JP2001077183A

JP2001077183A - 半導体製造・検査装置用セラミック基板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2001077183A
Application number: JP2000174568A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Ito; 康隆伊藤; Masakazu Furukawa; 正和古川; Yasuji Hiramatsu; 靖二平松
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2001-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】薄くて軽い上、導電体の機能，例えば発熱体
である場合に温度を、速やかに基板作業面の作用，例え
ば温度に反映させることのできる半導体製造・検査装置
用セラミック基板を提供すること。【解決手段】絶縁性セラミック基板の内部に、板状, 即
ち扁平形状の導電体を配設すると共に、その導電体を基
板の中心から厚さ方向に偏芯させて配設してなり、その
導電体から遠い側の面を作業面 (加熱面) としたセラミ
ック基板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製品の製造
装置や検査装置に用いられるセラミック基板およびその
製造方法に関し、とくに半導体製品を乾燥するために用
いられるホットプレート (セラミックヒータ) やサセプ
ター、あるいは静電チャックやウエハプローバーに用い
て有用なセラミック基板についての提案である。

【０００２】

【従来の技術】半導体製品に設けられている集積回路等
は、シリコンウエハー上にエッチングレジストとして感
光性樹脂を塗布したのち、エッチングすることにより形
成されるのが普通である。この場合において、シリコン
ウエハーの表面に塗布された前記感光性樹脂は、製造工
程においてスピンコーターなどにより塗布されている
が、塗布後には乾燥しなければならない。その乾燥に当
たっては、感光性樹脂を塗布したシリコンウエハーをホ
ットプレートの上に載置して加熱することにより行われ
ている。従来、半導体製造装置に用いられているウエハ
ー乾燥用ホットプレート，即ちヒータとしては、金属板
(アルミニウム板) からなる基板の表面 (裏面) に発熱
体を配線したものなどが使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
金属製ヒータを半導体製品の乾燥に用いた場合、次のよ
うな問題点があった。それは、ヒータの基板が金属製で
あることから、基板の厚みを１５mm以上に厚くしなけれ
ばならない。なぜなら、薄い金属製基板では、加熱に起
因する熱膨張により、そりや歪みが発生してしまい、こ
の基板上に載置されるウエハーが破損したり傾いたりし
てしまうからである。要するに、従来のヒータは重量が
嵩み、かさばるという問題があった。

【０００４】また、基板に取付けた発熱体に印加する電
圧や電流量を変えることにより、ヒータの加熱温度を制
御する場合、基板の厚みが大きいと、温度が電圧や電流
量の変動に迅速に追従せず、基板の温度制御がしにくい
という問題もあった。

【０００５】これに対し従来、上述した問題点を克服す
る方法として、上記金属製基板に代え、特許登録第２７
９８８５７０号 (特開平６−１７７２３１号公報) や特
公平７−５０７３６号公報などでは、窒化アルミニウム
製静電チャックに、螺旋状の線状発熱体を埋設したヒー
タを提案している。しかしながら、このようなヒータを
実際に試作してみると、ウエハーを載置して加熱する作
業面 (加熱面) に、発熱体のパターンがそのまま投影さ
れた、いわゆる偏りのある温度分布が生じることがわか
った。とくに、上記ヒータ基板中に、例えばヒータの熱
を分散させる緩衝材の役割りを担うべき静電チャック電
極が埋設されていないケースでは顕著に見られる現象で
ある。

【０００６】そこで、本発明の目的は、静電チャック用
やウエハプローバ用の電極の有無にかかわらず、作業
面、即ちウエハの作業面 (加熱面) の作用 (温度分布)
を均一に反映させることができる半導体製造・検査装置
用セラミック基板を提供することにある。本発明の他の
目的は、薄くて軽い上、埋設導電体の作用を速やかに基
板作業面に正確に反映させることのできるセラミック基
板を提供することにある。とくに、ヒータやサセプター
である場合には、埋設発熱体の温度を加熱面 (板面全
体) に均一拡散させることができるようにするために昇
降温特性および均一加熱特性に優れ、また、静電チャッ
クやウエハプローバの場合には吸着能力に優れるものを
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した課題につき検討
を続けた結果、その解決のためには次のような手段を採
用することが有効であることがわかった。即ち、本発明
は、窒化物セラミック、炭化物セラミックまたは酸化物
セラミックからなる絶縁性セラミック基板の内部に、板
状の導電体が埋設されていると共に、その導電体埋設位
置を該基板の中心から厚さ方向に偏芯させて配設してな
り、かつその導電体埋設位置から遠い側の面を作業面と
したことを特徴とする半導体製造・検査装置用セラミッ
ク基板を提案する。

