JP2001189373A - 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】 高温での体積抵抗率が高く、しかも、隠蔽
性、大輻射熱量及びサーモビュアによる測定精度を保証
することができ、ホットプレート、静電チャック、ウエ
ハプローバ、サセプタなどとして好適な半導体製造・検
査装置用セラミック基板を提供すること。 【解決手段】 レーザラマンスペクトルによる分析にお
いて、１５８０ｃｍ^-1付近および１３５５ｃｍ^-1付近に
ピークが出現するカーボンを含有するセラミック基板
に、導電体を配設して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】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に、ホットプレ
ート、静電チャック、ウエハプローバなど、半導体の製
造用や検査用の装置として用いられるセラミック基板に
関し、特に電極パターン等の隠蔽性と高温での体積抵抗
率、サーモビュアによる温度測定精度に優れる半導体製
造・検査装置用セラミック基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】エッチング装置や、化学的気相成長装置
等を含む半導体製造、検査装置等においては、従来、ス
テンレス鋼やアルミニウム合金などの金属製基材を用い
たヒータや、ウエハプローバ等が用いられてきた。しか
しながら、金属製のヒータでは温度制御特性が悪く、ま
た厚みも厚くなるため重く嵩張るという問題があり、腐
食性ガスに対する耐蝕性も悪いという問題を抱えてい
た。

【０００３】これに対し、特開平１１−４０３３０号公
報等では、金属製のものに代えて、窒化アルミニウムな
どのセラミックを使用したヒータが開示されている。と
ころが、このヒータを構成する基材の窒化アルミニウム
自体は、一般に白色または灰白色であることから、ヒー
タやサセプタとしては好ましくない。むしろ、黒色の方
が輻射熱量が大きいため、この種の用途には適してお
り、また電極パターンの隠蔽性が高いため、ウエハプロ
ーバや静電チャックには特に好適であった。さらに、ヒ
ータの表面温度の測定は、サーモビュア（表面温度計）
で行われるが、白色や灰白色の場合、輻射熱も測定され
てしまうため、正確な温度測定が不可能であった。

【０００４】このような求めに応じて開発された特開平
９─４８６６８号公報等に記載の従来の発明の中には、
窒化アルミニウム基板中にＸ線回折チャート上の４４〜
４５°の位置にピークが検出されるような結晶質のカー
ボンを含有するものが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな結晶質のカーボン（グラファイト）を添加した従来
の窒化アルミニウム基板は、高温時での体積抵抗率、例
えば、２００℃以上の高温領域における体積抵抗率が１
０⁸ Ω・ｃｍ未満に低下するため、その内部に抵抗発熱
体等が配設されたセラミック基板では、短絡が発生して
しまうという問題点があった（図１参照）。

【０００６】本発明の目的は、上述した従来技術が抱え
ている問題点を解決することにあり、特に２００℃以上
（例えば５００℃付近）の高温時における体積抵抗率が
充分に大きいため短絡が発生せず、また、隠蔽性、大輻
射熱量、および、サーモビュアによる測定精度を保証す
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。また、本発明の他の目的は、ホ
ットプレート、静電チャック、ウエハプローバ等として
好適に用い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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の要請に
応えるために開発された半導体製造・検査装置用セラミ
ック基板であり、レーザラマンスペクトルによる分析に
おいて、１５８０ｃｍ^-1付近および１３５５ｃｍ^-1付近
にピークが出現するカーボンを含有するセラミック基板
に、導電体を配設してなる半導体製造・検査装置用セラ
ミック基板である。

【０００８】上記半導体製造・検査装置用セラミック基
板（以下、単に半導体装置用セラミック基板ともいう）
においては、セラミック基板中に、前記１５８０ｃｍ^-1
付近のピークと前記１３５５ｃｍ^-1付近のピークとのピ
ーク強度比：Ｉ（１５８０）／Ｉ（１３５５）が３．０
以下であるか、又は、前記１３５５ｃｍ^-1付近のピーク
の半値幅（半値全幅）が２０ｃｍ^-1以上であるカーボン
を含有することが望ましい。

【０００９】また、上記半導体装置用セラミック基板に
おいて、上記導電体は、静電電極であって、上記セラミ
ック基板が静電チャックとして機能するか、抵抗発熱体
であって、上記セラミック基板がホットプレートとして
機能することが望ましい。

【００１０】また、上記導電体は、セラミック基板の表
面および内部に形成され、上記内部の導電体は、ガード
電極またはグランド電極のいずれか少なくとも一方であ
って、上記セラミック基板がウエハプローバとして機能
することが望ましい。

