JP2001135714A

JP2001135714A - 半導体製造・検査装置用セラミック基板

Info

Publication number: JP2001135714A
Application number: JP2000240813A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Ito; 康隆伊藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1999-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2001-05-18

Abstract

(57)【要約】【課題】スルーホール部分の外部端子との接続信頼性
に優れた半導体製造・検査装置用セラミック基板を提供
することを目的とするものである。【解決手段】セラミック基板の内部に、導電体と外部
端子との電気的接続を確保するためのスルーホールが形
成された半導体製造・検査装置用セラミック基板におい
て、上記スルーホールの少なくとも一部が導電性セラミ
ックからな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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

〔発明の詳細な説明〕

【０００２】

【従来の技術】半導体製品は、シリコンウエハ上に感光
性樹脂をエッチングレジストとして形成し、シリコンウ
エハのエッチングを行う工程等を経て製造される。この
感光性樹脂は液状であり、スピンコーターなどを用いて
シリコンウエハ表面に塗布されるのであるが、塗布後に
溶剤等を飛散させるため乾燥させなければならず、塗布
したシリコンウエハをヒータ上に載置して加熱すること
になる。従来、このような用途に使用される金属製のヒ
ータとしては、アルミニウム板の裏面に発熱体を配置し
たものが採用されている。

【０００３】ところが、このような金属製のヒータは、
以下のような問題があった。まず、金属製であるため、
ヒータ板の厚みは、１５ｍｍ程度と厚くしなければなら
ない。なぜなら、薄い金属板では、加熱に起因する熱膨
張により、反り、歪み等が発生してしまい、金属板上に
載置したシリコンウエハが破損したり傾いたりしてしま
うからである。しかしながら、ヒータ板の厚みを厚くす
ると、ヒータの重量が重くなり、また、かさばってしま
うという問題があった。

【０００４】また、発熱体に印加する電圧や電流量を変
えることにより、加熱温度を制御するのであるが、金属
板が厚いために、電圧や電流量の変化に対してヒータ板
の温度が迅速に追従せず、温度制御しにくいという問題
もあった。

【０００５】そこで、特開平４−３２４２７６号公報で
は、基板として、熱伝導率が高く、強度も大きい非酸化
物セラミックであるＡｌＮを使用し、このＡｌＮ基板中
に発熱体が形成され、この発熱体にタングステンからな
るスルーホールが接続されたセラミックヒータが提案さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
タングステンからなるスルーホールを有するセラミック
ヒータに通電し、長時間使用していると、タングステン
とＡｌＮ基板との熱膨張率の相違に起因して、このスル
ーホールを起点としたクラックが発生してしまうという
問題が発生した。また、発熱体をタングステンの炭化物
で構成した場合、タングステンの炭化物とタングステン
が反応してタングステンスルーホールが炭化し抵抗値が
変動してしまうため、正確な温度制御ができなくなって
ウエハ加熱面の温度が不均一になるという問題が生じ
た。このような問題は、セラミックヒータに限らず、ウ
エハプローバ、静電チャックでも同様であった。

【０００７】本発明は、このような従来技術の問題を解
決するためになされたもので、スルーホール部分の外部
端子との接続信頼性に優れた半導体製造・検査装置用セ
ラミック基板を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の半導
体製造・検査装置用セラミック基板は、セラミック基板
の内部に、導電体と外部端子との電気的接続を確保する
ためのスルーホールが形成された半導体製造・検査装置
用セラミック基板において、前記スルーホールの少なく
とも一部が導電性セラミックからなることを特徴とす
る。