【０００８】前記導電体は、断面アスペクト比 (発熱体
の幅／発熱体の厚さ) が１０〜１００００の扁平形状を
示すことが好ましい。

【０００９】本発明において、前記導電体は、ヒーター
用，サセプター用の発熱体、静電チャック用，ウエハプ
ローバ用の電極であることが好ましい。

【００１０】また、本発明にかかる前記セラミック基板
を製造するに当たっては、窒化物セラミック、炭化物セラミックまたは酸化物
セラミックの粉体を成形して窒化物セラミックまたは炭
化物セラミックの絶縁性のグリーンシートを得る工程、上記グリーンシートのいずれか少なくとも一方の面
に、金属粒子などからなる導電ペーストを印刷する工
程、導電ペースト印刷済みグリーンシートと、導電ペー
ストを印刷していないグリーンシートとを各１枚以上積
層する工程、グリーンシートの積層体を加熱加圧してグリーンシ
ートおよび導電ペーストを焼結することにより、セラミ
ック基板ならびに導電体を形成する工程、の各工程を経て、ホットプレートやサセプタ，静電チャ
ック，ウエハプローバ用のセラミック基板とすることが
必要である。

【００１１】なお、前記工程で得られる導電ペースト
を印刷してなるグリーンシートの上側および下側に、
工程と同様の工程で得られた導電ペーストを印刷してい
ないグリーンシートを積層するに当たっては、上側と下
側のグリーンシートの枚数の比率を１／１〜１／１００
の範囲内とすることが好ましい。

【００１２】前記セラミック基板は、０．５〜５ｍｍ程
度がよい。ただし、薄すぎると破損しやすくなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明にかかるセラミック基板
は、ホットプレート，即ちヒータの他、サセプタや静電
チャック，ウエハプローバ用の基板となるものである
が、以下はホットプレート，即ちセラミックヒータの例
で説明する。さて、そのセラミックヒータは、セラミッ
ク製の板状体, 即ちセラミック基板の部分が、絶縁性の
窒化物セラミック、炭化物セラミックまたは酸化物セラ
ミックからなり、そして、この基板には、断面形状が扁
平である板状の導電体、例えばヒータの場合にあっては
発熱体を、該セラミック基板の内部の、厚み中心から基
板厚さ方向に偏芯した位置に埋設し、しかも発熱体から
の距離が遠い側にある面を作業面、例えばヒータの場合
にあっては加熱面、静電チャック等の場合はウエハ載置
面としたものである。

【００１４】本発明において、前記セラミック基板の素
材として、窒化物セラミック、炭化物セラミックまたは
酸化物セラミックに着目した理由は、これらのセラミッ
クは熱膨張係数が金属よりも小さく、薄くしても加熱に
より反ったり、歪んだりしないからである。その結果、
本発明では基板を薄くて軽いものにすることができる。
また、このような素材にて製造されたセラミック基板
は、熱伝導率が高く、また基板自体も薄いため、該セラ
ミック基板の表面温度が、発熱体の温度変化に迅速に応
答しやすいという特性がある。即ち、該セラミック基板
内に埋設した発熱体の電圧、電流量を変えると、その変
化が速やかに基板加熱面の温度変化として表われるの
で、温度制御特性 (昇降温特性) に優れるということが
できる。

【００１５】なお、前記窒化物セラミックは、金属窒化
物セラミック、例えば、窒化アルミニウム、窒化けい
素、窒化ほう素、窒化チタンから選ばれる少なくとも１
種以上を用いることが望ましい。また、炭化物セラミッ
クは、金属炭化物セラミック、例えば、炭化けい素、炭
化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タン
グステンから選ばれる少なくとも１種以上のものを用い
ることが望ましい。また、酸化物セラミックとしては、
マグネシア，アルミナ，ベリリア，ジルコニア，コージ
エライト，ムライト，チタニアから選ばれる一種以上を
用いることが好ましい。これらのセラミックの中で窒化
アルミニウムが最も好適である。絶縁性が高い一方で熱
伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高いからである。

【００１６】次に、かかるセラミックヒータとしては、
断面形状が扁平である板状の発熱体を基板内部に埋設す
ると共に、その埋設位置が基板の厚み中心からその厚さ
方向に偏った (偏芯した) 位置に埋設され、そして発熱
体からの距離が遠い側にある面を作業面 (加熱面) とし
たことにより、熱の伝搬がセラミック基板全体に均一に
拡散しやすく、加熱面に発熱体のパターンがそのまま投
影されて不均一な温度分布が発生するようなことがなく
なる。即ち、加熱面の温度分布を全面に亘って均一にす
ることができる。即ち、その位置としては、基板の一方
の面 (加熱面) から５０％を越え、９９％までの位置と
することが望ましい。５０％以下だと、加熱面に近すぎ
て発熱体２のパターンに類似した温度分布が発生してし
まい、逆に、９９％を越えると基板１自体にそりが発生
して、ウエハーを破損するからである。