【００１１】また、上記半導体装置用セラミック基板に
おいて、上記レーザラマンスペクトルによる分析で、１
５８０ｃｍ^-1付近および１３５５ｃｍ^-1付近にピークが
出現するカーボンは、非晶質カーボンであり、このカー
ボンの含有量は、２００〜５０００ｐｐｍであることが
望ましい。

【００１２】また、上記半導体装置用セラミック基板中
には、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物お
よび希土類酸化物のいずれか少なくとも１種からなる焼
結助剤を含み、また、このセラミック基板のＪＩＳ Ｚ
８７２１に規定される明度は、Ｎ４以下であることが
望ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】さて、本発明者らの研究によれ
ば、Ｘ線回折チャート上において、特に２θ＝４４〜４
５°の位置でピークが検出されるような結晶性のカーボ
ンを含有するセラミック基板は、高温（２００℃以上）
における体積抵抗率が大きく低下するため、加熱時に発
熱体パターン間や電極パターン間で短絡が発生してしま
う場合がある。

【００１４】この理由は、セラミック基板は、高温にな
るに従って体積抵抗率が低下することに加え、結晶質カ
ーボンは、金属結晶に類似した結晶構造を持ち、かつ、
高温での電気伝導性が大きいため、この２つの特性が相
乗的に作用し合って上記のような短絡を招くものと考え
られる。

【００１５】このような短絡を防止し、セラミック基板
の電気抵抗率を増大させるために本発明者らがさらに研
究をつづけた結果、カーボンを含む焼結体の高温での電
気抵抗率を増大させるには、レーザラマンスペクトルに
よる分析において、１５８０ｃｍ^-1付近および１３５５
ｃｍ^-1付近の両方でピークが出現するように結晶性を低
下させたカーボンとすればよいことを知見し、本発明を
完成させた。なお、本発明ではピークにはハローも含む
ものとする。また、「１５８０ｃｍ^-1付近」、「１３５
５ｃｍ^-1付近」という表現を用いたが、ラマンシフトの
誤差を見込んだものであり、１５８０ｃｍ^-1、１３５５
ｃｍ^-1に出現するピークの意である。

【００１６】ここで、まず、カーボン材料のレーザラマ
ンスペクトル分析について説明することにする。ラマン
スペクトルとは、ラマン効果によって現れる散乱光のス
ペクトルをいい、このラマン効果とは、物質に一定の振
動数の単色光を照射した際、散乱光にその照射した光と
は別の波長の光が含まれることをいう。

【００１７】カーボン材料に所定波長のレーザ光を照射
するとラマン効果が発生し、レーザラマンスペクトルが
観察されるが、このラマンスペクトルは、結晶振動等に
関連して発生する光であるため、その材料の結晶性に依
存した波長のスペクトルを検出することができる。

【００１８】すなわち、結晶性のカーボン（グラファイ
ト）では、１５８０ｃｍ^-1付近にスペクトルが検出さ
れ、結晶性カーボンの結晶格子の一部が非晶質化してい
るか、あるいは結晶性カーボンに非晶質カーボンが混入
すると１３５５ｃｍ^-1付近でも、ピークが検出されるよ
うになる。従って、１５８０ｃｍ^-1付近および１３５５
ｃｍ^-1付近の両方でピークが検出されるようなカーボン
は、比較的結晶性の低いカーボンであるということがで
きる。

【００１９】本発明では、このような結晶性の低いカー
ボンを添加することにより、セラミック基板の２００℃
以上の高温領域における体積抵抗率の低下を抑制し、内
部の抵抗発熱体等の短絡を防止するとともに、セラミッ
ク基板を黒色化し、内部電極等を隠蔽する。

【００２０】レーザラマンスペクトルによる分析におい
て、１５８０ｃｍ^-1付近および１３５５ｃｍ^-1付近でピ
ークが検出されるようなカーボンを含有するセラミック
基板を得る具体的な方法としては、特に限定されるもの
ではないが、以下の方法が好ましい。