【０００９】上記半導体製造・検査装置用セラミック基
板において、上記スルーホールの外周表面が導電性セラ
ミックからなるものであってもよく、上記スルーホール
の全部が導電性セラミックであってもよい。また、上記
スルーホールのうち、導電体と接続する側が、導電性セ
ラミックからなっていてもよい。なお、本発明の外部端
子とは、電源や制御系との電気的接続を得るためのもの
であり、ピンやリード線等を含むものである。上記半導
体製造・検査装置用セラミック基板において、上記導電
体は、発熱体であってもよい。また、上記導電体が発熱
体であり、上記半導体製造・検査装置用セラミック基板
は、セラミックヒータとして機能するものであってもよ
い。さらに、上記導電体は、ガード電極またはグランド
電極であり、上記半導体製造・検査装置用セラミック基
板は、ウエハプローバとして機能するものであってもよ
く、上記導電体は、静電電極であり、上記半導体製造・
検査装置用セラミック基板は、静電チャックとして機能
するものであってもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】まず、本発明の半導体製造・検査
装置用セラミック基板が、セラミックヒータである場合
を例にとって説明する。本発明に係るセラミックヒータ
は、セラミック基板の内部に、上記発熱体と外部端子と
の電気的接続を確保するためのスルーホールが形成され
たセラミックヒータにおいて、上記スルーホールの少な
くとも一部が導電性セラミックからなることを特徴とす
る。

【００１１】本発明に係るセラミックヒータによれば、
上記スルーホールの少なくとも一部が導電性セラミック
からなり、該導電性セラミックは、セラミック基板と同
じセラミックにより形成されており、熱膨張係数等も余
り変わらない。そのため、スルーホールとセラミック基
板とは一体化され、その結果、スルーホールを起点とし
たクラックが発生することはない。

【００１２】上記スルーホールを構成する導電性セラミ
ックとしては、例えば、タングステン、モリブデン、タ
ンタル、チタンの炭化物あるいは窒化物が挙げられる。
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。上記スルーホールは、上記発熱体と他の素子、他
の電気部品もしくは電源との電気的接続を確保するため
に形成されている。従って、上記スルーホールは、他の
発熱体のほか、ＲＦ電極、静電電極などと接続されてい
てもよく、外部端子と接続されていてもよい。

【００１３】また、上記スルーホールは、外周表面が上
記導電性セラミックからなるものであってもよく、全部
が導電性セラミックからなるものであってもよい。外周
表面が導電性セラミックからなる場合、外周表面を含む
外周部分の厚さは、０．１〜１００μｍが望ましい。外
周部分が導電性セラミックから構成される場合には、そ
の内部は金属から構成されるために電気抵抗も低く、外
部端子などとの接続に有利である。本発明に係るセラミ
ックヒータは、グリーンシートの積層体を焼成すること
により製造するが、上記導電性セラミックからなるスル
ーホールをセラミックヒータ中に形成する際には、導電
性セラミック粉末を原料として使用し、焼成により導電
性セラミックからなるスルーホールを形成してもよく、
タングステン等の金属とカーボンとの混合粉末を原料と
して使用し、焼成中にタングステンとカーボンとを反応
させることにより導電性セラミックからなるスルーホー
ルをセラミック中に形成してもよい。さらに、グリーン
シート中にカーボンを混入し、焼成中にスルーホールと
グリーンシートとの界面でタングステン等の金属とカー
ボンとを反応させ、スルーホールの外周部分の近傍に導
電性セラミックを製造してもよい。また、グリーンシー
トに導電性セラミックを充填し、その後、タングステ
ン、モリブデン、ニッケル、白金、タンタル、チタンな
どの高融点金属（融点１０５０℃以上）を充填してもよ
い。

【００１４】図１は、本発明に係るセラミックヒータの
一例を模式的に示す底面図であり、図２は、上記セラミ
ックヒータの一部分を示す断面図である。ヒータ板１１
は、円板状に形成されており、発熱体１２は、ヒータ板
１１の内部に同心円状のパターンに形成されている。ま
た、これら発熱体１２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外部端子１３が接続されてい
る。また、中央に近い部分には、シリコンウエハ１９を
支持する支持ピン１６を挿入するための貫通孔１５が形
成され、さらに、熱電対等の測温素子を挿入するための
有底孔１４が形成されている。

【００１５】図３（ａ）は、本発明に係るセラミックヒ
ータにおけるスルーホール近傍を模式的に示す部分拡大
断面図であり、（ｂ）は、その底面図である。本発明で
は、ヒータ板１１の内部に発熱体１２が形成されている
ため、外部の端子と接続するためのスルーホールが必要
となり、図２および図３に示したように、ヒータ板１１
の底面１１ｂに袋孔１７が形成され、袋孔１７の底部に
は一定の厚さで上記した構成のスルーホール１８が形成
され、外部端子１３は、袋孔１７内部に充填された金ろ
う２１およびスルーホール１８を介して発熱体１２と接
続されている。

