JP2001118759A - 半導体製造・検査装置用セラミック基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 昇降温特性と吸着能力とに優れると共に、基
板内に埋設されている導電体と外部端子接続用ピンとの
接続信頼性に優れた半導体製造・検査装置に用いられる
セラミック基板を提供すること。 【解決手段】 内部に導電体が埋設された絶縁性セラミ
ック基板に、その埋設導電体を基点として基板表面に向
けて穿設された袋孔が設けられていると共に、この袋孔
内に外部端子接続用ピンを嵌め入れることにより、前記
導電体と該外部端子接続用ピンとがこの袋孔内において
その中に充填した導電性のろう材を介して電気的に接続
されているセラミック基板。

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、外部端子
との接続信頼性に優れる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、スピン
コーターなどにより塗布されているため、塗布後に乾燥
する必要がある。その乾燥処理は、該感光性樹脂を塗布
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前記ホットプレート，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
金属製基板からなる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ことに起因していた。なぜな
ら、薄い金属製基板では、加熱に伴なう熱膨張により、
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。
しかも、従来のヒータは厚みがあるため重量が大きく、
かさばるという問題もあった。

【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、基板の温度が電圧
や電流量の変動に迅速に追従せず、基板の温度制御特性
が悪いという問題もあった。

【０００５】このような問題に対し、従来、特開平８−
２１３１５２号公報では、アルミナの如きセラミック基
板を利用したセラミックヒータが提案されている。しか
しながら、この従来技術では、表面電極と外部電極との
接続が、基板表面に設けた“ろう材”を介して行われて
いる。そのために、ヒータの使用中に発熱体、外部電極
（端子）、セラミックそれぞれの熱膨張率差等に起因し
て発生する応力により、外部端子接続用ピンと発熱体と
が、しばしば絶縁してしまうという問題があった。

【０００６】そこで本発明の目的は、基板としての基本
的な特性である昇降温特性と吸着能力とに優れると共
に、基板内に埋設されている導電体と外部端子接続用ピ
ンとの接続信頼性に優れた半導体製造・検査装置に用い
られるセラミック基板を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような課題に対し、
その克服手段として本発明では、次のような要旨構成に
かかるセラミック基板を提案する。即ち、本発明は、内
部に導電体が埋設された絶縁性セラミック基板に、その
埋設導電体を基点として基板表面に向けて穿設された袋
孔が設けられていると共に、この袋孔内に外部端子接続
用ピンを嵌め入れることにより、前記導電体と該外部端
子接続用ピンとがこの袋孔内においてその中に充填した
導電性のろう材を介して電気的に接続されていることを
特徴とする半導体製造・検査装置用セラミック基板であ
る。

【０００８】本発明にかかる上記セラミック基板におい
て、前記導電体に接して導電性接続パッドを設け、この
接続パッド部に接してさらに前記袋孔を設けて外部端子
接続用ピンを接続したものであることが好ましい。ま
た、本発明においては、前記導電体が、ヒータ用，サセ
プタ用の発熱体、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。

【０００９】

【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
にあっては加熱面としたものである。

【００１０】本発明にかかるセラミック基板の特徴は、
それがヒータである場合、絶縁性セラミック基板の内部
に埋設した発熱体と外部端子とを電気的に接続するため
の手段として、該基板表面と内部に埋設されている発熱
体との間を結ぶ袋孔（端子ピン挿入用のピン立てホー
ル）を形成し、この袋孔内に前記外部端子接続用ピンを
嵌め入れることにより、その孔底に露出する前記発熱体
と直接に接続し、もしくはさらにその孔底に形成した接
続パッドを介して、いわゆる基板内部において電気的に
接続するようにした点の構成にある。