【００２１】つまり、酸価が５〜１７ＫＯＨｍｇ／ｇの
アクリル系樹脂をセラミック原料と混合し、これを成形
した後、不活性雰囲気（窒化ガス、アルゴンガス）下で
３５０℃以上の温度で分解させて炭化させて熱分解させ
る。熱分解させた後、加熱加圧して窒化アルミニウム焼
結体とするのである。このようなアクリル系樹脂を使用
することにより、結晶性が低くなる理由は定かではない
が、酸価が５〜１７ＫＯＨｍｇ／ｇのアクリル系樹脂
は、熱分解しにくく、カーボン化しにくいため、アクリ
ル系樹脂の非晶質な骨格を残存させたまま炭化が進行す
るのではないかと推定している。さらに、酸価が５〜１
７ＫＯＨｍｇ／ｇのアクリル系樹脂は、熱分解しにくい
ために配合量を原料粉体に対して２．５〜８重量％に調
整することが望ましい。上記酸価が５〜１７ＫＯＨｍｇ
／ｇのアクリル系樹脂は、−３０℃〜−１０℃のＴｇ点
を持つことが望ましい。また重量平均分子量は１〜５万
であることが望ましい。このようなアクリル系樹脂を熱
分解させたカーボンは、ピーク強度比：Ｉ（１５８０）
／Ｉ（１３５５）が３．０以下となりやすい。また、こ
れ以外には、酸価が０．３〜１．０ＫＯＨｍｇ／ｇのア
クリル系樹脂をセラミック原料と混合し、これを成形し
た後、不活性雰囲気（窒化ガス、アルゴンガス）下で３
５０℃以上の温度で分解させて炭化させて熱分解させる
方法もある。熱分解させた後、加熱加圧して窒化アルミ
ニウム焼結体とするのである。このようなアクリル系樹
脂を使用することにより、結晶性と非晶質性を合わせ持
つカーボンが得られる理由は定かではないが、酸価が
０．３〜１．０ＫＯＨｍｇ／ｇのアクリル系樹脂は、熱
分解しやすく、カーボン化しやすいため、アクリル系樹
脂の非晶質な骨格を切断しながら炭化が進行するため結
晶性が高くなりやすいのではないかと推定している。さ
らに、酸価が０．３〜１．０ＫＯＨｍｇ／ｇのアクリル
系樹脂は、熱分解しやすいために配合量を原料粉体に対
して８〜２０重量％に調整することが望ましい。上記酸
価が０．３〜１．０ＫＯＨｍｇ／ｇのアクリル系樹脂
は、４０℃〜６０℃のＴｇ点を持つことが望ましい。ま
た重量平均分子量は１〜５万であることが望ましい。こ
のようなアクリル系樹脂を熱分解させたカーボンは、ピ
ーク強度比：Ｉ（１５８０）／Ｉ（１３５５）が３．０
を超えやすい。

【００２２】さらに、アクリル系樹脂は、アクリル酸、
アクリル酸のエステルのいずれか一種以上および／また
は、メタクリル酸、メタクリル酸のエステルのいずれか
一種以上からなる共重合体が望ましい。このようなアク
リル系樹脂の市販品としては、共栄社製 ＫＣ−６００
シリーズがある。このシリーズは酸価が１０〜１７ＫＯ
Ｈｍｇ／ｇのものがそろっている。また、三井化学社製
ＳＡ−５４５シリーズもあり、このシリーズは酸価が
０．５〜１．０ＫＯＨｍｇ／ｇのものがそろっている。

【００２３】本発明の半導体装置用セラミック基板は、
レーザラマンスペクトルによる分析において、１５８０
ｃｍ^-1付近および１３５５ｃｍ^-1付近でピークが検出さ
れる非晶質のカーボンを含み、かつ、２５〜５００℃に
おける体積抵抗率が１０⁸ Ω・ｃｍ以上となる新たな物
性を有するセラミック基板であるため、特開平９−４８
６６８号公報などの従来の技術を理由に本発明の新規
性、進歩性がなんら阻却されるものでない。なお、特開
平９−４８６６８号公報では、グラファイトを使用して
もよいことが記載されているが、結晶性グラファイト
は、レーザラマンスペクトルでは、１５８０ｃｍ^-1にの
みピークが出現するのであり、特開平９−４８６６８号
公報ではＸ線回折で分析される結晶性の高いグラファイ
トと考えられるので、本発明は、特開平９−４８６６８
号公報の発明とは全く異質である。