【００１６】また、図３に示したように、袋孔１７の表
面に近い壁面の周囲には、平面視円形の３個の金属層２
０が形成され、外部端子１３を３つの方向から支持する
ようになっている。本発明では、図４のようにスルーホ
ールのうち発熱体に接続する部分１８ｂを導電性セラミ
ックとし、外部端子１３が接続する部分１８ａを高融点
金属で構成してもよい。

【００１７】スルーホール１８の直径は、０．１〜１０
ｍｍが望ましい。断線を防止しつつ、クラックや歪みを
防止できるからである。金ろう２１としては、タングス
テンとの密着性に優れるＡｕ−Ｎｉ合金が望ましい。Ａ
ｕ／Ｎｉの比率は、〔８１．５〜８２．５（重量％）〕
／〔１８．５〜１７．５（重量％）〕が望ましく、Ａｕ
−Ｎｉ層の厚さは、０．１〜５０μｍが望ましい。接続
を確保するに充分な範囲だからである。１０^-6〜１０^-5
Ｐａの高真空下、５００〜１０００℃の高温で使用する
とＡｕ−Ｃｕ合金では劣化するが、Ａｕ−Ｎｉ合金では
このような経時的な劣化がなく有利である。また、Ａｕ
−Ｎｉ合金中の不純物元素量は全量を１００重量部とし
た場合に１重量部未満であることが望ましい。

【００１８】このセラミックヒータ１０において、ヒー
タ板１１の厚さは、０．５〜５ｍｍが好ましい。０．５
ｍｍより薄いと、強度が低下するため破損しやすくな
り、一方、５ｍｍより厚くなると、熱が伝搬しにくくな
り、加熱の効率が悪くなる。

【００１９】セラミックヒータ１０を構成するセラミッ
クは、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックである
ことが望ましい。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、歪んだりしないため、ヒー
タ板１１を薄くて軽いものとすることができるからであ
る。また、ヒータ板１１の熱伝導率が高く、ヒータ板１
１自体薄いため、ヒータ板１１の表面温度が、発熱体１
２の温度変化に迅速に追従する。すなわち、電圧、電流
量を変えて発熱体１２の温度を変化させることにより、
ヒータ板１２の表面温度を良好に制御することができる
のである。

【００２０】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、窒化ホウ素、窒化チタ
ン等が挙げられる。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。

【００２１】また、炭化物セラミックとしては、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、炭化タングステン等が挙げられる。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。

【００２２】これらのなかでは、窒化アルミニウムが最
も好ましい。熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高いか
らである。

【００２３】本発明において、発熱体１２は、タングス
テン、モリブデン等の金属、または、タングステン、モ
リブデンの炭化物等の導電性セラミックからなるもので
あることが望ましい。抵抗値を高くすることが可能とな
り、断線等を防止する目的で厚み自体を厚くすることが
できるとともに、酸化しにくく、熱伝導率が低下しにく
いからである。

【００２４】また、発熱体１２は、ヒーター板１１全体
の温度を均一にする必要があることから、図１に示すよ
うな同心円状のパターンが好ましい。また、発熱体１２
の厚さは、１〜５０μｍが望ましく、その幅は、５〜２
０ｍｍが好ましい。

【００２５】発熱体１２の厚さや幅を変化させることに
より、その抵抗値を変化させることができるが、この範
囲が最も実用的だからである。発熱体１２の抵抗値は、
薄く、また細くなるほど大きくなる。

【００２６】なお、発熱体１２を内部に設けると、加熱
面１１ａと発熱体１２との距離が近くなり、表面の温度
均一性が低下するため、発熱体１２自体の幅を広げる必
要がある。また、ヒータ板１１の内部に発熱体１２を設
けるため、窒化物セラミック等との密着性を考慮する必
要性がなくなる。

【００２７】発熱体１２は、断面が方形、楕円形、紡錘
形、蒲鉾形状のいずれでもよいが、偏平なものであるこ
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１１ａへの熱伝搬量を多くすることがで
き、加熱面の温度分布ができにくいからである。なお、
発熱体１２は螺旋形状でもよい。