【００１７】かかる発熱体の扁平形状は、断面アスペク
ト比 (発熱体の幅／発熱体の厚さ)で１０〜１００００
の範囲を示すようにしたことにより、断面が真円形状の
ものや断面が正方形に近い形状をしたものよりも、加熱
面の温度分布を均一なものにしやすいという特徴があ
る。即ち、発熱体の断面アスペクト比が１０未満では、
発熱体から上方向 (ウエハー加熱面方向) への熱伝搬と
側面方向 (セラミック基板の側面方向) への熱伝搬が等
しくなってしまい、発熱体間が過熱状態になる。一方、
アスペクト比が１００００を越えると、発熱体の中心線
直上が過熱されて、やはり偏った温度分布が発生してし
まう。より好ましいアスペクト比は５０〜５０００であ
る。これらの条件は、セラミック基板の耐衝撃温度ΔＴ
(水中投下でクラックや剥離が発生する温度) を１５０
℃以上にする上で有効だからである。

【００１８】なお、前記発熱体２は、断面が扁平な板状
材である限り、方形断面あるいは楕円形断面であっても
よく、扁平である限り、加熱面に向かっての放熱特性が
よく、基本的に加熱面に偏った温度分布ができにくいと
言える。なお、発熱体を基板内部に埋設するに当たっ
て、平坦な同心円状もしくは渦巻き状に配線せず、立体
的なスパイラル状に成形した発熱体を埋設する場合、た
とえその発熱体の断面形状が扁平な板状であったとして
も、これは本発明に適合するものではない。結局、円形
断面形状と何ら変わらないものとなるからである。

【００１９】前記発熱体２は、図１, 図２に示すよう
に、セラミック基板１全体の温度を均一にする必要があ
ることから、同心円状のパターンにすることが好適であ
る。また、この発熱体２の厚さは、前記アスペクト比の
範囲内において、１〜５０μｍ、幅は５〜２０ｍｍの扁
平な板状にすることが好ましい。厚さ、幅をこのように
限定する意味は、抵抗値を制御する上で、この範囲が最
も実用的だからである。なお、抵抗値は、発熱体２を薄
く、細くするほど大きくなる。

【００２０】また、この発熱体２の構造 (厚さ, 幅) を
上記のように限定する他の理由は、発熱体自体の幅を拡
げる必要があることに対応している。即ち、発熱体２を
基板１の内部に埋設した場合、加熱面１ａと発熱体２と
の距離が短くなると表面の温度均一性が低下するため、
幅広にすることが有効だからである。なお、発熱体２を
基板内部に設けると、窒化物セラミック等との密着性を
考慮する必要がなくなるので、Ｗ，Ｍｏなどの高融点金
属、ＷやMoなどの炭化物を使用することができるように
なり、ひいては抵抗値を高くすることができる。また、
上記範囲内において、断線等を防止する目的で発熱体の
相対的な厚みを厚くすることもできる。

【００２１】この発熱体２は、基板１厚み方向に複数層
にわたって設けてもよい。この場合は、各層のパターン
は相互に補完するように埋設されることが好ましく、加
熱面のどこかが必ずいずれかの層のパターンがカバーし
ているような状態に埋設されていることが望ましい。例
えば、互いに千鳥模様の如き配置になっている構造であ
る。なお、この発熱体２は、基板１の内部に埋設する
が、その一部が表面に露出するようにしてもよい。

【００２２】本発明において、前記発熱体，即ち導電体
を基板１の所定の位置に配設するには、金属粒子等を含
む導電ペーストを塗布、印刷することなどによって形成
することができる。その導電ペーストは、導電性を確保
するため、金属粒子または導電性セラミックの他、樹
脂、溶剤、増粘剤などを含むものが一般的である。金属
粒子としては、貴金属 (Au, Ag, Pt, Pd) 、Ｗ、Mo、Ni
から選ばれる少なくとも１種以上がよい。これらの金属
は比較的酸化しにくく、発熱するに十分な抵抗値を有す
るからである。また、導電性セラミックとしては、Ｗ、
Moの炭化物から選ばれる少なくとも１種以上を使用する
ことができる。

【００２３】これら金属粒子あるいは導電性セラミック
の粒径は、０．１〜１００μｍであることが望ましい。
微細すぎると酸化しやすく、大きすぎると焼結しにくく
なり、抵抗値が大きくなるからである。

【００２４】導電ペーストに使用される樹脂としては、
エポキシ樹脂、フェノール樹脂などがよい。また、溶剤
としては、イソプロピルアルコールなどが使用される。
増粘剤としては、セルロースなどが挙げられる。

【００２５】なお、セラミック基板がヒータである場合
には、発熱体２を基板１の内部に形成した場合、酸化す
ることがないため、発熱体表面への酸化防止剤などの被
覆は不要である。

