っ
た。そのデータを図３のグラフにて黒三角▲で示す。そ
の結果、ヒータ電極層５の抵抗値の平均値は約０．９７
Ω、最大抵抗値は約１．３７Ω、最小抵抗値は約０．７
２Ωであり、全体的に高抵抗化する傾向にあった。

【００５８】また、抵抗値ばらつきは約１９０％であっ
たため、実施例１（１２９％）には劣るものの、２００
％以内に収まる好適な値と言いうる結果であった。な
お、基板内位置における外周領域と中心領域とを比較す
ると、外周領域に近づくほどヒータ電極層５の抵抗値が
高くなる傾向が確認された。 ［比較例］比較例における静電チャックの試験サンプル
は、基本的には実施例３に準拠しており、しかも炭化物
粒子を含まない従来のタングステンペーストを導電性ペ
ーストとして用いて作製されたものである。

【００５９】完成した比較例における静電チャックの試
験サンプルにつき、実施例１と同じ特性評価試験を行っ
た。そのデータを図３のグラフにて白抜き四角□で示
す。その結果、ヒータ電極層の平均抵抗値は０．８Ω〜
０．９Ω程度であった。即ち、平均抵抗値は実施例４と
同程度であり、実施例１〜３より大きな値を示した。

【００６０】また、最大抵抗値は約１．５Ω、最小抵抗
値は約０．１Ωであったため、抵抗値ばらつきは約１５
００％という極めて大きい値を示した。なお、基板内位
置における外周領域と中心領域とを比較すると、外周領
域に近づくほどヒータ電極層５の抵抗値が小さくなる傾
向が確認された。

【００６１】図６には、Ｘ線解析を用いた成分分析の調
査結果が示されている。同グラフによると、比較例は実
施例１，４とは明らかに成分が異なることがわかる。即
ち、ＷＣの存在に対応して出現する大きなピークが３箇
所あることに加え、Ｗ₂ Ｃの存在に対応して出現する大
きなピークが４箇所あるからである。

【００６２】以上の結果から、比較例の試験サンプルに
おけるヒータ電極層は、ＷＣのみならず多くのＷ₂ Ｃを
含むことが明らかとなった。 ［結論］以上の結果を総合すると、本実施形態の各実施
例によれば下記のような効果を得ることができる。

【００６３】（１）実施例１，２，３，４では、ＷＣ粒
子を含む導電性ペーストＰ1 をあらかじめ用いて、グリ
ーンシートにヒータ電極層５を形成していることを特徴
とする。従って、熱処理工程を行ったとしてもグリーン
シートにおける不均一な炭化反応が起こりにくい。よっ
て、これを本焼成すればヒータ電極層５の抵抗値の基板
内ばらつきが小さい窒化アルミニウム製の焼結体、即ち
多層基板２を得ることができる。従って、製造される静
電チャック１は、ヒータ電極層５への通電により極めて
正確に表面温度制御を行いうるものとなる。従って、シ
リコンウェハＷ1 を均一に加熱することが可能となり、
高品質の半導体の製造にとって好適なものとなる。

【００６４】また、上記の製造方法によれば、仮焼成時
における窒素ガスの供給量を半減することができる。従
って、脱酸素を図るために大量の窒素ガスの供給が不可
欠であった従来に比べ、極めて経済的となる。

【００６５】（２）さらに実施例１，２，３では、グリ
ーンシート積層体の熱処理工程を、Ｗ₂ Ｃの生成温度よ
りも低い温度域、つまり１２２０℃以下の温度で行うこ
とを特徴としている。このため、ＷＣがそれよりも比抵
抗の大きなＷ₂ Ｃに変化することが確実に防止される。
よって、ヒータ電極層５の抵抗値の基板内ばらつきが小
さくなるばかりでなく、さらにその抵抗値自体を小さく
維持することができる。勿論、このことは正確な表面温
度制御の実現、ひいては高品質半導体の製造にとってプ
ラスに働く。