【００２４】本発明においては、レーザラマンスペクト
ルによる分析で１５８０ｃｍ^-1付近のピークと１３５５
ｃｍ^-1付近のピークとのピーク強度比：Ｉ（１５８０）
／Ｉ（１３５５）が３．０以下であることが望ましい。
上記ピーク強度比：Ｉ（１５８０）／Ｉ（１３５５）が
３．０より大きいと、カーボンの結晶性が増大してくる
ため、２００℃以上の高温領域における体積抵抗率の低
下を充分に抑制することができないことがある。なお、
高温での熱伝導率の低下を抑制したい場合は、ピーク強
度比：Ｉ（１５８０）／Ｉ（１３５５）は１．０以上で
あることが望ましい。Ｉ（１５８０）／Ｉ（１３５５）
は１．０未満では、非晶質の度合いが大きくなり、高温
での熱伝導率が低下してしまうからである。逆に高温で
の体積抵抗率を低下させる場合には、Ｉ（１５８０）／
Ｉ（１３５５）は１．０未満にする方が望ましい。さら
に、破壊靱性値を確保したい場合は、ピーク強度比：Ｉ
（１５８０）／Ｉ（１３５５）は３．０を超えることが
望ましい。つまり、どのような用途に使用するかで、ピ
ーク強度比を調整するのである。

【００２５】本発明において、レーザラマンスペクトル
による分析で１５８０ｃｍ^-1付近および１３５５ｃｍ^-1
付近にピークが出現し、１３５５ｃｍ^-1付近のピークの
半値幅（半値全幅）が、２０ｃｍ^-1以上であることが望
ましい。１３５５ｃｍ^-1付近のピークの半値幅（半値全
幅）が、２０ｃｍ^-1未満であると、やはり結晶性が高く
なるため、２００℃以上の高温領域における体積抵抗率
の低下を充分に抑制することができないことがある。１
３５５ｃｍ^-1付近のピークの半値幅（半値全幅）は、４
０ｃｍ^-1以上が最適である。

【００２６】本発明において、レーザラマンスペクトル
による分析で１５８０ｃｍ^-1付近および１３５５ｃｍ^-1
付近にピークが出現するカーボンの含有量は、２００〜
５０００ｐｐｍとすることが望ましい。２００ｐｐｍ未
満では、黒色とは言えず、明度がＮ４を超えるものとな
り、一方、添加量が５０００ｐｐｍを超えると、セラミ
ック基板の焼結性が低下するからである。

【００２７】本発明の半導体装置用セラミック基板を構
成するセラミック材料は特に限定されるものではなく、
例えば、窒化物セラミック、炭化物セラミック、酸化物
セラミック等が挙げられる。

【００２８】上記窒化物セラミックとしては、金属窒化
物セラミック、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ
素、窒化ホウ素、窒化チタン等が挙げられる。また、上
記炭化物セラミックとしては、金属炭化物セラミック、
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。

【００２９】上記酸化物セラミックとしては、金属酸化
物セラミック、例えば、アルミナ、ジルコニア、コージ
ェライト、ムライト等が挙げられる。これらのセラミッ
クは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

【００３０】これらのセラミックの中では、窒化物セラ
ミック、炭化物セラミックの方が酸化物セラミックに比
べて望ましい。熱伝導率が高いからである。また、窒化
物セラミックの中では窒化アルミニウムが最も好適であ
る。熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高いからであ
る。

【００３１】本発明においては、半導体装置用セラミッ
ク基板を構成する焼結体中には、焼結助剤を含有するこ
とが望ましい。その焼結助剤としては、アルカリ金属酸
化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類酸化物を使用す
ることができ、これらの焼結助剤のなかでは、特にＣａ
Ｏ、Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ｎａ₂ Ｏ、Ｌｉ₂ Ｏ、Ｒｂ₂ Ｏ₃ が好ま
しい。これらの含有量としては、０．１〜１０重量％が
望ましい。また、アルミナを添加してもよい。

【００３２】また、本発明に係る半導体装置用セラミッ
ク基板は、明度がＪＩＳ Ｚ ８７２１の規定に基づく
値でＮ４以下のものであることが望ましい。この程度の
明度を有するものが輻射熱量、隠蔽性に優れるからであ
る。

【００３３】ここで、明度のＮは、理想的な黒の明度を
０とし、理想的な白の明度を１０とし、これらの黒の明
度と白の明度との間で、その色の明るさの知覚が等歩度
となるように各色を１０分割し、Ｎ０〜Ｎ１０の記号で
表示したものである。そして、実際の測定は、Ｎ０〜Ｎ
１０に対応する色票と比較して行う。この場合の小数点
１位は０または５とする。本発明の半導体装置用セラミ
ック基板は円板形状であり、直径２００ｍｍ以上が望ま
しく、２５０ｍｍ以上が最適である。円板形状の半導体
装置用セラミック基板は、温度の均一性が要求される
が、直径の大きな基板ほど、温度が不均一になりやすい
からである。本発明の半導体装置用セラミック基板の厚
さは、５０ｍｍ以下が好ましく、２０ｍｍがより好まし
い。また、１〜５ｍｍが最適である。厚みは、薄すぎる
と高温での反りが発生しやすく、厚すぎると熱容量が大
きくなり過ぎて昇温降温特性が低下するからである。本
発明の半導体装置用セラミック基板の気孔率は、０また
は５％以下が望ましい。気孔率はアルキメデス法により
測定する。高温での熱伝導率の低下、反りの発生を抑制
できるからである。