【００２６】そして、セラミック基板１の内部に発熱体
２を形成した場合、外部の端子と接続するためのスルー
ホール (ビアホール) ４が必要となる。このスルーホー
ル４は、タングステンペーストを充填することにより形
成することができる。このスルーホールの直径は、０．
１〜１０ｍｍの大きさが好ましい。つまり、スルーホー
ルの大きさがこの程度であれば、断線を防止しつつ、ク
ラックや歪みを防止する上で効果的だからである。この
スルーホール４は接続パッド５と外部端子ピン３との接
続に用いる。この接続は、前記スルーホール内に金ろう
を前記ピンと共に充填することにより行う。その金ろう
としては、Ａｕ−Ｎｉ合金が望ましい。Ａｕ−Ｎｉ合金
は、タングステンとの密着性に優れるからである。この
Ａｕ／Ｎｉ合金の比率は８０〜９０％Ａｕ、１０〜２０
％Ｎｉとすることが望ましい。また、このＡｕ−Ｎｉ合
金層の厚さは、０．１〜５０μｍが望ましい。接続を確
保するに十分な範囲だからである。

【００２７】本発明では、必要に応じてセラミック基板
１に熱電対６を埋め込んでおくこともできる。熱電対に
より該セラミック基板１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、ヒータ板の温度を制御す
ることができるからである。

【００２８】また、図２に示すように、セラミック基板
１に貫通孔７を複数設け、その貫通孔７に支持ピン８を
挿通し、そのピン８の頂部に半導体ウエハー９を載置し
てこれを支持することができる。また、この支持ピン８
を上下動させて半導体ウエハー９を図示しない搬送機に
渡したり、搬送機から半導体ウエハー９を受け取ったり
することもできる。

【００２９】次に、上記セラミックヒータの製造方法に
ついて説明する。 (1) 窒化物セラミック、炭化物セラミックなどのセラミ
ックの粉体をバインダーおよび溶剤と混合してグリーン
シート (生成形体) を得る工程：この工程の処理におい
て、かかるセラミック粉体としては窒化アルミニウム、
炭化けい素などを使用でき、必要に応じてイットリアな
どの焼結助剤などを加えてもよい。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、ポリビニラールから選ばれる少なくとも１
種以上が望ましい。さらに、溶媒としては、α−テルピ
オーネ、グリコールから選ばれる少なくとも１種以上が
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
製造する。前記グリーンシートに、必要に応じてシリコ
ンウエハー用の支持ピン８を挿通するための貫通孔７や
熱電対を埋め込む凹部１１を設けておくことができる。
これらの貫通孔８や凹部１１は、パンチング法などを適
用して形成することができる。グリーンシートの厚さ
は、０．１〜５ｍｍ程度がよい。

【００３０】(2) グリーンシートに発熱体となる導電ペ
ーストを印刷する工程：この工程の処理において、前記
グリーンシート上の発熱体形成部分に金属ペーストある
いは導電性セラミックの如きからなる導電性ペーストを
塗布しまたは印刷する。これらの導電性ペースト中には
金属粒子あるいは導電性セラミック粒子が含まれてお
り、このような金属粒子としてはタングステンまたはモ
リブデンが、また導電性セラミック粒子としてはタング
ステンまたはモリブデンの炭化物が最適である。酸化し
にくく熱伝導率が低下しにくいからである。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０．１〜５
μｍがよい。大きすぎても小さすぎてもペーストを印刷
しにくいからである。このようなペーストとしては、金
属粒子または導電性セラミック粒子８５〜９７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
リビニラールから選ばれる少なくとも１種以上のバイン
ダー１．５〜１０重量部、α−テルピオーネ、グリコー
ルから選ばれる少なくとも１種以上の溶媒を１．５〜１
０重量部混合して調整したタングステンペーストまたは
モリブデンペーストが最適である。

【００３１】(3) 工程(2) で得られたペースト印刷グリ
ーンシートと、工程(1) と同様の工程で得られたペース
トを印刷していないグリーンシートとを各々少なくとも
１枚以上積層する工程：この工程において、２種類のグ
リーンシートを各１層以上積層する場合は、(2) のペー
ストつきグリーンシートの上側 (加熱面側の意味) に積
層されるグリーンシートの数を、下側に積層される(1)
のグリーンシートの数よりも少なくして、発熱体２の埋
設位置を厚さ方向に偏芯させることが重要である。具体
的には、上側に２０〜５０枚、下側に５〜２０枚を積層
する。 (4) 上記グリーンシート積層体を加熱加圧してグリーン
シートおよび導電ペーストを焼結し、セラミック基板お
よび発熱体を得る工程：この工程において、加熱の温度
は、１０００〜２０００℃で、加圧は１００〜２００kg
／cm^２で不活性ガス雰囲気下で行う。不活性ガスとして
は、アルゴン、窒素などを使用できる。

【００３２】(5) 最後に、取付け部位にはんだペースト
を印刷した後、外部端子接続用ピン３を乗せて、加熱し
てリフローする。加熱温度は２００〜５００℃が好適で
ある。さらに、必要に応じて熱電対６を埋め込むことが
できる。なお、本発明においては、ウエハー加熱面と発
熱体との間に静電チャック電極(図示を省略) を形成し
ておいてもよい。