【００６６】（３）実施例１，２，３では、１２００℃
で所定時間の温度キープを行うことを特徴としているた
め、熱処理工程においてグリーンシート積層体を確実に
ネック焼結させることができる。よって、グリーンシー
ト仮焼体に好適なハンドリング性を付与することがで
き、結果的に歩留まりの向上にもつながる。なお、熱処
理工程の温度は２５０℃以上であることから、確実にグ
リーンシートの脱脂及びネック焼結の両方を達成するこ
とができる。また、１２００℃という温度は、通常なさ
れる仮焼成の温度よりも２００℃以上低い温度である。
よって、熱処理工程に要するトータル時間は、脱脂と仮
焼成とを合わせたトータル時間に比べて短くて済み、従
来に比べて生産性の向上が図られる。勿論、熱エネルギ
ーの付与が少ない量で足りることから、経済的であると
いえる。

【００６７】（４）実施例１，２，３，４の静電チャッ
ク１は、窒化アルミニウム製の多層基板２からなる。従
って、基板材料を樹脂製とした場合やアルミナ製とした
場合に比べて格段に耐熱性に優れており、５００℃以上
の高温にも耐えることができる。また、窒化アルミニウ
ム製の多層基板２は樹脂やアルミナ等に比べて熱伝導率
が大きいため、シリコンウェハＷ1 を均一にムラなく加
熱でき、高品質の半導体を得ることができる。さらに、
窒化アルミニウムは樹脂やアルミナ等に比べて熱膨張係
数が小さくてシリコンの熱膨張係数に近いため、ヒート
サイクルに遭遇してもパーティクルを発生させにくい。
従って、半導体の製造時にシリコンウェハＷ1 を汚染す
ることもなく、これにより歩留まり向上及び高品質化が
図られる。

【００６８】なお、本発明の実施形態は以下のように変
更してもよい。 ・ 本発明のセラミックヒータは、使用温度が−５０℃
〜２５０℃である実施形態のようなエッチング装置用の
静電チャック１にのみ具体化されるに止まらない。即
ち、使用温度が１５０℃〜２５０℃のアッシング装置
用、使用温度が室温〜５００℃のスパッタリング装置
用、使用温度が４００℃〜１０００℃のＣＶＤ装置用と
しても具体化されることも可能である。特に、多層基板
２の内層にＲＦ電極層を形成しておけば、プラズマＣＶ
Ｄ装置用に好適な静電チャック１とすることができる。

【００６９】・ チャック電極層３，４を１層のみ形成
した構成や、チャック電極層３，４を３層以上形成した
構成を採用することも許容される。次に、特許請求の範
囲に記載された技術的思想のほか、前述した実施形態に
よって把握される技術的思想を、必要に応じその効果と
ともに以下に列挙する。

【００７０】（１） 請求項１において、前記熱処理工
程は、２５０℃〜７００℃の範囲内で温度キープを行う
脱脂過程と、前記脱脂過程に引き続いて９００℃〜１２
２０℃の範囲内で温度キープを行う仮焼成過程とからな
る二段階処理であること。

【００７１】（２） 請求項１において、前記熱処理工
程は、９００℃〜１２２０℃の範囲内のみで温度キープ
を行う一段階処理であること。 （３） 請求項１〜３、技術的思想１，２のいずれか１
つにおいて、前記熱処理工程の開始時における昇温速度
は１℃／分以下であること。従って、この技術的思想３
に記載の発明によれば、一段階処理を採用したときでも
充分な脱脂を達成することができる。

