JP2001135715A

JP2001135715A - 測温素子および半導体製造装置用セラミック基材

Info

Publication number: JP2001135715A
Application number: JP2000254466A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Matsubara; 均松原; Yasuji Hiramatsu; 靖二平松; Yasutaka Ito; 康隆伊藤; Atsushi Ito; 淳伊藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2001-05-18

Abstract

(57)【要約】【課題】セラミックヒータとした場合には温度制御し
やすく、加熱面の温度均一性に優れるセラミック基材
と、このヒータに用いられる発熱体を提供する。【解決手段】セラミック板の表面または内部に温度制御
手段を設けると共に、この基板内部に熱電対を配設して
なるセラミック基材において、シース内に、異なる２種
類の金属線を接合して構成すると共にその接合部位の大
きさが、各金属線の素線径と同一かもしくはそれよりも
大きいものの、 0.5ｍｍ以下である熱電対を収容したこ
とを特徴とする半導体製造装置用セラミック基材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に半導体産業に
おいて使用される半導体製品の乾燥あるいはスパッタリ
ング等に用いられるセラミックヒータや静電チャック、
ウエハプローバとしての機能を具える半導体製造装置用
セラミック基材、およびこのセラミック基材に用いられ
る測温素子に関し、特に、温度制御しやすく、加熱面の
温度均一性確保に優れる半導体製造装置用セラミック基
材を得るための技術を提案する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製品の電子回路は、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ている。こ
の場合、シリコンウエハーの表面に塗布された感光性樹
脂は、スピンコーターなどにより塗布されたものである
から、塗布後に乾燥する必要がある。その乾燥処理は、
感光性樹脂を塗布したシリコンウエハーをヒータの上に
載置して加熱することにより行われる。従来、このよう
なヒータとしては、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用いられてい
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。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
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、ヒータ基板の温度
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点もあった。

【０００５】これに対して従来、特公平８−８２４７号
公報などでは、発熱体を形成した窒化物セラミック基板
を使用し、その発熱体近傍の温度を測定しながら、セラ
ミック板の温度を制御するセラミックヒータを提案して
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなセラミックヒータを用いてシリコンウエハを加熱し
ようとすると、ヒータ表面に偏った温度分布が不可避的
に発生するという問題があった。

【０００７】そこで、本発明の目的は、温度制御しやす
く、加熱面の温度均一性に優れるセラミックヒータ, 静
電チャック, ウエハプローバとしての機能が付与された
セラミック基材およびこの基材に取付けられる測温素子
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上掲の目的の実現に向け
発明者らは、シリコンウエハ破損の原因について研究す
る中で、温度制御を行っているにもかかわらずセラミッ
ク基材に不均一な温度分布が発生する主な理由は、熱電
対の応答性が悪いためであることがわかった。そして、
発明者らはさらに研究を続けた結果、熱電対の応答性が
充分でない理由は、熱電対の接合部分 (金属線接合部)
が球状になっており、この部分の熱容量が大きくなるた
め、温度が正確に電流値に変換されないためであるとの
知見を得た。そこで、発明者らは、２本の金属線接合部
を従来のように溶融した後、圧着して球状としたもので
はなく、接合部分をレーザ光でスポット加熱して接合す
る方法に着目し、この方法によって接合部の形状をスリ
ム化して、熱電対の温度制御性を向上させることに成功
した。さらに、この熱電対をシースに格納することで、
吸湿防止など耐候性、耐久性に優れた測温素子を実現し
た。

【０００９】即ち、本発明は、シース内に、異なる２種
類の金属線を接合して構成される熱電対を収容してなる
測温素子において、前記各金属線の接合部位の大きさ
が、各金属線の素線径と同一か、もしくはそれよりも大
きいものの、 0.5ｍｍ以下の大きさであることを特徴と
する主としてセラミック基材用に使用できる測温素子を
提案する。

【００１０】また、セラミック板の表面または内部に温
度制御手段を設けると共に、このセラミック板に、測温
素子を配してなる半導体製造装置用セラミック基材であ
って、前記測温素子は、シース内に、異なる２種類の金
属線を接合すると共にその接合部位の大きさが、各金属
線の素線径と同一かもしくはそれよりも大きいものの、
0.5ｍｍ以下の大きさとした熱電対を収容してなること
を特徴とする半導体製造装置用セラミック基材を提案す
る。この半導体製造装置用セラミック基材は、セラミッ
クヒータ機能を付与しておくことが望ましい。

【００１１】なお、本発明のセラミック基材について
は、セラミック板の内部に、静電電極を埋設して静電チ
ャックを付与してなる実施の形態をとることが好まし
い。さらに、本発明のセラミック基材については、その
内部にガード電極とグランド電極を埋設すると共に、こ
の板表面の半導体ウエハ載置面にチャックトップ導体層
を形成してウエハプローバ機能を付与してなる実施形態
が好ましい。