【００３３】以上、半導体製造・検査装置用セラミック
基板として、ホットプレート (ヒータ) を例にとって説
明した。本発明の他の実施形態としては、上記セラミッ
クヒータのほかに、例えば、静電チャックやウエハプロ
ーバ、サセプタ等が挙げられる。例えば、半導体製造・
検査装置を構成するセラミック基板の内部に埋設する前
記導電体として、静電電極を埋設する場合には、静電チ
ャック101 として機能する。その導電体としての静電電
極に用いられる導電ペースト等は、上述したセラミック
ヒータと同一のものが用いられる。

【００３４】図５は、静電チャックとして用いられるセ
ラミック基板を模式的に示す縦断面図である。この静電
チャック用のセラミック基板では、セラミック基板１の
内部にチャック正負電極層５２、５３が埋設され、それ
ぞれスルーホール５６，５７と接続され、その電極上に
セラミック誘電体膜５４が形成されている。

【００３５】一方、セラミック基板１の内部には、抵抗
発熱体５５とスルーホール５８とが設けられ、シリコン
ウエハ等の被加熱物半導体製品を加熱することができる
ようになっている。なお、図示の５９は外部端子接続用
ピンを示しており、またこのセラミック基板１には、必
要に応じて、ＲＦ電極を埋設してもよい。本発明にかか
るセラミック基板が静電チャックに用いられると、導電
体，即ち電極配置が優れているため、ウエハー等の吸着
特性が頗る良好である。

【００３６】次に、本発明にかかる半導体製造・検査装
置用セラミック基板はまた、その表面に、チャックトッ
プ導体層を設け、内部の導電体として、ガード電極やグ
ランド電極を設けた場合には、ウエハプローバ102 とし
て機能するものが得られる。

【００３７】図６は、ウエハプローバを構成するセラミ
ック基板の一実施形態を模式的に示した断面図である。
このウエハプローバでは、平面視円形状のセラミック基
板１の表面に、同心円形状の溝６２が形成されるととも
に、この溝６２の一部にシリコンウエハを吸引するため
の複数の吸引孔６３が設けられており、上記溝６２を含
むセラミック基板１の大部分にシリコンウエハの電極と
接続するためのチャックトップ導体層６４が円形状に形
成されている。

【００３８】一方、該セラミック基板１内の前記チャッ
クトップ導体層６４とは反対側の面に近い位置には、シ
リコンウエハの温度をコントロールするために、平面視
同心円形状に配設される抵抗発熱体６５が埋設されてい
る。この抵抗発熱体６５の両端には、スルーホール６６
を介して外部端子が接続、固定されている。

【００３９】また、この実施形態においては、該セラミ
ック基板１の内部には、その他にストレイキャパシタや
ノイズを除去するために格子形状のガード電極６７とグ
ランド電極６８とが設けられている。このようなウエハ
プローバ102 では、セラミック基板１の上に集積回路が
形成されたシリコンウエハを載置した後、このシリコン
ウエハにテスタピンを持つプローブカードを押しつけ、
加熱、冷却しながら電圧を印加して導通テストを行うこ
とができるが、吸着特性に優れることから、検査工程に
おける処理能力の向上を図る上で有効である。

【００４０】

【実施例】実施例１ (セラミックヒータ) (1) 窒化アルミニウム粉末 (トクヤマ製、平均粒径1.1
μｍ) 100 重量部、イットリア (酸化イットリウムのこ
と、平均粒径 0.4μｍ) ４重量部、アクリルバインダー
11.5重量部、分散剤 0.5重量部および１−ブタノールお
よびエタノールからなるアルコール53重量部を混合した
組成物を、ドクターブレードで形成して厚さ 0.47mm の
グリーンシートを得た。 (2) 前記グリーンシートを80℃で５時間乾燥させた後、
パンチングにて直径1.8mm、3.0 mm、5.0 mmの半導体ウ
エハー支持ピンを挿入するための貫通孔７、および発熱
体２と端子ピン３とを接続するためのスルーホール用の
孔４を設けた。 (3) 平均粒子径１μｍのタングステンカーバイド粒子10
0 重量部、アクリル系バインダー3.0 重量部、α−テル
ピオーネ溶媒を3.5 重量部、分散剤0.3 重量部を混合し
て導電性ペーストＡとした。また、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ー
1.9重量部、α−テルピオーネ溶媒を3.7 重量部、分散
剤0.2 重量部を混合して導電性ペーストＢとした。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
パターンを描いて印刷した。印刷パターンは図１のよう
な同心円とした。また、端子ピンと接続するためのスル
ーホール用の孔４に導電性ペーストＢを充填した (図
２) 。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枚を 130
℃、80kg／cm^２の圧力で積層した。 (4) 積層体を窒素ガス中で600 ℃で５時間脱脂し、1890
℃、圧力150 kg／cm^２で3 時間ホットプレスし、厚さ３
mmの窒化アルミニウム板状体を得た。これを直径230 mm
の円状に切り出して内部に厚さ６μｍ、幅10mmの発熱体
を有するセラミック製の板状体とした (図３(a))。 (5) (4) で得た板状体を、ダイアモンド砥石で研磨した
後、マスクを載置し、ガラスビーズによるブラスト処理
で熱電対６のための凹部１１を設けた（図３(b)）。 (6) さらに、スルーホール４の表面の一部をえぐり取っ
て、図４に示すような凹部５とし、この凹部５にNi−Au
合金からなる金ろうを用い、700 ℃で加熱リフローして
コバール製の端子ピン３を接続した（図３(c) ）。な
お、端子ピン３の接続は、図４のようにタングステンの
支持体12が３点で支持する構造が望ましい。接続信頼性
を確保できるからである。 (7) 温度制御のための複数の熱電対６を凹部１１に埋め
込み、ヒータ100 を得た（図３(d) ）。