【００１１】例示のセラミックヒータについては、埋設
発熱体を基点として非加熱面側の基板表面に向けて穿孔
形成した円筒状袋孔中に、外部端子接続用ピンの一端部
を嵌め入れて支持するようにしている。そのため、該外
部端子（ピン）がガタつかず、また、たとえ袋孔内に形
成した接続パッドを介して接続した場合であっても、た
とえば外部端子に外力が加わったようなときでも該ピン
や袋孔に応力の集中が起こらず、力を均等に分散させる
ことができる。従って、発熱体やセラミック基板自体に
クラックが発生するのを阻止できるようになり、また、
外部端子の脱落防止に効果がある。

【００１２】前記セラミック基板の素材としては、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
クが用いられる。この理由は、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
では基板自体を薄くて軽いものにすることができる。ま
た、このようなセラミック基板は、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。このセラミック
基板の厚みは、０．５〜５ｍｍ程度のものがよい。薄す
ぎると破損しやすくなるからである。

【００１３】前記窒化物セラミックの例としては、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。炭化物セラミックの
例としては、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１種
以上を用いることが望ましい。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。熱伝導率が１８
０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高いからである。

【００１４】前記セラミック基板中には、断面形状が扁
平である板状の発熱体が埋設されるが、その埋設位置は
基板の中心からその厚さ方向に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加熱面
として構成したものが好ましい。このような構成にする
と、熱の伝搬がセラミック基板全体に均一に拡散しやす
く、たとえば従来のように加熱面に発熱体のパターンが
そのまま加熱面に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均
一にすることができる。発熱体の埋設位置としては、基
板の一方の面（加熱面）から５０％を越え、９９％まで
偏った位置に埋設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。

【００１５】かかる発熱体の形状は、断面アスペクト比
（発熱体の幅／発熱体の厚さ）で１０〜５０００の範囲
を示すような扁平形状のものが望ましい。このような形
状のものは、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、発熱体からの上方向（ウエ
ハー加熱面方向）への熱伝搬に対し側面方向（セラミッ
ク基板の側面方向）への無駄な熱伝搬が大きくなってし
まい、しかも発熱体の配線形に類似した温度分布を示す
ようになる。一方、上記アスペクト比が５０００を越え
ると、発熱体の中心付近に熱の蓄積が起こって、やはり
偏った温度分布が発生してしまい、板面温度の均一性が
確保できなくなる。

【００１６】より好ましい発熱体の断面アスペクト比は
１００〜３０００である。即ち、アスペクト比が１００
未満では、発熱体がクラックの起点となりやすく、一
方、３０００を越えると製造時のグリーンシート間の焼
結を阻害してグリーンシート間に界面ができ、これが起
点となってクラックが生じるからである。なお、こうし
たアスペクト比をもつ発熱体の場合、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℃以上にする上でも有効に作用する。

【００１７】このような発熱体２は、具体的には図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
にする上で、たとえば同心円状の配線パターンとするこ
とが好ましく、その厚さは、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。そして、上記範囲内であれ
ば、断線等を防止する目的で発熱体の相対的な厚みを厚
くすることは可能である。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。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になるからである。

【００１８】なお、発熱体２は基板内部に埋設されるも
のであるから、基板材料である窒化物セラミック等との
密着性をあまり考慮する必要がなくなり、Ｗ，Ｍｏなど
の高融点金属、ＷやＭｏなどの炭化物の使用が可能にな
り、ひいては抵抗値を高くすることができる。なお、抵
抗値は、発熱体２を薄く、細くするほど大きくなる。

【００１９】この発熱体２は、扁平な板状体である限
り、断面が方形、楕円、紡錘、蒲鉾形状のいずれでもよ
い。扁平な板状体を採用した理由は、内部に発熱体を設
ける場合は、扁平形状の方が加熱面に向かって放熱しや
すいため、加熱面の偏った温度分布ができにくいからで
ある。なお、発熱体の断面が扁平でも螺旋コイル形状の
ものは断面が円形状と同じ熱伝搬効果を示すので本発明
には含まない。