【００３４】本発明の半導体装置用セラミック基板は、
半導体の製造や半導体の検査を行うための装置に用いら
れるセラミック基板であり、具体的な装置としては、例
えば、静電チャック、ウエハプローバ、ホットプレー
ト、サセプタ等が挙げられる。

【００３５】本発明の半導体装置用セラミック基板に
は、導電性の金属または導電性セラミックからなる導電
体が配設されているが、この導電体が静電電極である場
合には、上記セラミック基板が静電チャックとして機能
する。

【００３６】上記金属としては、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。また、上記導電性セラミ
ックとしては、例えば、タングステン、モリブデンの炭
化物などが挙げられる。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。

【００３７】本発明の半導体装置用セラミック基板中に
は、導電性の金属または導電性セラミックからなる静電
チャック用の静電電極が埋設されていてもよい。図４
（ａ）は、静電チャックを模式的に示す縦断面図であ
り、（ｂ）は、（ａ）に示した静電チャックのＡ−Ａ線
断面図である。この静電チャック２０では、窒化アルミ
ニウム基板３の内部にチャック正負電極層２２、２３が
埋設され、その電極上にセラミック誘電体膜４０が形成
されている。また、セラミック基板３の内部には、抵抗
発熱体１１が設けられ、シリコンウエハ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３
には、必要に応じて、ＲＦ電極が埋設されていてもよ
い。

【００３８】また、（ｂ）に示したように、静電チャッ
ク２０は、通常、平面視円形状に形成されており、セラ
ミック基板２１の内部に図４に示した半円弧状部２２ａ
と櫛歯部２２ｂとからなるチャック正極静電層２２と、
同じく半円弧状部２３ａと櫛歯部２３ｂとからなるチャ
ック負極静電層２３とが、互いに櫛歯部２２ｂ、２３ｂ
を交差するように対向して配置されている。

【００３９】この静電チャックを使用する場合には、チ
ャック正極静電層２２とチャック負極静電層２３とにそ
れぞれ直流電源の＋側と−側を接続し、直流電圧を印加
する。これにより、この静電チャック上に載置された半
導体ウエハが静電的に吸着されることになる。

【００４０】図５および図６は、他の静電チャックにお
ける静電電極を模式的に示した水平断面図であり、図５
に示す静電チャック７０では、セラミック基板７１の内
部に半円形状のチャック正極静電層７２とチャック負極
静電層７３が形成されており、図６に示す静電チャック
８０では、セラミック基板８１の内部に円を４分割した
形状のチャック正極静電層８２ａ、８２ｂとチャック負
極静電層８３ａ、８３ｂが形成されている。また、２枚
の正極静電層８２ａ、８２ｂおよび２枚のチャック負極
静電層８３ａ、８３ｂは、それぞれ交差するように形成
されている。なお、円形等の電極が分割された形態の電
極を形成する場合、その分割数は特に限定されず、５分
割以上であってもよく、その形状も扇形に限定されな
い。

【００４１】本発明の半導体装置用セラミック基板に埋
設された導電体が、抵抗発熱体である場合には、上記セ
ラミック基板がホットプレートとして機能する。

【００４２】図７は、本発明の半導体装置用セラミック
基板の一実施形態であるホットプレート（以下、セラミ
ックヒータともいう）の一例を模式的に示す底面図であ
り、図８は、上記セラミックヒータの一部を模式的に示
す部分拡大断面図である。

【００４３】セラミック基板９１は、円板状に形成され
ており、抵抗発熱体９２は、セラミック基板９１のウエ
ハ載置面の全体の温度が均一になるように加熱するため
に、セラミック基板９１の底面に同心円状のパターンに
形成されており、その表面には、金属被覆層９２ａが形
成されている。

【００４４】また、抵抗発熱体９２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端子ピン９３が接
続されている。また、中央に近い部分には、支持ピン９
６を挿入するための貫通孔９５が形成され、さらに、測
温素子を挿入するための有底孔９４が形成されている。