【００４１】実施例２ (炭化けい素セラミック板製ヒ
ータ) 実施例１と基本的に同様であるが、平均粒径1.0 μｍの
炭化けい素粉末100 重量部、アクリルバインダー11.5重
量部、分散剤 0.5重量部、および１−ブタノールおよび
エタノールからなるアルコール53重量部を混合した組成
物を、ドクターブレードで形成して厚さ0.50mmのグリー
ンシートを得た。焼結温度を1900℃とし、セラミックヒ
ータを形成した。

【００４２】比較例１ (アルミニウム板製ヒータ) 発熱体としてシリコンゴムで挟持したニクロム線を用
い、厚さ15mmのアルミニウム板とあて板を発熱体にて挟
み、ボルトで固定してヒータとした。そして、このヒー
タに電圧を印加したところ、温度変化が見られるまで24
秒を要した。

【００４３】比較例２ (アルミナ製ヒータ) 基本的には実施例１と同様であるが、アルミナ粉末（平
均粒径1.0 μｍ）100重量部、アクリル系バインダ12重
量部およびアルコールからなる組成物を、スプレードラ
イヤー法にて顆粒状にし、これを金型に入れて、平板状
に成形して生成形体とし、この生成形体を1200℃、圧力
200 kg／cm^２でホットプレスし、厚さ３mmのアルミナ板
状体を得た。また、導電ペーストとしては、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−テルピオーネ溶媒を3.7 重量部、
分散剤0.2 重量部を混合して導電性ペーストとし、これ
を印刷した。導電ペーストを印刷したヒータ板を1000℃
で加熱焼成して、タングステンを焼結させた。

【００４４】比較例３ (窒化アルミニウム＋螺旋ヒー
タ) 基本的には実施例１と同様であるが、導電ペーストで形
成された発熱体の代わりに直径0.5 mmのニクロム線から
なるらせん状に成形した発熱体を埋設した。

【００４５】比較例４ (窒化アルミニウム中心) 基本的には実施例１と同様であるが、発熱体を基板の中
心に配置した。

【００４６】実施例３基本的には実施例１と同様であるが、発熱体を扁平形状
のものではなく、断面を厚さ20μｍ×幅100 μｍの正方
形（アスペクト比１）とした。

【００４７】実施例４基本的には実施例１と同様であるが、印刷条件を変えて
発熱体も扁平形状のものではなく、断面を厚さ５μｍ×
幅60mm（アスペクト比12000 ）とした。

【００４８】下記の表１は、本発明セラミックヒータ
(実施例１〜４) と比較例のヒータについて、通電後の
加熱面への昇温特性と、加熱面における最高温度と最低
温度の差（ΔT）を比較した試験結果を示すが、本発明
例の優位性が確かめられた。なお、加熱面の温度は、サ
ーモビュアで測定した。

【表１】

【００４９】実施例５（静電チャック） (1) 窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径1.
1 μｍ）100 重量部、イットリア（平均粒径：0.4 μ
ｍ）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
ーブレード法による成形を行って、厚さ0.47mmのグリー
ンシートを得た。 (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1.8 mm、3.0 mm、5.0 mm
の半導体ウエハ支持ピンを挿通する貫通孔となる部分、
外部端子と接続するためのスルーホールとなる部分を設
けた。

【００５０】(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、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。また、他のグリー
ンシートに図７に示した形状の静電電極パターンからな
る導体ペースト層を形成した。

【００５１】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３４枚、下側に１３枚積層し、その上に静電電極パタ
ーンからなる導体ペースト層を印刷したグリーンシート
を積層し、さらにその上にタングステンペーストを印刷
していないグリーンシートを２枚積層し、これらを130
℃、80 kg/cm^２の圧力で圧着して積層体を形成した。

【００５２】(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０〜150 kg/cm^２
（詳細は表１）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230 mmの円板状に
切り出し、内部に厚さ６μｍ、幅１０mmの抵抗発熱体５
５および厚さ１０μｍのチャック正極静電層５２、チャ
ック負極静電層５３を有する窒化アルミニウム製の板状
体とした。