【００２８】本発明者らの研究では、アスペクト比（発
熱体１２の厚さに対する幅の値）が１０未満の場合に
は、ヒータ板１１の側面方向への熱の放射が相対的に大
きくなり、発熱体１２に相似した温度分布が発生し、逆
にアスペクト比が５０００を超えても、発熱体中心直上
に熱が蓄積して結局温度分布が生じてしまう。すなわ
ち、いずれにしても温度の均一性を確保できない。

【００２９】従って、前記アスペクト比は、１０〜５０
００が望ましく、要求される耐衝撃温度（水中投下でク
ラックや剥離が発生する温度）ΔＴが１５０℃以上の範
囲では、１００〜３０００がより望ましい。

【００３０】上記アスペクト比が１００未満では、発熱
体がクラックの起点となりやすく、３０００を超えると
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
じやすくなる。

【００３１】本発明では、発熱体１２は、図２に示した
ように、板状体の中心から板状体の厚さ方向に偏芯させ
て形成させ、発熱体１２から遠い方の面を加熱面１１ａ
とすることが望ましい。熱が伝搬中にヒータ板１１全般
に拡散するため、加熱面１１ａに発熱体１２のパターン
に相似した温度分布が発生することを抑制することがで
き、加熱温度分布を均一なものとすることが可能である
からである。

【００３２】発熱体１２をヒータ板１１の内部に偏芯し
て形成する場合の位置は、ヒータ板１１の加熱面１１ａ
から５０％を越える底面１１ｂに近い位置で、９９％ま
での位置とすることが望ましい。５０％以下であると、
加熱面１１ａに近すぎて温度分布が発生してしまい、逆
に、９９％を越えるとヒータ板１１自体に反りが発生し
て、シリコンウエハを破損しやすくなるからである。

【００３３】また、本発明に係るセラミックヒータ１０
においては、発熱体１２の層を複数設けてもよい。この
場合、各層の発熱体１２のパターンは相互に補完するよ
うに形成され、平面視すると、どこかの層に発熱体１２
のパターンが形成された状態が望ましい。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。

【００３４】なお、発熱体１２をヒータ板１１の内部に
設け、かつ、その発熱体を外部に一部露出させてもよ
い。また、本発明では、発熱体１２をヒータ板１１の内
部に形成しているので、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。

【００３５】本発明では、図２に示したヒータ板１１の
有底孔１４等に、必要に応じて熱電対を埋め込んでおく
ことができる。熱電対によりヒータ板の温度を測定し、
そのデータをもとに電圧、電流量を変えて、ヒータ板の
温度を制御することができるからである。

【００３６】ヒータ板１１に貫通孔１５を複数設けてそ
の貫通孔１５に支持ピン１６を挿入し、これらの支持ピ
ン１６上にシリコンウエハ１９を載置することができ
る。また、支持ピン１６を上下させてシリコンウエハ１
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１９を受け取ったりすることができる。

【００３７】次に、本発明に係るセラミックヒータの製
造方法について説明する。 (1) ヒータ板の作製工程まず、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックの粉末
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を作製する。すなわち、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。

【００３８】上述したセラミック粉末としては、窒化ア
ルミニウム、炭化ケイ素などを使用することができる。
必要に応じて、イットリア等の焼結助剤を加えてもよ
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。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。

【００３９】なお、上記ペースト中にカーボンを加えて
おいてもよい。グリーンシート中のカーボンは、スルー
ホール中に充填されたタングステンやモリブデンと反応
し、これらの炭化物が形成されるからである。

【００４０】次に、得られたグリーンシートに、必要に
応じて、シリコンウエハを支持するための支持ピンを挿
入する貫通孔１５となる部分、熱電対などの測温素子を
埋め込むための有底孔１４となる部分、発熱体１２を外
部端子１３等と接続するためのスルーホール１８となる
部分等をパンチング等により形成する（図１〜２参
照）。後述するグリーンシート積層体を形成した後に、
上記加工を行ってもよい。

【００４１】(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上に、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する。印刷は、グリーン
シートの収縮率を考慮して所望のアスペクト比が得られ
るように印刷する。導体ペースト層の厚さは５〜４０μ
ｍが好ましく、その幅は、０．２〜１２ｍｍが好まし
い。これらの導体ペースト中には、タングステン、モリ
ブデン等の金属粒子またはタングステン、モリブデンの
炭化物等の導電性セラミック粒子が含まれている。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。