【００４５】また、図８に示したように、この支持ピン
９６は、その上にシリコンウエハ９９を載置して上下さ
せることができるようになっており、これにより、シリ
コンウエハ９９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９９を受け取ったりすることができ
る。図７に示した抵抗発熱体９２は、セラミック基板９
１の底面に配設されているが、抵抗発熱体９２は、セラ
ミック基板９１の内部で、その中心または中心よりウエ
ハ載置面に偏芯した位置に形成されていてもよい。

【００４６】このような構成のセラミックヒータでは、
その上にシリコンウエハ等を載置した後、シリコンウエ
ハ等の加熱や冷却を行いながら、種々の操作を行うこと
ができる。

【００４７】本発明の半導体装置用セラミック基板の表
面および内部に導電体が配設され、上記内部の導電体
が、ガード電極またはグランド電極のいずれか少なくと
も一方である場合には、上記セラミック基板は、ウエハ
プローバとして機能する。

【００４８】図９は、本発明のウエハプローバの一実施
形態を模式的に示した断面図であり、図１０は、その平
面図であり、図１１は、図９に示したウエハプローバに
おけるＡ−Ａ線断面図である。

【００４９】このウエハプローバ１０１では、平面視円
形状のセラミック基板３の表面に同心円形状の溝７が形
成されるとともに、溝７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８が設けられており、溝７を含
むセラミック基板３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２が円形状に形成
されている。

【００５０】一方、セラミック基板３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、図７に示
したような平面視同心円形状の発熱体４１が設けられて
おり、発熱体４１の両端には、外部端子ピン１９１（図
１３参照）が接続、固定されている。また、セラミック
基板３の内部には、ストレイキャパシタやノイズを除去
するために図１１に示したような格子形状のガード電極
５とグランド電極６とが設けられている。

【００５１】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。

【００５２】次に、本発明にかかる上記半導体装置用セ
ラミック基板の製造方法の一例を説明する。 (1) 酸価が５〜１７ＫＯＨｍｇ／ｇのアクリル樹脂とマ
トリックス成分となるセラミック粉末とを混合する。混
合する粉末の好ましい大きさは、平均粒径で、０．１〜
５μｍ程度の小さいものがよい。これは、微細なほど焼
結性が向上するからである。なお、カーボンの添加量は
焼成時に消失する分を考慮して添加する。また、窒化ア
ルミニウム基板等を製造する場合には、上記混合物に酸
化イットリウム（イットリア：Ｙ₂ Ｏ₃ ）の如き焼結助
剤を添加してもよい。

【００５３】(2) 次に、得られた粉末混合物を成形型に
入れて成形体とし、この成形体を、３５０℃以上で熱分
解して、アクリル系樹脂を炭化する。上記の(1) (2) の
処理に代え、窒化アルミニウム粉末、酸価が５〜１７Ｋ
ＯＨｍｇ／ｇのアクリル系樹脂および溶媒を混合してグ
リーンシートを作製した後積層し、このグリーンシート
の積層体を３００〜５００℃で仮焼成することにより、
本発明で使用するカーボンとしてもよい。なお、溶媒と
しては、α−テルピネオールや、グリコールなどを用い
ることができる。

【００５４】(3) 次に、アクリル樹脂を炭化した成形
体、または、上記グリーンシートの積層体（いずれも仮
焼成したもの）を、アルゴン、窒素などの不活性雰囲気
下に１５００〜１９００℃、８０〜２００ｋｇ／ｃｍ²
の条件で加熱、加圧して焼結する。なお、焼結温度が１
９００℃に近いほど、カーボンの結晶性が高くなり、ピ
ーク強度比Ｉ（１５８０）／Ｉ（１３５５）が大きくな
るので、焼結温度でピーク強度比を調整することができ
る。

【００５５】本発明の半導体装置用セラミック基板は、
基本的にセラミック粉末の混合物からなる成形体やグリ
ーンシート積層体を焼成することにより製造することが
できるが、このセラミック粉末の混合物を成形型に入れ
る際に、発熱体となる金属板（箔）や金属線等を粉末混
合物中に埋没したり、積層するグリーンシートのうちの
１枚のグリーンシート上に発熱体となる導体ペースト層
を形成することにより、内部に抵抗発熱体を有するセラ
ミック基板とすることができる。また、焼結体を製造し
た後、その表面（底面）に導体ペースト層を形成し、焼
成することによって、底面に発熱体を形成することもで
きる。