【００１２】本発明の上記各構成において、セラミック
板には、各種バネの如き弾性体により前記測温素子を圧
接固定しておくことが望ましい。この構成 (圧接固定)
は接着固定ではないため、接着剤の熱劣化が生じること
がなく、測温素子の脱落によるヒータの熱暴走がない。
また、セラミック基板に有底孔を形成し、その有底孔内
に測温素子を取り付けることができる。この有底孔の孔
底と加熱面との距離は、0.1 ｍｍ〜セラミック板の厚さ
の１／２程度とすることが望ましい。上記測温素子は、
有底孔を設けずセラミック板の表面に接触保持させてお
いてもよい。この場合、該測温素子を、セラミック基板
に直に接触保持させてもよいし、絶縁材や熱伝導媒体を
介して間接的にセラミック基板に接触保持させてもよ
い。この場合であっても、直接か間接かは問わず、例え
ば、図５（ａ）に示すように、測温素子をバネなどの弾
性体でセラミック基板に押しつけて圧接固定するように
してもよい。この場合はとくに、接着したものではない
ので、熱で接着材が劣化したりしないため、測温素子が
脱落しない。このため安全性が恒久的に保証される。こ
のようなセラミックヒータ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。上記セラミックヒータの発熱体は、少なくとも
２以上の回路に分割されてなることが望ましい。そし
て、上記セラミックヒータの発熱体は、断面が偏平な板
状であることが望ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明において、セラミック板内
に埋設される温度制御手段としては、発熱体やペルチェ
素子を用いることができる。また、異なる２種類の金属
線の遊端同士を接合してなる熱電対としては、その接合
部の大きさ、即ち接合部の径が、各金属線の素線径と同
一もしくはそれよりも大きいものの0.5 ｍｍ以下の径を
有するものが用いられる（図４参照）。このような構成
にすることによって、接合部分に集中する熱容量が小さ
くなり、温度が正確に、また迅速に電流値に変換でき、
ひいては温度制御性が向上し、これをヒータに適用した
場合に、ウエハ加熱面の温度分布の偏りを小さくするこ
とができる。なお、かかる熱電対の金属線の組み合わせ
例としては、例えば、ＪＩＳ−Ｃ−１６０２（１９８
０）に示されているような、Ｋ型、Ｒ型、Ｂ型、Ｓ型、
Ｅ型、Ｊ型、Ｔ型熱電対等が挙げられるが、これらのな
かでは、Ｋ型熱電対がセラミックヒータの発熱体として
好ましい。なお、Ｋ型とは、Ｎｉ／Ｃｒ合金線とＮｉ合
金の組合せ、Ｒ型とはＰｔ−１３％Ｒｈ合金線とＰｔ線
との組合せ、Ｂ型とは、Ｐｔ−３０％Ｒｈ合金線とＰｔ
−６５Ｒｈ合金線との組合せ、Ｓ型とは、Ｐｔ−１０％
Ｒｈ合金線とＰｔ線との組合せ、Ｅ型とは、Ｎｉ／Ｃｒ
合金線とＣｕ／Ｎｉ合金線との組合せ、Ｊ型とは、Ｆｅ
線とＣｕ／Ｎｉ合金線との組合せ、Ｔ型とは、Ｃｕ線と
Ｃｕ／Nｉ合金線との組合せである。

【００１４】この発熱体を構成する前記金属線の大きさ
(断面直径) は、0.1 〜0.3 ｍｍ程度のものを用いるこ
とが望ましい。また、接合部 (Ｄ）の大きさは、該金属
線の素線径 (ｄ）と同一か、大きくとも0.5 ｍｍ以下、
好ましくは 0.2〜0.3 ｍｍ程度である。このように、大
きさを具体的に限定する理由は、接合部 (Ｄ）の大きさ
が素線径 (ｄ）と同一程度であれば、余分な熱容量が存
在せず、温度変化を正確に電流に変換でき、その結果と
して正確な温度測定が可能になるからである。従って、
正確な温度の測定結果に基づいて発熱体の発熱状態を調
整することになるから、被加熱物を均一に加熱すること
ができるようになるのである。

【００１５】このような熱電対を製造する方法として
は、２種類の金属線を接触させて、レーザ光をパルス
（10^−６〜10^−４秒）照射してスポット加熱する。その
レーザ光としては、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザ、
紫外線レーザなどを使用することができる。このよう
に、金属線の接合部をレーザ光をパルス照射してスポッ
ト加熱すると、該接合部が、図６に示す従来のような
“こぶ状”にならないからである。なお、この熱電対の
各金属線は互いに接触しないように、ポリイミドや絶縁
パイプで被覆する。この熱電対は、図４（ｂ）に示すよ
うなシースＳ内に格納する。シースＳは、耐酸化性に優
れたステンレス、ニッケル、銅などの金属またはアルミ
ナ、シリカなどのセラミック製とする。また、このシー
スＳ内には、アルミナ、シリカ、マグネシアなどのセラ
ミック粉末やエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹
脂などの樹脂からなる絶縁材３１ (粉末でもよい) を充
填することができる。この絶縁材３１は熱電対４とシー
スＳとの間に介在して絶縁を確保し、しかも耐熱性、機
械的強度、耐圧性などを向上できる。

【００１６】次に、本発明にかかる半導体製造装置用セ
ラミック基材について、まずこれをセラミックヒータと
して構成した例について説明する。セラミックヒータと
して構成するセラミック基材は、図２に示すように、セ
ラミック板１の表面または内部に、好ましくは断面形状
が扁平な板状の発熱体２を埋設してなるものを基本形と
する。そして、このセラミック板１の被加熱物を載置す
る側である加熱面１ａとは反対側の面には、前記加熱面
に向けて穿孔して開口させた測温素子収納用有底孔３を
設けるとともに、この有底孔３内にはシースＳに収容さ
れた測温素子 (熱電対) ４をそのシースＳごと挿入す
る。そして、そのシースＳは、有底孔３内において、Au
−Ni合金のような金ろうを充填してこれを固定したり、
この有底孔３内に耐熱性樹脂またはセラミックをともに
充填することにより固定してもよい。

【００１７】また、セラミック板１への測温素子の取り
付け例としては、図５に示すような構造でもよい。この
構造では、シースＳの外側に突起４８を設けて、セラミ
ック板１を支持、格納する支持容器（ケーシング）の底
板または中底板４１との間にコイルバネ４５を配設し、
そのコイルバネ４５の弾性力でセラミック板１に測温素
子４０を押しつけて圧接させる。本発明において、かか
る測温素子４０は、熱電対４をシースＳ内に格納してい
るので、機械的強度に優れるから、このようなバネ弾性
力で押しつけて圧接しても、破損することはない。ま
た、セラミック板１とかかる構造の測温素子４０との間
には、熱伝達媒体４２を介在させることができる。その
熱伝達媒体４２には、くぼみを形成して、測温素子４０
とセラミック板１との接触面積の拡大を図って、測温素
子４０の応答性を改善することができる。その熱伝達媒
体４２としては、金属、セラミックを使用することがで
きる。具体的には、金属としては、アルミニウム、ニッ
ケル、銅、ステンレスなどを使用することができる。ま
た、セラミックとてしては、窒化アルミニウム、炭化珪
素などである。セラミック板１の表面には、絶縁層５０
が形成され、シースＳとセラミック板１との絶縁を確保
することができる。また、図５（ｂ）は、コイルバネの
かわりに板バネ４７を使用した例である。