【００５３】(5) 次に、(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のための有底孔（直
径：1.2mm、深さ：2.0 mm）を設けた。 (6) さらに、スルーホールが形成されている部分をえぐ
り取って袋孔とし、この袋孔に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
５９を接続した。なお、外部端子５９の接続は、図４に
示すような、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。

【００５４】(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、抵抗発熱体を有する静電チャック
101 の製造を完了した。この静電チャックは、４０℃に
昇温したときの前記温度差（ΔT）は８℃であった。

【００５５】実施例６（ウエハプローバ） (1) 窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径1.
1 μｍ）100 重量部、イットリア（平均粒径0.4 μｍ）
４重量部、実施例１で得られた非晶質カーボン0.9 重量
部、および、１ブタノールおよびエタノールからなる
アルコール53重量部を混合して得た混合組成物を、ドク
ターブレード法を用いて成形し、厚さ0.47mmのグリーン
シートを得た。 (2) 次に、このグリーンシートを80℃で５時間乾燥させ
た後、パンチングにて発熱体と外部端子と接続するため
のスルーホール用の貫通孔を設けた。

【００５６】(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 重量部および分散剤0.
3 重量部を混合して導電性ペーストＡとした。また、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を3.
7 重量部、分散剤0.2 重量部を混合して導電性ペースト
Ｂとした。次に、グリーンシートに、この導電性ペース
トＡを用いたスクリーン印刷で、格子状のガード電極用
印刷体、グランド電極用印刷体を印刷した。また、外部
端子と接続するためのスルーホール用の貫通孔に導電性
ペーストＢを充填した。さらに、印刷されたグリーンシ
ートおよび印刷がされていないグリーンシートを５０枚
積層して130 ℃、80 kg/cm^２の圧力で一体化することに
より積層体を作製した。

【００５７】(4) 次に、この積層体を窒素ガス中で 600
０℃で５時間脱脂し、1890℃、圧力150 kg／cm^２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。得られた板状体を、直径 300mmの円形状に切り
出してセラミック製の板状体とした。スルーホール１６
の大きさは、直径0.2 mm、深さ0.2 mmであった。また、
ガード電極６７、グランド電極６８の厚さは１０μｍ、
ガード電極６７の形成位置は、ウエハ載置面から１mm、
グランド電極６８の形成位置は、ウエハ載置面から1.2
mmであった。また、ガード電極６７およびグランド電極
６８の導体非形成領域の１辺の大きさは、0.5 mmであっ
た。

【００５８】(5) 上記(4) で得た板状体を、ダイアモン
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凹部およびウエハ吸
着用の溝６２ (幅0.5 mm、深さ0.5 mm）を設けた。

【００５９】(6) さらに、ウエハ載置面に対向する面に
発熱体６５を形成するための層を印刷した。印刷は導電
ペーストを用いた。導電ペーストは、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。この導電ペースト
は、銀／鉛ペーストであり、酸化鉛、酸化亜鉛、シリ
カ、酸化ホウ素、アルミナからなる金属酸化物（それぞ
れの重量比率は、５／55／10／25／５）を銀100 重量部
に対して7.5 重量部含むものであった。また、銀の形状
は平均粒径4.5 μｍでリン片状のものであった。

【００６０】(7) 導電ペーストを印刷したのち780 ℃で
加熱焼成して、導電ペースト中の銀、鉛を焼結させると
ともにセラミック基板１に焼き付けた。さらに硫酸ニッ
ケル30ｇ／ｌ、ほう酸30ｇ／ｌ、塩化アンモニウム30ｇ
／ｌおよびロッシェル塩60ｇ／ｌを含む水溶液からなる
無電解ニッケルめっき浴に基板を浸漬して、銀の焼結体
の表面に、厚さ１μｍ、ホウ素の含有量が１重量％以下
のニッケル層（図示せず）を析出させた。この後、基板
は、120 ℃で３時間アニーリング処理を施した。銀の焼
結体からなる発熱体は、厚さが５μｍ、幅2.4 mmであ
り、面積抵抗率が7.7 ｍΩ／□であった。

【００６１】(8) 溝６２が形成された面に、スパッタリ
ング法により、順次、チタン層、モリブデン層、ニッケ
ル層を形成した。スパッタリングのための装置は、日本
真空技術株式会社製のＳＶ−４５４０を使用した。スパ
ッタリングの条件は気圧0.6 Ｐａ、温度100 ℃、電力20
0 Ｗであり、スパッタリング時間は、30秒から１分の範
囲内で、各金属によって調整した。得られた膜の厚さ
は、蛍光Ｘ線分析計の画像から、チタン層は0.3 μｍ、
モリブデン層は２μｍ、ニッケル層は１μｍであった。