【００４２】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。

【００４３】導体ペーストは、導電性を確保するための
上記金属粒子または上記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。導体ペー
ストに使用される樹脂としては、アクリル樹脂、エポキ
シ樹脂、フェノール樹脂などが好ましい。また、溶剤と
しては、グリコール、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。

【００４４】具体的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８５〜９７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。

【００４５】また、上記(1) の工程において、グリーン
シートのスルーホール１８となる部分等にタングステ
ン、モリブデン等の高融点金属粒子またはタングステ
ン、モリブデンの炭化物等の導電性セラミック粒子を含
有する導体ペーストを充填する。

【００４６】(3) グリーンシートの積層工程上記(1) の工程で作製した導体ペーストを印刷していな
いグリーンシートを、上記(2) の工程で作製した導体ペ
ーストを印刷したグリーンシートの上下に積層して、グ
リーンシート積層体を形成する。

【００４７】このとき、上側に積層するグリーンシート
の数を下側に積層するグリーンシートの数よりも多くし
て、発熱体の形成位置を底面の方向に偏芯させる。具体
的には、上側のグリーンシートの積層数は２０〜５０枚
が、下側のグリーンシートの積層数は５〜２０枚が好ま
しい。

【００４８】(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および加圧を行い、グリー
ンシートおよび内部の導体ペーストを焼結させる。加熱
温度は、１０００〜２０００℃が好ましく、加圧の圧力
は、１００〜２００ｋｇ／ｃｍ² が好ましい。また、加
熱時間は、２〜１０時間程度が好ましい。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。

【００４９】(5) 外部接続端子の接合焼成後、スルーホールが形成されている部分で、３個の
円からなる金属層２０の中心部分に袋孔１７を形成し、
この袋孔１７に外部端子１３を入れ、金ろう付けを行
う。加熱温度は、９００〜１０５０℃が好適である。な
お、焼成を行った後に、測温素子を挿入するための有底
孔を設けてもよい。有底孔１４は、表面研磨後に、サン
ドブラストなどを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、測温素子として
の熱電対などを銀ろう、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、セラミックヒータの製
造を終了する。以上、セラミックヒータを例にとって説
明してきたが、本発明の半導体製造・検査装置用セラミ
ック基板においては、静電電極を設けて静電チャックと
してもよく、表面にチャップトップ電極を設けてウエハ
プローバとしてもよい。

【００５０】図５は、本発明に係る静電チャックの一実
施形態を模式的に示した断面図である。この静電チャッ
ク１０１は、セラミック基板１００とセラミック誘電体
膜４００との間にチャック正極静電層２００とチャック
負極静電層３００とが設けられ、セラミック基板１００
の内部には抵抗発熱体５００が設けられた構造をしてい
る。

【００５１】この静電チャック１０１では、上記のよう
に、セラミック基板１００とセラミック誘電体膜４００
との間にチャック正極静電層２００とチャック負極静電
層３００とが設けられ、セラミック基板１００の内部に
抵抗発熱体５００が形成されているため、これらと外部
端子とを接続するための接続部（スルーホール）１６０
が必要となる。スルーホール１６０は、タングステンペ
ースト、モリブデンペーストなどの高融点金属からな
り、その外周部分がカーバイト化して導電性セラミック
となっているか、または、タングステンカーバイト、モ
リブデンカーバイトなどの導電性セラミックを充填する
ことにより形成される。

【００５２】また、接続部（スルーホール）１６０の直
径は、０．１〜１０ｍｍが望ましい。断線を防止しつ
つ、クラックや歪みを防止することができるからであ
る。

【００５３】このスルーホール１６０を接続パットとし
て外部端子ピンを接続する。接続は、半田、ろう材によ
り行う。上記ろう材としては、例えば、銀ろう、パラジ
ウムろう、アルミニウムろう、金ろうを使用することが
できる。