【００１８】上記セラミック板１としては、窒化物セラ
ミックや炭化物セラミックがよい。これらのセラミック
は、熱膨張係数が金属よりも小さく、機械的な強度が金
属に比べて格段に高いため、その厚さを薄くしても、加
熱により反ったり、歪んだりしない。そのため、基板を
薄くて軽いものとすることができる。さらに、これらの
材質からなるセラミック板１は、熱伝導率が高く、板厚
も薄いため、該板の表面温度が発熱体の温度変化に迅速
に追従させることができる。即ち、電圧、電流値を変え
て発熱体の温度を変化させる場合に、このセラミック板
の表面温度を迅速に制御することができる。

【００１９】本発明のセラミック基材を用いて構成され
るセラミックヒータは、前記発熱体２をセラミック板１
の一方の表面に形成し (図３参照) 、その反対側の面を
シリコンウエハなどの被加熱物を載置して加熱する加熱
面１ａとして構成するか、発熱体２を該セラミック板１
の内部に埋設すると共に、そのその埋設位置を厚み中心
より厚さ方向に偏芯させて配設し、そして、発熱体２か
ら遠い側の面を加熱面１ａとしたものが望ましい (図２
参照) 。

【００２０】セラミック板１への発熱体２を上記のよう
に配設することにより、発熱体２から発生した熱が加熱
面１ａに伝搬していくうちに、基板全体に拡散し、被加
熱物５（シリコンウエハなど）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５の各部分における
温度が均一化される。

【００２１】例えば、図１は、本発明にかかるセラミッ
ク基材をセラミックヒータとして構成した例を模式的に
示す底面図であり、このセラミックヒータは、円板状に
形成されたセラミック板１の底面に対し、発熱体２を、
該セラミック板１の加熱面（図示した底面とは反対側の
面）全体の温度分布が均一になるように加熱するため、
同心円や渦巻き状のパターンに形成される。これらの
発熱体２は、近接する二重の同心円どうしを１組とし
て、１本の線になるように接続し、その両端に入出力の
端子となる端子ピン６を接続した構成を有する。このセ
ラミック板１の中央に近い部分には、被加熱物５を支持
するための支持ピン７を挿入するための貫通孔８が形成
されており、その他、測温素子４０を挿入するための有
底孔３も形成されている。

【００２２】このような構成にかかるセラミックヒータ
において、セラミック板１の厚さは、0.5 〜５ｍｍが好
ましい。0.5 ｍｍより薄いと破損しやすく、一方、５ｍ
ｍ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。

【００２３】上記セラミック板材料としては、窒化物セ
ラミックまたは炭化物セラミックを使用することが望ま
しい。その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。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。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と最も高く、温度追従
性に優れるからである。

【００２４】上記のセラミックヒータにおいて、有底孔
３の孔底と加熱面１ａとの距離（図２（ｂ）参照）Ｌ
は、0.1 ｍｍ〜セラミック板の厚さの１／２であること
が望ましい。この距離Ｌが0.1 ｍｍ未満では放熱によっ
て前記加熱面に不均一な温度分布が生じる。一方、この
距離がセラミック板の１／２を超えると、発熱体２の温
度の影響を受けやすくなり、温度制御できなくなり、や
はり前記加熱面に不均一な温度分布を形成することにな
るからである。

【００２５】前記有底孔３の直径は、0.3 ｍｍ〜５ｍｍ
にすることが望ましい。これは、大きすぎると放熱性が
大きくなり、また小さすぎると加工性が低下して加熱面
との距離を均等にすることができなくなるからである。
かかる有底孔３は、図１に示したように、セラミック基
板１の中心に対して対称で、かつ、十字を形成するよう
に配列することが望ましい。これは、加熱面全体の温度
を測定することができるようにするためである。

【００２６】上記有底孔３内には測温素子４０を挿入
し、その後、孔内を耐熱性樹脂あるいはセラミック等で
封止することが好ましい。このような耐熱性樹脂として
は、例えば、熱硬化性樹脂、特にはエポキシ樹脂、ポリ
イミド樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂などが挙
げられる。これらの樹脂は、単独で用いてもよく、２種
以上を併用してもよい。また、セラミックとしては、ア
ルミナゾル、シリカゾルなどを使用することができる。
これらのセラミックゾルは乾燥させてゲル化することに
より固定することができる。本発明においては、また、
有底孔３を設けずに、セラミック板１の表面に測温素子
４０を接触させた状態でバネなどで押しつけて固定して
もよい。

【００２７】上記セラミックヒータにおいて、温度制御
手段の１つである発熱体２は、図１に示すように、少な
くとも２以上の回路に分割することが望ましく、２〜１
０の回路に分割したものがより望ましい。その理由は、
回路を分割することにより、各回路に投入する電力を制
御して発熱量を変えることができ、シリコンウエハなど
の加熱面１ａの温度を正確に制御することができるから
である。発熱体２の配線パターンとしては、図１に示し
た同心円のほか、例えば、渦巻き、偏心円、屈曲線など
が挙げられる。

【００２８】上記セラミックヒータにおいて、発熱体２
をセラミック板１の表面に形成する場合には、金属粒子
を含む導電ペーストを、該セラミック板１の表面に塗布
して所定パターンの導体ペースト層を形成し、その後、
これを焼き付け、該セラミック板１の表面で金属粒子を
焼結する方法が好ましい。なお、金属粒子の焼結は、金
属粒子同士および金属粒子とセラミックとが融着すれば
充分である。