【００７２】（４） 請求項１〜３、技術的思想１〜３
のいずれか１つにおいて、前記本焼成工程はホットプレ
ス焼成にて行われること。 （５） 窒化アルミニウム製の焼結体からなる基板にヒ
ータ電極層が形成された静電チャックであって、一炭化
一タングステン粒子を含む導電性ペーストを用いて、窒
化アルミニウム製のグリーンシートに前記ヒータ電極層
を形成し、次いで前記グリーンシートを非酸化性雰囲気
下にて本焼成時よりも低い温度域で加熱する熱処理工程
を行った後、前記グリーンシートを完全に焼結させる本
焼成工程を行うことによって製造されたセラミックヒー
タ。従って、この技術的思想５に記載の発明によれば、
ヒータ電極層の抵抗値の基板内ばらつきが小さくて、半
導体ウェハを均一に加熱できるセラミックヒータとする
ことができる。

【００７３】（６） 窒化アルミニウム製の焼結体から
なる基板にヒータ電極層が形成された静電チャックであ
って、前記基板内における前記ヒータ電極層の抵抗値ば
らつき（最大抵抗値を最小抵抗値で割った値×１００）
が、２００％以下（好ましくは１６０％以下、より好ま
しくは１３０％以下）であるセラミックヒータ。従っ
て、この技術的思想６に記載の発明によれば、半導体ウ
ェハをよりいっそう均一に加熱できるセラミックヒータ
とすることができる。

【００７４】（７） 窒化アルミニウム製の焼結体から
なる基板にヒータ電極層が形成された静電チャックであ
って、前記ヒータ電極層の平均抵抗値が０．８Ω以下
（好ましくは０．７Ω以下、より好ましくは０．６Ω以
下）であるセラミックヒータ。

【００７５】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜３に記
載の発明によれば、ヒータ電極層の抵抗値の基板内ばら
つきが小さくて、半導体ウェハを均一に加熱することが
できるセラミックヒータを製造することができる。

【００７６】請求項２に記載の発明によれば、上記の効
果に加え、さらにヒータ電極層の抵抗値が小さいセラミ
ックヒータを製造することができる。請求項３に記載の
発明によれば、上記の効果に加え、さらにヒータ電極層
の抵抗値が小さいセラミックヒータを確実に製造するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した実施形態の静電チャックの
概略断面図。

【図２】各種タングステン炭化物において、温度とＣ−
Ｗの比率との関係を示すグラフ。

【図３】実施例１，４及び比較例において、ヒータ電極
層の基板内ばらつきの様子を示すグラフ。

【図４】実施例１のサンプルにおけるヒータ電極層の成
分分析データを示すグラフ。

【図５】実施例２のサンプルにおけるヒータ電極層の成
分分析データを示すグラフ。

【図６】比較例のサンプルにおけるヒータ電極層の成分
分析データを示すグラフ。

【符号の説明】

１…静電チャック、２…基板としての多層基板、５…ヒ
ータ電極層、Ｐ1 …導電性ペースト。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K034 AA02 AA34 BB06 BB13 BC04 BC16 BC23 BC29 CA02 CA14 CA22 CA34 CA39 HA01 HA10 JA01 3K092 PP20 QA06 QB02 QB20 QB47 QB74 QB75 QB76 QC02 QC28 QC49 QC62 RF02 RF11 RF17 RF26 UB03 UB04 VV19 VV22

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】窒化アルミニウム製の焼結体からなる基板
   にヒータ電極層が形成されたセラミックヒータを製造す
   る方法において、 一炭化一タングステン粒子を含む導電性ペーストを用い
   て、窒化アルミニウム製のグリーンシートに前記ヒータ
   電極層を形成し、次いで前記グリーンシートを非酸化性
   雰囲気下にて本焼成時よりも低い温度域で加熱する熱処
   理工程を行った後、前記グリーンシートを完全に焼結さ
   せる本焼成工程を行うことを特徴とするセラミックヒー
   タの製造方法。
2. 【請求項２】前記熱処理工程は、一炭化二タングステン
   が生成する温度よりも低い温度域で行われることを特徴
   とする請求項１に記載のセラミックヒータの製造方法。
3. 【請求項３】前記熱処理工程は、２５０℃〜１２２０℃
   の範囲内で行われることを特徴とする請求項１に記載の
   セラミックヒータの製造方法。