【００５４】上記金ろうとしては、Ａｕ−Ｎｉ合金が望
ましい。Ａｕ−Ｎｉ合金は、導電性セラミックとの密着
性に優れるからである。Ａｕ／Ｎｉの比率は、〔８１．
５〜８２．５（重量％）〕／〔１８．５〜１７．５（重
量％）〕が望ましい。Ａｕ−Ｎｉ層の厚さは、０．１〜
５０μｍが望ましい。接続を確保するのに充分な範囲だ
からである。また、１０^-6〜１０^-5Ｐａの高真空で５０
０〜１０００℃の高温で使用するとＡｕ−Ｃｕ合金では
劣化するが、Ａｕ−Ｎｉ合金ではこのような劣化がなく
有利である。また、Ａｕ−Ｎｉ合金中の不純物元素量
は、全量を１００重量部とした場合に１重量部未満であ
ることが望ましい。

【００５５】図６は、本発明に係るウエハプローバ（ウ
エハプローバ用のステージ基板）の一実施形態を模式的
に示した断面図であり、このウエハプローバ２０１で
は、平面視円形状のセラミック基板４３の表面に平面視
同心円形状の溝４７が形成されるとともに、溝４７の一
部にシリコンウエハを吸着するための複数の吸引孔４８
が設けられており、溝４７を含むセラミック基板４３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４２が円形状に形成されている。

【００５６】一方、セラミック基板４３の底面には、シ
リコンウエハの温度をコントロールするために発熱体４
９が設けられており、発熱体４９の両端には、外部端子
ピン（図示せず）が接続、固定されている。また、セラ
ミック基板４３の内部には、ストレイキャパシタやノイ
ズを除去するために平面視格子形状のガード電極４５と
とグランド電極４６とが設けられている。ガード電極４
５とグランド電極４６の材質は、静電電極と同様のもの
でよい。

【００５７】チャックトップ導体層４２の厚さは、１〜
２０μｍが望ましい。１μｍ未満であると、抵抗値が高
くなりすぎて電極として働かず、一方、２０μｍを超え
ると導体の持つ応力によって剥離しやすくなってしまう
からである。

【００５８】チャックトップ導体層４２としては、例え
ば、銅、チタン、クロム、ニッケル、貴金属（金、銀、
白金等）、タングステン、モリブデンなどの高融点金属
から選ばれる少なくとも１種の金属を使用することがで
きる。

【００５９】このような構成のウエハプローバでは、そ
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。なお、ウエハプローバを
製造する場合には、例えば、静電チャックの場合と同様
に、初めに抵抗発熱体が埋設されたセラミック基板を製
造し、その後、セラミック基板の表面に溝を形成し、続
いて、溝が形成された表面部分にスパッタリングおよび
メッキ等を施して、金属層を形成すればよい。

【００６０】

【実施例】以下、本発明をさらに詳細に説明する。（実施例１） (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、カーボン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、ドクターブレート法によ
り成形を行って、厚さ０．４７ｍｍのグリーンシートを
作製した。

【００６１】(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１．８ｍ
ｍ、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、シリコンウエハを支持する
支持ピンを挿入するための貫通孔１５となる部分、スル
ーホール１８となる部分等である。

【００６２】(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。

【００６３】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をグリーンシート上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、図１に示し
たような同心円パターンとし、導体ペースト層の幅を１
０ｍｍ、その厚さを１２μｍ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、表面層
となるグリーンシートの金属層２０を形成する部分に
は、図３に示した３個の円形の貫通孔をお互いが接する
ように形成し、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、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。

【００６４】(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１５０ｋｇ
／ｃｍ² 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２３０ｍｍの円板状
に切り出し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍ（アスペク
ト比：１６６６）の発熱体１２を有するセラミックヒー
タとした。なお、スルーホール１８の大きさは、直径
０．２ｍｍ、深さ０．２ｍｍであり、表面の１０μｍが
グリーンシート内に添加させたカーボンとスルーホール
内に充填されたタングステンとの反応により炭化してい
た。また、３個の金属層２０の直径は、２．５ｍｍであ
った。

【００６５】(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１４
を設けた。

【００６６】(6) さらに、図３に示した円形の金属層２
０が３個集合した部分の中央をドリルでえぐり取って直
径５ｍｍ、深さ０．５ｍｍの袋孔１７とし、この袋孔１
７にＮｉ−Ａｕ合金（Ａｕ：８１．５重量％、Ｎｉ：１
８．４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
端子を接続した。なお、外部端子は、タングステンから
なる３個の金属層２０により支持、接続される構造とな
っている。 (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、セラミックヒータの製造を完了した。