【００２９】図１に示すように、セラミック板１の表面
に発熱体２を形成する場合には、この発熱体２の厚さ
は、１〜３０μｍ程度が好ましく、１〜１０μｍがより
好ましい。一方、発熱体２をこのセラミック板１の内部
に形成する場合には、その厚さは、１〜５０μｍとする
ことが好ましい。

【００３０】なお、セラミック板１の表面に発熱体２を
形成する場合、発熱体２の幅は、0.1 〜２０ｍｍが好ま
しく、0.1 〜５ｍｍがより好ましい。一方、このセラミ
ック板１の内部に発熱体２を埋設形成する場合には、こ
の発熱体２の幅は、５〜２０μｍ程度が好ましい。

【００３１】上記発熱体２は、その幅や厚さを変えるこ
とにより、抵抗値を変化さ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、そして発熱体２をセラミック基板１の内
部に形成した場合の方が、厚み、幅とも大きくすること
ができる。とくに、発熱体２を内部に埋設すると、加熱
面１ａと発熱体２との距離が短くなり、加熱面１ａの温
度の均一性が低下するおそれがあるので、該発熱体２自
体の幅は広げる必要がある。なお、この発熱体２をセラ
ミック板１の内部に埋設する例では、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、この発熱体
の材料としてタングステン、モリブデンなどの高融点金
属やタングステン、モリブデンの炭化物を使用すること
ができるようになる。また、このような発熱体について
は、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。この場合の
発熱体もまた、上述した厚みや幅にすることが望まし
い。

【００３２】かかる発熱体２は、幅方向の断面は矩形で
あっても楕円径であってもよいが、扁平ないわゆる板状
であることが望ましい。それは、扁平断面の方が加熱面
に向かって熱を均一に伝搬させやすいため、加熱面の不
均一な温度分布ができにくいからである。その扁平の程
度としては、断面アスペクト比（発熱体の幅／発熱体の
厚さ）で、１０〜５０００程度であることが望ましい。
この範囲に調整すると、発熱体２の抵抗値を大きくする
ことができるとともに、加熱面１ａの温度の均一性を確
保することができるからである。

【００３３】即ち、発熱体２の厚さを一定と仮定した場
合、アスペクト比が上記範囲より小さいと、セラミック
板１の加熱面方向への熱の伝搬量が小さくなり、発熱体
２のパターンに近似した不均一な温度分布が加熱面に発
生してしまい、逆にアスペクト比が大きすぎると、発熱
体２の中央の直上部分が高温となってしまい、結局、発
熱体２のパターンに近似した温度分布が発生してしま
う。従って、温度分布を考慮すると、断面のアスペクト
比は、上述したように１０〜５０００程度にすることが
好ましい。

【００３４】なお、発熱体２をセラミック板１の表面に
形成する場合は、前記断面アスペクト比は１０〜２０
０、発熱体２をセラミック板１の内部に形成する場合
は、断面アスペクト比を２００〜５０００とすることが
より好ましい。この点に関し、発熱体２というのは、セ
ラミック板１の内部に形成した場合の方が、前記断面ア
スペクト比は大きくすることができる。このことは、発
熱体２を内部に設けると、加熱面１ａと発熱体２との距
離が短くなり、その分だけ加熱面の温度均一性が低下す
るため、発熱体２自体をより扁平にする必要が生じるた
めである。

【００３５】ところで、この発熱体２は、セラミック板
１の内部の厚み方向に偏芯させて埋設することができる
が、その位置は、セラミック板１の加熱面１ａに対して
反端側の面（底面）に近い位置で、加熱面１ａから底面
までの距離に対して５０％を超え、９９％までの位置と
することが望ましい。その埋設位置が５０％以下である
と、加熱面に近すぎるため、不均一な温度分布が発生し
てしまい、逆に、９９％を超えるような偏芯量では、セ
ラミック板１自体に反りが発生して、加熱時に処理すべ
きシリコンウエハが破損することがある。

【００３６】なお、発熱体２をセラミック板１の内部に
埋設する場合、この発熱体形成層を複数層に分けて設け
てもよい。この場合は、各層のパターンは、相互に補完
するような関係、即ちどこかの層の発熱体２が加熱面１
ａの上方から見ると、必ずどの領域にもパターン形成さ
れているような状態にすることが望ましい。このような
構造としては、例えば、互いに千鳥状の配置になってい
る構造が挙げられる。

【００３７】かかる発熱体形成用導体ペーストとしては
特に限定はないが、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。

【００３８】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導電性ペーストを、
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、必要に応じシリ
コンウエハー５用の支持ピン７を挿通するための貫通孔
８や測温素子４０を埋め込む有底孔３を開口しておくこ
とができる。これらの貫通孔８や有底孔３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。なお、測温
素子４０をセラミック板１の表面に配設する場合は、開
口は不要である。

【００３９】(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粒子や導電性
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導電性の金
属粒子や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、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い。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。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。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。これらは単
独でも混合したものであってもよい。

【００４０】このような導電性ペーストとしては、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：1.5 〜１０
重量部を混合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。

【００４１】上記導電性ペースト中に含まれる金属粒子
または導電性セラミック粒子の粒径は、０．１〜１００
μｍが好ましい。０．１μｍ未満よりも微細だと酸化さ
れやすく、一方、１００μｍを超えて大きくなると、焼
結しにくくなり、抵抗値が大きくなるからである。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、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。