【００５６】さらに、このセラミック基板の製造時に
は、発熱体の他、静電チャック等の電極の形状となるよ
うに、上記成形体の内部に金属板（箔）等を埋設した
り、グリーンシート上に導体ペースト層を形成すること
により、ホットプレート、静電チャック、ウエハプロー
バ、サセプタなどを製造することができる。

【００５７】各種の電極や発熱体を作製するための導体
ペーストとしては特に限定されないが、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。

【００５８】上記金属粒子としては、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、薄膜状の電極等とした際に
は、充分に大きな導電性を有し、一方、図７に示したよ
うな線状（帯状）の抵抗発熱体とした場合には、発熱す
るに充分な抵抗値を有するからである。上記導電性セラ
ミックとしては、例えば、タングステン、モリブデンの
炭化物などが挙げられる。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。

【００５９】これら金属粒子または導電性セラミック粒
子の粒径は、０．１〜１００μｍが好ましい。０．１μ
ｍ未満と微細すぎると、酸化されやすく、一方、１００
μｍを超えると、焼結しにくくなり、抵抗値が大きくな
るからである。

【００６０】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、発熱体とセラミック基板との密着性
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。

【００６１】導体ペーストに使用される樹脂としては、
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。

【００６２】発熱体用の導体ペーストをセラミック基板
の表面に形成する際には、導体ペースト中に金属粒子の
ほかに金属酸化物を添加し、金属粒子および金属酸化物
を焼結させたもの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させることにより、
セラミック基板と金属粒子とを密着させることができ
る。

【００６３】金属酸化物を混合することにより、セラミ
ック基板と密着性が改善される理由は明確ではないが、
金属粒子表面や非酸化物からなるセラミック基板の表面
は、その表面がわずかに酸化されて酸化膜が形成されて
おり、この酸化膜同士が金属酸化物を介して焼結して一
体化し、金属粒子とセラミックとが密着するのではない
かと考えられる。また、セラミック基板を構成するセラ
ミックが酸化物の場合は、当然に表面が酸化物からなる
ので、密着性に優れた導体層が形成される。

【００６４】上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 ₂ Ｏ₃ ）、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。

【００６５】これらの酸化物は、発熱体の抵抗値を大き
くすることなく、金属粒子とセラミック基板との密着性
を改善することができるからである。

【００６６】上記酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ
素（Ｂ₂ Ｏ₃ ）、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、特にセラミック基板
との密着性を改善することができる。

【００６７】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。ま
た、このような構成の導体ペーストを使用して発熱体を
形成した際の面積抵抗率は、１〜４５ｍΩ／□が好まし
い。

【００６８】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、表面に発
熱体を設けたセラミック基板では、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。

【００６９】発熱体がセラミック基板の表面に形成され
る場合には、発熱体の表面部分に、金属被覆層が形成さ
れていることが望ましい。内部の金属焼結体が酸化され
て抵抗値が変化するのを防止するためである。形成する
金属被覆層の厚さは、０．１〜１０μｍが好ましい。

【００７０】金属被覆層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。

【００７１】なお、発熱体をセラミック基板の内部に形
成する場合には、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。また、セラミック基板の表面に
金属層を形成する場合や、その金属層の上に被覆層を形
成する場合には、上記した導体ペーストの塗布以外に、
スパッタリング等の物理的蒸着手段やめっき等の化学的
被覆手段をとることができる。

【００７２】

【実施例】（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、酸化イットリウム（Ｙ₂ Ｏ
₃ ：イットリア、平均粒径０．４μｍ）４重量部、アク
リル系樹脂バインダ（共栄社製 商品名ＫＣ−６００
酸価１０ＫＯＨｍｇ／ｇ）８重量部を混合し、成形型に
入れて成形体とした。 （２）成形体を窒素雰囲気中で３５０℃、４時間加熱し
てアクリル系樹脂バインダを熱分解させた。 （３）成形体を、１８９０℃、圧力１５０ｋｇ／ｃｍ²
の条件で３時間ホットプレスして窒化アルミニウム焼結
体を得た。焼結体中のカーボン量の測定は、焼結体を粉
砕し、これを５００〜８００℃で加熱して発生するＣＯ
_x ガスを捕集することにより行った。この方法による測
定の結果、窒化アルミニウム焼結体中に含まれるカーボ
ン量は８００ｐｐｍであった。また、明度はＮ＝３．５
であった。 （４）上記（３）で得た焼結体の底面に、スクリーン印
刷にて導体ペーストを印刷した。印刷パターンは、図７
に示したような同心円状のパターンとした。導体ペース
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。