【００２０】この発熱体２は、基板１厚み方向に複数層
にわたって配設してもよい。この場合は、各層のパター
ンは、平面からみて、相互に補完するような位置に埋設
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
るようにする。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。

【００２１】本発明において、前記発熱体を基板１の所
定の位置に埋設する方法としては、金属粒子等を含む導
電ペーストを積層するグリーンシートの１つに、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の金属粒子また
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、Ｗ、Ｍｏ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，Ｍ
ｏ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。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。

【００２２】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。

【００２３】なお、本発明に係るセラミック基板では、
発熱体をセラミック基板内部に形成するので、発熱体表
面が酸化されることがない。このため、該発熱体表面を
酸化防止剤などで被覆する必要はない。

【００２４】本発明では、セラミック基板１の内部に発
熱体２を埋設することになるが、この場合、外部の端子
と接続するために、上述したように、セラミック基板１
の非加熱面側表面から発熱体２に向けて接続用ピン挿入
のための袋孔５を穿設することを基本としている。さら
に、それに加えて、該発熱体２に接して該袋孔５の孔底
に接続パッド４を設け、この接続パッド４を介して外部
端子接続用ピン３と発熱体２とを接続するようにしても
よい。なお、前記接続パッド４は、該基板１の加熱面と
は反対側にある表面から発熱体２に向けて穿設した袋孔
（スルーホール，ビアホール）５の孔底中に、ＷやＭ
ｏ，Ｎｉのペーストなどを充填することにより形成する
ことができる。この袋孔５ならびに接続パッド４の直径
は、０．１〜１０ｍｍの大きさにすることが好ましい。
つまり、袋孔５や接続パッド４の大きさがこの程度であ
れば、ピンの損壊や断線を防止しつつ、さらに発熱体や
基板のクラックや歪みを防止する上で効果的だからであ
る。

【００２５】上述したところからわかるように、本発明
の特徴は、かかる発熱体２と外部端子との接続を、該発
熱体２に接して露出した状態にある袋孔５の孔底に外部
端子接続用ピン３を嵌め入れ、いわゆる基板内部におい
て、この両者の電気的な接続がなされるようにしたこと
にある。とくに、その接続を確実にするために、袋孔５
内に、金ろうあるいは銀ろうなどの高融点ろう材１３を
充填すると共に、前記接続用ピン３を挿入することによ
り行う点にある。前記金ろうとしては、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。この金ろうにおけるＡｕ／Ｎｉ
の比率は８１．５〜８２．５Ａｕ／１８．５〜１７．５
Ｎｉのものが望ましい。また、このＡｕ−Ｎｉ金ろう層
の厚さは、接続を確保するために０．１〜５０μｍ程度
にすることが望ましい。このような金ろうは、１０^−６
〜１０^−５Ｐａ×１０００℃という高温・高真空下で
も、Ａｕ−Ｃｕ合金のような劣化がないので好ましい材
料といえる。

【００２６】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ができる。この熱電
対６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、該基板の温度を制
御することができるからである。

【００２７】セラミックヒータの使用形態においては、
図２（ａ）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を挿通させ、基
板１の加熱面側に突出した該支持ピン８頂部に、上記加
熱面に対向させて半導体ウエハー９等を支持し、加熱乾
燥する。なお、この使用形態については、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。

【００２８】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。上記バインダの
例としては、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。上記溶媒の例としては、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。得られるグリーンシートには、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１０を開口しておくことができ
る。これらの貫通孔７や凹部１０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。

【００２９】（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、厚さ５〜４０μｍで幅０．５〜１２μｍの形状とな
るように塗布し、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
０．１〜５μｍ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８５〜９
７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１．５〜１０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。

【００３０】（３）工程（２）で得られた発熱体２用の
導電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。