【００４２】導体ペーストに含まれる樹脂としては、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。発熱体とすべき導体ペーストには、上
記したように、金属粒子に金属酸化物を添加し、これを
焼結して発熱体とすることが望ましい。このように、金
属酸化物を金属粒子とともに焼結することにより、セラ
ミック板１である窒化物セラミックまたは炭化物セラミ
ックと金属粒子との密着性が向上する。なお、導電性ペ
ースト中に金属粒子とともに金属酸化物を混合すること
により、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックとの
密着性が改善される理由は明確ではないが、金属粒子表
面や窒化物セラミック、炭化物セラミックの表面は、わ
ずかに酸化されて酸化膜が形成されており、この酸化膜
どうしが金属酸化物を介して焼結して一体化し、金属粒
子と窒化物セラミックまたは炭化物セラミックとが密着
するのではないかと考えられる。

【００４３】前記金属酸化物としては、例えば、酸化
鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）、アル
ミナ、イットリアおよびチタニアからなる群から選ばれ
る少なくとも１種が好ましい。これらの酸化物は、発熱
体２の抵抗値を大きくすることなく、金属粒子と窒化物
セラミックまたは炭化物セラミックとの密着性を改善す
ることができるからである。

【００４４】上記酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ
素（Ｂ_２Ｏ_３）、アルミナ、イットリア、チタニアの割
合は、金属酸化物の全量を１００重量部とした場合、重
量比で、酸化鉛が１〜１０、シリカが１〜３０、酸化ホ
ウ素が５〜５０、酸化亜鉛が２０〜７０、アルミナが１
〜１０、イットリアが１〜５０、チタニアが１〜５０で
あって、その合計が１００重量部を超えない範囲で調整
されていることが望ましい。これらの範囲で、これらの
酸化物の量を調整することにより、特に窒化物セラミッ
クとの密着性を改善することができる。上記金属酸化物
の金属粒子に対する添加量は、０．１重量％以上１０重
量％未満が好ましい。

【００４５】また、このような構成の導体ペーストを使
用して発熱体２を形成した際の面積抵抗率は、１〜４５
ｍΩ／□が好ましい。面積抵抗率が４５ｍΩ／□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、
セラミック板の表面に発熱体を設けたセラミックヒータ
では、その発熱量を制御しにくいからである。なお、金
属酸化物の添加量が１０重量％以上であると、面積抵抗
率が５０ｍΩ／□を超えてしまい、発熱量が大きくなり
すぎて温度制御が難しくなり、温度分布の均一性が低下
する。

【００４６】なお、発熱体２がセラミック板１の表面に
形成される場合には、発熱体２の表面部分に、金属被覆
層（図３参照）９が形成されていることが望ましい。内
部の金属焼結体 (発熱体２) が酸化されて抵抗値が変化
するのを防止するためである。この金属被覆層９の厚さ
は、０．１〜１０μｍが好ましい。その金属被覆層９を
形成する際に使用される金属は、非酸化性の金属であれ
ば特に限定されないが、具体的には、例えば、金、銀、
パラジウム、白金、ニッケルなどが挙げられる。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。
これらのなかでは、ニッケルが好ましい。

【００４７】(3) 工程(2) で得られた発熱体２用の導電
性ペーストを印刷したグリーンシートと、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) の発熱体用導電性ペーストつきグリ
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。

【００４８】(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
ミック板、発熱体を形成する工程：発熱体２には、電源
と接続するための端子が必要であり、この端子は、半田
を介して発熱体２に取り付けるが、ニッケルは、半田の
熱拡散を防止するから好ましい。接続端子としては、例
えば、コバール製の端子ピン６が挙げられる。なお、発
熱体２をセラミック板１の内部に形成する場合には、発
熱体２表面が酸化されることがないため、上述した被覆
９は不要である。発熱体２をセラミック板１内部に形成
する場合、発熱体２の一部が表面に露出していてもよ
く、発熱体２を接続するためのスルーホール２３, ２４
が端子部分に設けられ、このスルーホール２３, ２４に
外部端子接続用ピン６が接続、固定されていてもよい。
外部端子接続用ピン６を接続する場合、半田としては、
銀−鉛、鉛−スズ、ビスマス−スズなどの合金を使用す
ることができる。なお、半田層の厚さは 0.1〜５０μｍ
が好ましい。半田による接続を確保するのに充分な範囲
だからである。

【００４９】この工程において、加熱の温度は、１００
０〜２０００℃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。

【００５０】(5) 最後に、上記スルーホール (接続パッ
ド) ２３, ２４に、外部端子接続用ピン６を挿入するた
めの開口を形成する。そして、この開口内に、ろう材と
してはんだペーストを印刷した後、外部端子接続用ピン
６を挿入して加熱し、リフロー処理する。加熱温度は２
００〜５００℃が好適である。さらに、必要に応じて測
温素子４０を埋め込むことができる。

【００５１】次に、上記のセラミックヒータの使用方法
について、図２に基づいて説明する。まず、制御部１５
を作動させることにより、セラミックヒータに電力を投
入すると、セラミック基板１自体の温度が上がり始める
が、外周部の方の表面温度がやや低温になる。測温素子
４０で測温したデータはまず、記憶部１６に格納され
る。次に、この温度データは演算部１７に送られ、この
演算部１７において、各測定点における温度の差ΔＴを
演算し、さらに、加熱面１ａの温度の均一化のために必
要なデータΔＷを演算する。例えば、発熱体２ａと発熱
体２ｂに温度差ΔＴがあり、発熱体２ａの方が低けれ
ば、ΔＴを０にするような電力データΔＷを演算し、こ
れを制御部１５に送信して、これに基づいた電力を発熱
体２ａに投入して昇温させるのである。

【００５２】電力の計算アルゴリズムについては、セラ
ミック板１の比熱と加熱域の重量から昇温に必要な電力
を演算する方法が最も簡便であり、これに発熱体パター
ンに起因する補正係数を加味してもよい。また、予め、
特定の発熱体パターンについて昇温試験を行い、測温位
置、投入電力、温度の関数を予め求めておき、この関数
から投入電力を演算してもよい。そして、演算部１７で
演算された電力に対応する印加電圧と時間とを制御部１
５に送信し、この制御部１５でその値に基づいて各発熱
体２に電力を投入することになる。