【００６２】(9) 硫酸ニッケル30ｇ／ｌ、ほう酸30ｇ／
ｌ、塩化アンモニウム30ｇ／ｌおよびロッシェル塩60ｇ
／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(8) で得られたセラミック基板を浸漬し、スパッタ
リングにより形成された金属層の表面に厚さ７μｍ、ホ
ウ素の含有量が１重量％以下のニッケル層を析出させ、
120 ℃で３時間アニーリングした。発熱体表面は、電流
を流さず、電解ニッケルめっきでの被覆はない。さら
に、表面にシアン化金カリウム２ｇ／ｌ、塩化アンモニ
ウム75ｇ／ｌ、クエン酸ナトリウム50ｇ／ｌおよび次亜
リン酸ナトリウム10ｇ／ｌを含む無電解金めっき液に、
93℃の条件で１分間浸漬し、ニッケルめっき層上に厚さ
１μｍの金めっき層を形成した。

【００６３】(10) 溝６２から裏面に抜ける空気吸引孔
６３をドリル加工により形成し、さらにスルーホール１
６を露出させるための袋孔（図示せず）を設けた。この
袋孔に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
加熱リフローしてコバール製の外部端子を接続させた。
また、発熱体に半田（スズ90重量％／鉛10重量％）を介
してコバール製の外部端子を形成した。

【００６４】(11) 次に、温度制御のための複数の熱電
対を凹部に埋め込み、ウエハプローバ102 を得た。この
ウエハプローバ102は、１５０℃に加熱したときの前記
温度差ΔTは０．５℃であった。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる半
導体製造・検査装置用セラミック基板は、薄くかつ軽い
ので実用的である。また、熱伝導性の良い窒化物セラミ
ックまたは炭化物セラミックの板状体を使用すること
で、電圧、電流量の変化に対する基板の応答性とくに温
度追従性に優れており、温度制御しやすいうえに昇降温
特性に優れる他、該基板の加熱面の温度分布の均一性に
も優れるという効果がある。そして、静電チャックやウ
エハプローバとして用いたときには、優れた吸着特性を
示すものが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】セラミックヒータの模式図である。

【図２】セラミックヒータの使用状態を示す一部の断面
図である。

【図３】セラミックヒータの製造工程を表す模式図であ
る。

【図４】端子の接続構造部分を示す斜視図である。

【図５】静電チャックの縦断面図である。

【図６】ウエハプローバの縦断面図である。

【図７】内装電極パターンの模式図である。

【符号の説明】

１セラミック基板２発熱体３端子ピン４金属 (銀−鉛) 粒子焼結体 (スルーホール) ５接続パッド６熱電対７貫通孔８半導体ウエハー支持ピン９半導体製品１１熱電対用凹部１２支持体１００ヒータ１０１静電チャック１０２ウエハプローバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０４Ｂ 37/00 Ｈ０１Ｌ 21/66 ＨＨ０１Ｌ 21/205 Ｈ０５Ｂ 3/02 Ａ 21/3065 3/18 21/66 3/20 ３２８Ｈ０５Ｂ 3/02 Ｂ２８Ｂ 11/00 Ｚ 3/18 Ｃ０４Ｂ 35/00 Ｇ 3/20 ３２８Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性セラミック基板の内部に、板状の
導電体が埋設されていると共に、その導電体埋設位置を
該基板の中心から厚さ方向に偏芯させて配設してなり、
かつその導電体埋設位置から遠い側の面を作業面として
構成したことを特徴とする半導体製造・検査装置用セラ
ミック基板。
【請求項２】前記導電体は、断面アスペクト比 (発熱
体の幅／発熱体の厚さ) が１０〜１００００の扁平形状
を示すものであることを特徴とする請求項１に記載のセ
ラミック基板。
【請求項３】前記導電体は、ヒーター用，サセプター
用の発熱体、静電チャック用，ウエハプローバー用の電
極であることを特徴とする請求項１または２に記載のセ
ラミック基板。
【請求項４】少なくとも以下の〜の工程を含むこ
とを特徴とする半導体製造・検査装置用セラミック基板
の製造方法。セラミック粉体を成形してセラミックの絶縁性グリ
ーンシートを得る工程。上記グリーンシートのいずれか少なくとも一方の面
に、金属粒子などからなる導電ペーストを印刷する工
程。導電ペースト印刷済みグリーンシートと、導電ペー
スト印刷をしていないグリーンシートとを各１枚以上積
層する工程。グリーンシートの積層体を加熱加圧してグリーンシ
ートおよび導電ペーストを焼結することにより、セラミ
ック基板および導電体を形成する工程。
【請求項５】前記工程で得られるペースと印刷済み
グリーンシートの上側および下側に、工程と同様の工
程で得られたペースト印刷をしていないグリーンシート
を積層するにあたり、上側と下側のグリーンシートの枚
数の比率を１／１〜１／１００の範囲内とすることを特
徴とする請求項３に記載のセラミック基板の製造方法。