【００３１】（４）上記のようにして得られたグリーン
シート積層材に対し、袋孔と、必要に応じ導電性パッド
とを形成する工程：この工程では、セラミック基板１の
非加熱側の表面から、前記発熱体２に向けて穿孔するこ
とにより袋孔５が形成される。この袋孔５の孔底には、
必要に応じ、該発熱体２に隣接して接続パッド４部を形
成してもよい。さらに、かかる袋孔５の内壁面の少なく
ともその一部に導電体を形成してもよい。例えば、この
袋孔５の外まわりの少なくとも３か所に、図４に示すよ
うな導電性支持部材１２を等間隔に設ける。そして、こ
れらの導電性支持部材１２を袋孔５の内壁面に露出さ
せ、この袋孔５に挿入される外部端子接続用ピン３との
電気的な接続がこの導電性支持部材１２を介しても行わ
れるように構成する。

【００３２】（５）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、発熱体ならびに接続パッドを形成する工
程：この工程において、加熱の温度は、１０００〜２０
００℃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。

【００３３】（６）最後に、発熱体２に接して直接設け
られた袋孔５、またはその孔底にある接続パッド４部
に、金ろうとしてＡｕ−Ｎｉ合金ペーストを印刷した
後、外部端子接続用ピン３を深く挿入したのち、加熱し
て前記ペーストをリフローする。加熱温度は２００〜５
００℃が好適である。さらに、必要に応じて凹部１１に
熱電対６を埋め込むことができる。なお、例示のセラミ
ックヒータについては、基板のウエハー加熱面と発熱体
との間に、静電チャック電極など（図示を省略）を形成
しておいてもよい。

【００３４】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
クヒータのものと同一のものが用いられる。

【００３５】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。

【００３６】一方、セラミック基板１の内部には、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９を加熱することができるよ
うになっている。なお、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として用いられると、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。

【００３７】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。

【００３８】図６は、その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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】

【実施例】実施例１ （１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ製、平均粒径
１．１μｍ）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５
３重量部を混合した組成物を、ドクターブレードによっ
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、３．０ｍｍ、５．
０ｍｍの半導体ウエハー支持ピン８を挿入するための貫
通孔７用孔、および発熱体２と外部端子接続用ピン３と
を接続するための袋孔５を形成した。発熱体２を形成す
るグリーンシートに下記導電性ペーストＡをスクリーン
印刷法を用いて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、外部端子接続用
ピン３と接続するための袋孔５には下記導電性ペースト
Ｂを印刷充填した。 （３）発熱体２となるＷのペーストＡを印刷したグリー
ンシートを中心とし、その上側（加熱面側）には、発熱
体２形成用導電ペーストを印刷していないグリーンシー
トを３７枚積層し、その反対の下側には１３枚のグリー
ンシートを重ね合わせ、１３０℃、８０ｋｇ／ｃｍ^２の
圧力で積層した。 導電性ペーストＡ：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。 導電性ペーストＢ：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を調整とした。 （４）前記グリーンシート積層体を窒素ガス中で６００
℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５０ｋｇ／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。これを直径２３０ｍｍ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、前記袋孔５に接続用ピン３とともにＮｉ
−Ａｕ合金からなる金ろう１３を充填し、７００℃で加
熱リフローしてコバール製の外部端子接続用ピン３を固
着した（図３（ｃ））。 （７）温度抑制のための複数の熱電対６を前記凹部１１
に埋め込み、セラミックヒータ１００を得た（図３
（ｄ））。

【００４２】実施例２ 実施例１と基本的に同様であるが、袋孔５内にＡｕ：３
８ｗｔ％−Ｃｕ：６２ｗｔ％の金ろうを用いた。 実施例３ 基本的には実施例１と同様であるが、袋孔内にＡｕ：８
２ｗｔ％−Ｃｕ：１８ｗｔ％の金ろうを充填してピンと
発熱体との接続を行った。

【００４３】本発明に適合する実施例のヒータと、その
比較例のヒータとについて、室温〜６００℃の昇降温試
験を１０００回行い、４個所の端子ピンの寿命（電気的
絶縁の有無）を調べた。その結果を表１に示す。この表
から明らかなように、本発明例の接続寿命が良好なこと
が確かめられた。