【００５３】図３は、本発明の適用例であるセラミック
ヒータの他の実施形態を示した図である。この図に示し
たセラミックヒータでは、セラミック板１の底面１ｂに
発熱体２ａ、２ｂが形成され、これらの発熱体２ａ、２
ｂの外周囲に金属被覆層９が形成されている。また、こ
れらの発熱体２ａ、２ｂに金属被覆層９を介して外部端
子接続用ピン６が接続、固定され、このピン６に、ソケ
ット１８が取り付けられている。そして、このソケット
１８は、電源を有する制御部１５に接続されており、そ
のほかは、図２に示したセラミックヒータと同様に構成
されている。

【００５４】次に、本発明のセラミック基材の別の実施
形態としては、セラミック板１のチャック面にシリコン
ウエハの如き被吸着物を静電的に吸着するために、この
セラミック板１内に静電電極を埋設して静電チャック機
能を付与したものがある。即ち、図７に示すように、セ
ラミック板１中に発熱体２とともに、あるいは単独に、
正・負極の静電電極１１を埋設して構成される。この静
電電極１１は、正極と負極からなる櫛歯状の電極で構成
されており、電極に電圧を印加することにより、静電場
を発生させてセラミック板１上にセットしたシリコンウ
エハ５を吸着支持するために用いられる。

【００５５】本発明のさらに他の実施形態としては、セ
ラミック板１中に、発熱体２や静電電極１１とともに、
あるいは単独で、ウエハプローバ機能を付与したセラミ
ック基材がある。そのウエハプローバ機能を付与したセ
ラミック基材は、図８(a),(b) に示すように、セラミッ
ク板１の内部にガード電極１２とグランド電極１３とを
埋設すると共に、該セラミック板１表面にチャックトッ
プ導体層１４を形成した構成によってなる。前記チャッ
クトップ導体層１４上にはシリコンウエハ５が載置さ
れ、加熱しながらテスタピンがついたプローブカードが
押圧され、さらにチャックトップ導体層１４に、電圧を
印加して導通試験を行うことができるようになってい
る。このウエハプローバにおいて、前記ガード電極１２
には、静電容量をキャンセルするためにチャックトップ
導体層１４と同じ電圧が印加される。また、グランド電
極１３は、発熱体２からのノイズを除去するために設け
られる。

【００５６】この種のセラミックヒータの動作は、図２
に示したセラミックヒータと同様であり、発熱体２ａ、
２ｂの温度を一定時間毎に測定して記憶部１６で記憶
し、このデータから演算部１７で制御する電圧値等の計
算を行い、これに基づき、制御部１５から発熱体２ａ、
２ｂに対して所定の電圧を印加して、セラミックヒータ
の加熱面１ａ全体の温度を均一化することができるよう
になっている。

【００５７】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明する。実施例１−１ (測温素子の製造) Ｐｔ−１３％Ｒｈ合金からなる断面直径0.2 ｍｍの金属
線とＰｔからなる断面直径0.2 ｍｍの金属線を接合し
て、10^−４秒のパルス炭酸ガスレーザを照射して両者を
接合した。金属線に内径0.3 ｍｍで厚さ0.02ｍｍのポリ
イミド樹脂製のパイプ20をはめ込んで絶縁し、熱電対４
とした。この熱電対４は、図４に示したように、２種の
金属線4a, 4bの接合部に球状の溶融体4cを形造ることな
く接合されている。上記熱電対４は、図４ｂに示すよう
に、マグネシア粉末である絶縁材３１とともにシースＳ
内に収納され、一方の端部に防水用のフッ素樹脂からな
るスリーブ５０を嵌め込んで固定されている。実施例１−２ (測温素子の製造) 断面直径がそれぞれ0.2 ｍｍのＮｉ／Ｃｒ線とＮｉ合金
線を１０^−６秒のパルスエキシマレーザを照射してスポ
ット溶接した。金属線に、内径0.3 ｍｍで厚さ0.02ｍｍ
のアルミナ製のパイプ20をはめ込んで絶縁し、熱電対４
とした。この熱電対４は、金属線4a, 4bの接合部に0.2
ｍｍ程度の球状の溶融体4cが形造られて接合されてい
る。その後、この熱電対は図４(b) に示すように、マグ
ネシア粉末である是％材３１とともにシースＳ内に収納
し、一方の端部に防水用のフッ素樹脂からなるスリーブ
５０を嵌め込んで固定した。

【００５８】実施例２窒化アルミニウム製のセラミ
ックヒータ（図１参照）の製造 (1) 窒化アルミニウム粉末（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、
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
組成物のスプレードライを行い、顆粒状の粉末を作製し
た。 (2) 次に、この顆粒状の粉末を金型に入れ、平板状に成
形して生成形体（グリーン）を得た。このグリーンシー
トにドリル加工を施し、シリコンウエハの支持ピンを挿
入するための貫通孔８となる部分、熱電対を埋め込むた
めの有底孔３となる部分（直径：1.1 ｍｍ、深さ：２ｍ
ｍ）を形成した。 (3) 加工処理の終ったグリーンシートを1800℃、圧力：
200 kg／cm^２でホットプレスし、厚さが３ｍｍの窒化ア
ルミニウム板状体を得た。次に、この板状体から直径12
インチ（300 ｍｍ）の円板体を切り出し、セラミック製
の板状体（セラミック板１）とした。

【００５９】(4) 上記(3) で得たセラミック板１に、ス
クリーン印刷にて導電性ペーストを印刷した。印刷パタ
ーンは、図１に示したような同心円状のパターンとし
た。この導電性ペーストとしては、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。この導電性ペースト
は、銀−鉛ペーストであり、銀100 重量部に対して、酸
化鉛（５重量％）、酸化亜鉛（55重量％）、シリカ（10
重量％）、酸化ホウ素（25重量％）およびアルミナ（５
重量％）からなる金属酸化物を7.5 重量部含むものであ
った。また、銀粒子は、平均粒径が4.5 μｍで、リン片
状のものであった。