【００６７】（実施例２）カーボンを含有しないほかは
同じ組成のグリーンシート用ペーストを調製し、また、
タングステン粉末の代わりにタングステンカーバイト粉
末を含有するほかは同じ組成のスルーホール用ペースト
を調製したほかは、実施例１の場合と同様にして、セラ
ミックヒータを製造した。

【００６８】（実施例３）基本的には、実施例１と同様
であるが、スルーホールとなる貫通孔部分のうち、発熱
体側に導体ペーストＡを孔深さの１／２程度充填し、残
りの空隙に導電ペーストＢを充填した。

【００６９】（実施例４） (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重量部を配合したペース
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。

【００７０】(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１．８ｍ
ｍ、３．０ｍｍ、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。

【００７１】(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。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半
円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。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Ａを充填した。

【００７２】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℃、８ＭＰａ（８０ｋｇ／ｃｍ
² ）の圧力で圧着して積層体を形成した。

【００７３】(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１５ＭＰａ
（１５０ｋｇ／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２３０
ｍｍの円板状に切り出し、図５に示したような、内部に
厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの抵抗発熱体５００および厚さ
１０μｍのチャック正極静電層２００、チャック負極静
電層３００を有する窒化アルミニウム製の板状体とし
た。

【００７４】(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：２．０ｍｍ）を設けた。

【００７５】(6) さらに、スルーホール１６０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。

【００７６】(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
の製造を完了した。

【００７７】（実施例５） (1) 窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径：
１．１μｍ）１０００重量部、イットリア（平均粒径：
０．４μｍ）４０重量部、ＳｉＣ１０重量部、１−ブタ
ノールおよびエタノールからなるアルコール５３０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。

【００７８】(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
ピンとを接続するためのスルーホール用の貫通孔を設け
た。

【００７９】(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とした。

【００８０】次に、グリーンシートに、この導体ペース
トＡを用いたスクリーン印刷で、格子状のガード電極印
刷体、グランド電極用印刷体を印刷した。また、端子ピ
ンと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Ａ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５０枚積層し
た１３０℃、８ＭＰａ（８０ｋｇ／ｃｍ² ）の圧力で一
体化することにより積層体を作製した。

【００８１】(4) 次に、この積層体を窒素ガス中で６０
０℃で５時間脱脂し、１８９０℃、１５ＭＰａ（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。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４６０の大きさは、直径０．２
ｍｍ、深さ０．２ｍｍであった。また、ガード電極４
５、グランド電極４６の厚さは１０μｍ、ガード電極４
５の形成位置は、ウエハ載置面から１ｍｍ、グランド電
極４６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４５およびグランド電極４６の
導体非形成領域の１辺の大きさは、０．５ｍｍであっ
た。

【００８２】(5) 上記(4) で得た板状体を、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凹部およびウエハ
吸着用の溝４７（幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍ）を設
けた。

【００８３】(6) さらに、ウエハ載置面に対向する面に
発熱体４９を形成するための層を印刷した。印刷は、導
体ペーストを用いた。導体ペーストは、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。この導体ペース
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。

【００８４】(7) 導体ペーストを印刷したセラミック基
板を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セラミック基板４３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６
０ｇ／ｌを含む水溶液からなる無電解ニッケルメッキ浴
にヒータ板を浸漬して、銀の焼結体４９の表面に厚さ１
μｍ、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、ヒータ板は、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２．４ｍｍであり、面積
抵抗率が７．７ｍΩ／□であった。

【００８５】(8) 溝４７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、各金属によって調製した。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１μｍで
あった。

【００８６】(9) 硫酸ニッケル３０ｇ／ｌ、ほう酸３０
ｇ／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メッ
キ浴に、上記(8) で得られたセラミック板を浸漬し、ス
パッタリングにより形成された金属層の表面に厚さ７μ
ｍ、ホウ酸の含有量が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、電界ニッケルメッキで被覆されな
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
金メッキ液に、９３℃の条件で１分間浸漬し、ニッケル
メッキ層上に厚さ１μｍの金メッキ層を形成した。