【表１】

【００４４】実施例４ （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
１．１μｍ）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１．８ｍｍ、３．０ｍ
ｍ、５．０ｍｍ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。

【００４５】（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。

【００４６】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、ＷペーストＡ
を印刷していないグリーンシートを上側（加熱面）に３
４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Ｗの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℃、８０ｋ
ｇ／ｃｍ^２の圧力で圧着して積層体を形成した。

【００４７】（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０〜１
５０ｋｇ／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２３０ｍｍの円板状に切り出し、内部に厚さ６μｍ、
幅１０ｍｍの抵抗発熱体５５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。

【００４８】（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、Ｓｉ
Ｃ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：２．０ｍｍ）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を３点で
支持するような構造にすることが望ましい。接続信頼性
を確保する上で有効だからである。

【００４９】（７）次に、温度制御のための複数の熱電
対を凹部１１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、４
００℃で５０００時間使用しても、外部端子の劣化が見
られなかった。

【００５０】実施例５（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
１．１μｍ）１００重量部、イットリア（平均粒径０．
４μｍ）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。

【００５１】（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℃、８０ｋｇ／ｃｍ^２
の圧力で一体化することにより積層体を作製した。

【００５２】（４）次に、この積層体を窒素ガス中で６
００℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５０ｋｇ／
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３００
ｍｍ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０．２ｍｍ、深
さ０．２ｍｍ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１．２ｍｍ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、０．５ｍｍであった。

【００５３】（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０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍ）
を設けた。

【００５４】（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１０
０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４．５μｍでリン片状のもので
あった。

【００５５】（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５μ
ｍ、幅２．４ｍｍであり、面積抵抗率が７．７ｍΩ／□
であった。

【００５６】（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０．６Ｐａ、温度１００℃、
電力２００Ｗ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
０．３μｍ、モリブデン層は２μｍ、ニッケル層は１μ
ｍであった。

【００５７】（９）硫酸ニッケル３０ｇ／ｌ、ほう酸３
０ｇ／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５０
ｇ／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。

【００５８】（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
１６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％、Ｎ
ｉ：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９
０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。

【００５９】（１１）次に、温度制御のための複数熱電
対を凹部に埋め込み、ウエハプローバ１０２を得た。こ
のようにして得られたウエハプローバ１０２について
は、１５０℃で５０００時間使用しても、外部端子の劣
化が見られなかった。

【００６０】

【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、昇降温特性
（ヒータ，サセプタ）と吸着能力（静電チャック，ウエ
ハプローバ）とに優れると共に、内部に埋設した発熱体
や電極の如き導電体と外部端子との接続信頼性が優れて
いる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発熱体のパターンを示す模式図である。

【図２】ヒータの使用状態における従来と本発明のピン
接続の模様を示す説明図である。

【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 外部端子接続用ピン ４ 接続パッド ５ 袋孔 ６ 熱電対 ７ 貫通孔 ８ ウエハー支持ピン ９ ウエハー １１ 凹部 １２ 導電性支持部材 １３ ろう材 １００ セラミックヒータ 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） Ｈ０５Ｂ 3/18 Ｈ０５Ｂ 3/20 ３２８ 3/20 ３２８ Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６６

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に導電体が埋設された絶縁性セラミ
   ック基板に、その埋設導電体を基点として基板表面に向
   けて穿設された袋孔が設けられていると共に、この袋孔
   内に外部端子接続用ピンを嵌め入れることにより、前記
   導電体と該外部端子接続用ピンとがこの袋孔内において
   その中に充填した導電性のろう材を介して電気的に接続
   されている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。
2. 【請求項２】 前記導電体に接して導電性接続パッドを
   設け、この接続パッド部に接してさらに前記袋孔を設け
   て外部端子接続用ピンを接続したことを特徴とする請求
   項１に記載のセラミック基板。
3. 【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。