【００６０】(5) 次に、上記導電性ペーストを印刷した
セラミック板１を780 ℃で加熱、焼成して、該ペースト
中の銀、鉛を焼結させるとともに該板１に焼き付け、発
熱体２を形成した。銀−鉛の発熱体２は、厚さが５μ
ｍ、幅2.4 ｍｍ、面積抵抗率が7.7 ｍΩ／□であった。 (6) 硫酸ニッケル８０ｇ／ｌ、次亜リン酸ナトリウム２
４ｇ／ｌ、酢酸ナトリウム１２ｇ／ｌ、ほう酸８ｇ／
ｌ、塩化アンモニウム６ｇ／ｌの濃度の水溶液からなる
無電解ニッケルめっき浴に上記(5) で作製したセラミッ
ク板１を浸漬し、銀−鉛の発熱体２の表面に厚さ１μｍ
の金属被覆層９（ニッケル層）を析出させた。 (7) 電源との接続を確保するための外部端子を取り付け
る部分に、スクリーン印刷により、銀−鉛半田ペースト
（田中貴金属製）を印刷して半田層を形成した。つい
で、半田層の上にコバール製の外部端子接続用ピン６を
載置して、４２０℃で加熱タフローし、該ピン６を発熱
体２の表面に取り付けた。

【００６１】(8) 温度制御のための実施例１−１の測温
素子４０を図５のようにアルミニウム板４２を介してバ
ネによりセラミック基板に圧着し、ヒータを得た。

【００６２】実施例３発熱体を内部に有するセラミ
ックヒータの製造 (1) 窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製平均粒径：
1.1 μｍ）、イットリア（平均粒径：0.4 μｍ）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
ート法により成形を行って、厚さ 0.47 ｍｍ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のシリコンウエハ支持ピン６を挿入する貫通孔８
となる部分、端子ピン６と接続するためのスルーホール
２３, ２４ (接続パッド) となる部分を設けた。

【００６３】(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−テルピオーネ溶媒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を調製した。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1.9 重量部、α−テルピオーネ
溶媒3.7 重量部および分散剤0.2 重量部を混合して導電
性ペーストＢを調製した。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印刷し、導電性ペースト
層を形成した。印刷パターンは、図１に示したような同
心円パターンとした。また、端子ピンを接続するための
スルーホール用の貫通孔８に導電性ペースト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、１３０℃、８
０ｋｇ／ｃｍ^２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
／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３００ｍｍの円板状に
切り出し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの発熱体を有
するセラミックヒータとした。 (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、ガラスビーズによるブ
ラスト処理で表面に測温素子４０ための有底孔３（直
径：1.2 ｍｍ、深さ：2.0 ｍｍ）を設けた。 (6) さらに、スルーホール用孔の一部をえぐり取って凹
部とし、この凹部に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接続
用ピン６を接続した。なお、このピン６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。(7) 次
に、温度制御のための実施例１−１の測温素子４０を有
底孔３内に挿入装着した。図５（ｂ）のように板バネで
押しつけて固定し、セラミックヒータの製造を完了し
た。

【００６５】実施例４静電チャック (つきセラミッ
クヒータ) 基本的には実施例２と同様であるが、グリーンシートの
外周に半円弧状部分と、その部分から平行にかつ等間隔
にのびる多数の直線部分からなる正極, 負極を櫛歯状に
配列した静電電極１１を印刷し、このグリーンシートを
発熱体２を印刷したグリーンシートとともに積層して１
８９０℃、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３００ｍｍの円板状に切り出し、内部に厚さ６μ
ｍ、幅１０ｍｍの発熱体および櫛歯状の静電電極１１を
有するヒータ付き静電チャックとした。

【００６６】実施例５ウエハプローバ (つきセラミ
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．
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
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
％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) 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２と外部端子接続用ピン６と接続す
るためのスルーホール用孔を設けた。 (3) 平均粒子径１μｍのタングステンカーバイド粒子１
００重量部、アクリル系バインダ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ガ
ード電極１２用印刷体、グランド電極１３用印刷体を格
子状に印刷して電極パターンを描いて印刷した。さら
に、図１に示すように、同心円パターンの発熱体２をグ
リーンシート裏面に印刷した。また、端子ピン６と接続
するためのスルーホール用孔に導電性ペーストＢを充填
した。そして、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の圧力で一体化した。

【００６７】(4) 上記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セ
ラミック製の板状体とした。スルーホールの大きさは直
径０．２ｍｍ、深さ０．２ｍｍであった。また、ガード
電極１２、グランド電極１３の厚さは６μｍ、ガード電
極２の形成位置は、ウエハ載置面から０．７ｍｍ、グラ
ンド電極１３の形成位置は、１．４ｍｍ、発熱体２の位
置は、２．８ｍｍであった。

【００６８】(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
ブラスト処理で表面にウエハ吸着用の溝１９（幅０．５
ｍｍ、深さ０．５ｍｍ）を設けた (図８ｂ）。 (6) 上記溝１９が形成された面にスパッタリングにてチ
タン、モリブデン、ニッケルの３層からなる膜を形成し
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。条件は気圧０．６
Ｐａ、温度１００℃、電力２００Ｗで時間は、３０秒か
ら１分で、各金属によって調整した。得られた３層の膜
は、蛍光Ｘ線分析計の画像から、チタンは０．５μｍ、
モリブデンは４μｍ、ニッケルは１．５μｍの厚みであ
った。