【００８７】(10)溝４７から裏面に抜ける空気吸引孔４
８をドリル加工により形成し、さらにスルーホール４６
０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（Ａｕ８１．５重量％、Ｎｉ１
８．４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
子ピンを接続させた。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ピ
ンを形成した。

【００８８】(11)次に、温度制御のための熱電対を複数
凹部に埋め込み、ウエハプローバヒータ２０１を得た。

【００８９】（比較例１）カーボンを含有しないほかは
同じ組成のグリーンシート用ペーストを調製したほか
は、実施例１の場合と同様にして、セラミックヒータを
製造した。

【００９０】上記実施例１〜５および比較例１で得られ
たセラミックヒータ、静電チャックおよびウエハプロー
バについて、４００℃で１０００時間放置し、スルーホ
ール部分のクラックの発生具合を顕微鏡により観察し
た。また、加熱前後のスルーホール部分の体積抵抗率を
測定し、その結果を表１に示した。

【００９１】

【表１】

【００９２】その結果、実施例１〜５のセラミックヒー
タ、静電チャックおよびウエハプローバにおいては、ス
ルーホール部分にクラックは全く観察されなかったのに
対し、比較例１のセラミックヒータにおいては、スルー
ホール部分にクラックが観察された。また、表１より明
らかなように、実施例ではスルーホール部分の体積抵抗
率が加熱前後では変化しないのに対し、比較例１では、
加熱後のスルーホール部分の体積抵抗率が極端に高くな
ってしまった。これは、Ｗ₂ Ｃが発熱体とスルーホール
の界面に生成したためであると考えられる。

【００９３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体製造
・検査装置用セラミック基板によれば、スルーホール部
分の外部端子との接続信頼性に優れた半導体製造・検査
装置用セラミック基板を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るセラミックヒータの一例を模式的
に示す底面図である。

【図２】本発明に係るセラミックヒータの一部を模式的
に示す断面図である。

【図３】（ａ）は、図２に示したセラミックヒータの部
分拡大断面図であり、（ｂ）は、その底面図である。

【図４】別の実施形態に係るセラミックヒータの部分拡
大断面図である。

【図５】本発明に係る静電チャックの一例を模式的に示
す断面図である。

【図６】本発明に係るウエハプローバの一例を模式的に
示す断面図である。

【符号の説明】

１０セラミックヒータ１１ヒータ板１２発熱体１３外部端子１４有底孔１５貫通孔１６支持ピン１７袋孔１８（１８ａ、１８ｂ）スルーホール１９シリコンウエハ２０金属層２１金ろう

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｈ０５Ｂ 3/20 ３２８Ｈ０５Ｂ 3/18 3/68 3/20 ３２８Ｃ０４Ｂ 35/00 Ｊ 3/68 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６７

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック基板の内部に、導電体と外部
端子との電気的接続を確保するためのスルーホールが形
成された半導体製造・検査装置用セラミック基板におい
て、前記スルーホールの少なくとも一部が導電性セラミ
ックからな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。
【請求項２】前記スルーホールの外周表面は、導電性
セラミックからなる請求項１に記載の半導体製造・検査
装置用セラミック基板。
【請求項３】前記スルーホールの全部が、導電性セラ
ミックからなる請求項１または２に記載の半導体製造・
検査装置用セラミック基板。
【請求項４】前記スルーホールのうち、前記導電体と
接続する側が、導電性セラミックからなる請求項１〜３
のつずれか１に記載の半導体製造・検査装置用セラミッ
ク基板。
【請求項５】前記導電体は、発熱体である請求項１〜
４のいずれか１に記載の半導体製造・検査装置用セラミ
ック基板。
【請求項６】前記導電体は、発熱体であり、セラミッ
クヒータとして機能する請求項１〜５のいずれか１に記
載の半導体製造・検査装置用セラミック基板。
【請求項７】前記導電体は、ガード電極またはグラン
ド電極であり、ウエハプローバとして機能する請求項１
〜６のいずれか１に記載の半導体製造・検査装置用セラ
ミック基板。
【請求項８】前記導電体は、静電電極であり、静電チ
ャックとして機能する請求項１〜７のいずれか１に記載
の半導体製造・検査装置用セラミック基板。