【００６９】(7) 硫酸ニッケル３０ｇ／ｌ、ほう酸３０
ｇ／ｌ、塩化アンモニウム３０ｇ／ｌ、ロッシェル塩６
０ｇ／ｌの濃度の水溶液からなる無電解ニッケルめっき
浴に（６）で得られたセラミック基板１を浸漬して、溝
１９側の上記膜の表面に、厚さ７μｍ、ホウ素の含有量
が１重量％以下のニッケルを析出させて積層し、１２０
℃で３時間アニーリングした。さらにその上に、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、次亜リン酸ナト
リウム１０ｇ／ｌからなる無電解金めっき液に９３℃の
条件で１分間浸漬して、ニッケルめっき層１５上に厚さ
１ｍの金めっき層を形成することにより、チャックトッ
プ導体層１４を形成した。

【００７０】(8) 溝１９から裏面に抜ける空気吸引孔２
２をドリル加工し、さらにスルーホール２３、２４を露
出させるための孔を設けた。この孔にＮｉ−Ａｕ合金
（Ａｕ８１．５、Ｎｉ１８．４、不純物０．１）からな
る金ろうを用い、９７０℃で加熱リフローしてコバール
製の端子ピン６を接続させ、また、実施例１−１の測温
素子４０を図５(a) に示すｒうに、コイルバネ４５で押
しつけてウエハプローバを形成した。

【００７１】実施例６実施例１と同様であるが、実施例１−２の測温素子を使
用した。

【００７２】比較例１実施例１−１と同様であるが、熱融着した熱電対をつく
った。接合部の太さは、０．８ｍｍであった。比較例２実施例１−１の熱電対をシースに収納せずに、無機接着
剤（東亜合成製アロンセラミック）で接着固定した。

【００７３】２００℃まで昇温した場合の直径３００ｍ
ｍの円板形状のセラミック板の最大温度と最低温度の差
を、サーモビュアにより実施例１〜６、比較例について
調べた。その結果を表１に示す。また、４００℃まで昇
温して１０００時間経過後の熱電対の脱落の有無を調べ
た。また、４℃まで冷却し結露させてから、再度２００
℃まで昇温し、最大温度と最低温度の差を、サーモビュ
アにより実施例２〜６、比較例について調べた。

【表１】

【００７４】本発明では、熱電対がシースで保護されて
いるため、セラミック板に押し付けて圧着させることが
でき、従来のように測温素子を必ず接着剤で接着固定す
る必要はない。このため、測温素子が熱劣化で脱落する
ようなことがない。また、熱電対をシースに収納してい
るため、耐水性が低下するようなこともない。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体製
造装置用セラミック基材によれば、これをセラミックヒ
ータとして構成した場合、正確な被加熱物の温度の測定
が可能となり、この温度の測定結果に基づいて発熱体の
発熱状態を調整することにより、シリコンウエハのよう
な被加熱物の全体を均一に加熱することができる。ま
た、これを静電チャックとして構成した場合は、温度む
らに起因するチャック力のむらがなくなり、とくにウエ
ハプローバとして構成した場合は、温度むらに起因する
導通試験の誤差がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】セラミックヒータとして構成した例を模式的に
示す底面図である。

【図２】(a) は、本発明をセラミックヒータとした場合
の一部を模式的に示すブロック図であり、(b) は、その
部分拡大断面図である。

【図３】(a) は、本発明をセラミックヒータとして構成
した場合の他の一例を模式的に示すブロック図である。

【図４】（ａ）本発明で使用する熱電対の模式図であ
る。（ｂ）本発明の測温素子。

【図５】（ａ）（ｂ）本発明の測温素子の取付け構造。

【図６】従来技術の熱電対の模式図である。

【図７】静電チャック機能を具えるセラミック基材の模
式図である。

【図８】ウエハプローバ機能を具えるセラミック基材の
模式図である。

【符号の説明】

１セラミック基板１ａ加熱面１ｂ底面２発熱体３有底孔４熱電対５シリコンウエハ６端子ピン７支持ピン８貫通孔９金属被覆層１０、２３、２４スルーホール１１静電電極１２ガード電極１３グランド電極１４チャックトップ電極１５制御部１６記憶部１７演算部１９溝２２空気吸引孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤康隆岐阜県揖斐郡揖斐川町北方１−１イビデン株式会社内 (72)発明者伊藤淳岐阜県揖斐郡揖斐川町北方１−１イビデン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シース内に異なる２種類の金属線を接合
して構成される熱電対を収容してなる測温素子におい
て、前記各金属線の接合部位の大きさが、各金属線の素
線径と同一か、もしくはそれよりも大きいものの、 0.5
ｍｍ以下の大きさとしたことを特徴とする測温素子。
【請求項２】前記シースは、金属またはセラミック製
であることを特徴とする請求項１に記載の測温素子。
【請求項３】前記シース内には、絶縁材が充填されて
いることを特徴とする請求項１または２に記載の測温素
子。
【請求項４】セラミック板の表面または内部に温度制
御手段を設けると共に、このセラミック板に、測温素子
を配設してなる半導体製造装置用セラミック基材であっ
て、前記測温素子は、シース内に、異なる２種類の金属線を
接合すると共にその接合部位の大きさが、各金属線の素
線径と同一かもしくはそれよりも大きいものの、 0.5ｍ
ｍ以下の大きさとした熱電対を収容したものであること
を特徴とする半導体製造装置用セラミック基材。
【請求項５】前記半導体製造装置用セラミック基材に
は、セラミックヒータ機能を付与したことを特徴とする
請求項４に記載の半導体製造装置用セラミック基材。
【請求項６】前記セラミック板の内部に、静電電極を
埋設して静電チャック機能を付与したことを特徴とする
請求項４または５に記載の半導体製造装置用セラミック
基材。
【請求項７】前記セラミック板の内部に、ガード電極
とグランド電極を埋設すると共に、該セラミック板表面
の半導体ウエハ載置面にチャックトップ導体層を形成し
てウエハプローバ機能を付与したことを特徴とする請求
項４〜６のいずれか１に記載の半導体製造装置用セラミ
ック基材。
【請求項８】前記測温素子は、セラミック板に弾性体
を介して圧接させたものである請求項４〜７のいずれか
１に記載の半導体製造装置用セラミック基材。