【００７３】この導体ペーストは、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４．５μｍで、リン片状のもので
あった。

【００７４】（５）次に、導体ペーストを印刷した焼結
体を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焼結体に焼き付け、発熱体９２
を形成した。銀−鉛の発熱体９２は、厚さが５μｍ、幅
２．４ｍｍ、面積抵抗率が７．７ｍΩ／□であった。 （６）硫酸ニッケル８０ｇ／ｌ、次亜リン酸ナトリウム
２４ｇ／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を含む水溶液からなる無
電解ニッケルめっき浴に上記（５）で作製した焼結体を
浸漬し、銀−鉛の発熱体９２の表面に厚さ１μｍの金属
被覆層９２ａ（ニッケル層）を析出させた。

【００７５】（７）電源との接続を確保するための端子
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（田中貴金属社製）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端子ピン９３
を載置して、４２０℃で加熱リフローし、端子ピン９３
を発熱体９２の表面に取り付けた。 （８）温度制御のための熱電対を有底孔に挿入し、ポリ
イミド樹脂を充填し、１９０℃で２時間硬化させ、セラ
ミックヒータ９０（図７参照）を得た。

【００７６】図２は、本実施例１で得られた焼結体中の
カーボンのレーザラマン分光分析の結果を示すレーザラ
マンスペクトルであり、測定条件は、顕微ラマン（JOBI
N YVONRAMANOR U-100）を使用し、レーザーパワー：２
００ｍＷ、レーザビーム径：２０μｍ、励起波長：５１
４．５ｎｍ、スリット幅：１０００μｍ、ｇａｔｅ ｔ
ｉｍｅ：１、ｒｅｐｅａｔ ｔｉｍｅ：４、温度：２
５．０℃である。

【００７７】図２に示したレーザラマンスペクトルより
明らかなように、１５８０ｃｍ^-1付近および１３５５ｃ
ｍ^-1付近にはっきりとピークが観察され、結晶性が低下
したカーボンであることがわかる。ピーク強度比Ｉ（１
５８０）／Ｉ（１３５５）＝２．３で、半値幅が４５ｃ
ｍ^-1である。

【００７８】（実施例２） （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、アクリル系樹脂バインダ
（共栄社製 商品名ＫＣ−６００ 酸価１７ＫＯＨｍｇ
／ｇ）８重量部を混合し、成形型に入れて成形体とし
た。 （２）成形体を窒素雰囲気中で６００℃、１時間加熱し
てアクリル系樹脂バインダを熱分解させた。 （３）成形体を、１８９０℃、圧力１５０ｋｇ／ｃｍ²
の条件で３時間ホットプレスして窒化アルミニウム焼結
体を得た。得られた窒化アルミニウム焼結体中のカーボ
ン量は８０５ｐｐｍで、明度はＮ＝３．５であった。こ
の焼結体について、実施例１と同様に発熱体パターンを
設けた。

【００７９】図３は、本実施例２で得られた焼結体中の
カーボンのレーザラマン分光分析の結果を示すレーザラ
マンスペクトルであり、測定条件は、顕微ラマン（JOBI
N YVONRAMANOR U-100）を使用し、レーザーパワー：２
００ｍＷ、レーザビーム径：２０μｍ、励起波長：５１
４．５ｎｍ、スリット幅：１０００μｍ、ｇａｔｅ ｔ
ｉｍｅ：１、ｒｅｐｅａｔ ｔｉｍｅ：４、温度：２
５．０℃である。図３に示したレーザラマンスペクトル
より明らかなように、本実施例に係る窒化アルミニウム
焼結体でも、１５８０ｃｍ^-1付近および１３５５ｃｍ^-1
付近にはっきりとピークが観察され、結晶系は維持しな
がらも、結晶の一部が壊れて非晶質化していることがわ
かる。ピーク強度比Ｉ（１５８０）／Ｉ（１３５５）＝
２．１で、半値幅が４５ｃｍ^-1である。

【００８０】（実施例３） （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、酸化イットリウム（Ｙ₂ Ｏ
₃ ：イットリア、平均粒径０．４μｍ）４重量部、アク
リル系樹脂バインダ（共栄社製 商品名ＫＣ−６００
酸価１０ＫＯＨｍｇ／ｇ）８重量部を混合し、成形型に
入れて成形体とした。 （２）成形体を窒素雰囲気中で３５０℃、４時間加熱し
てアクリル系樹脂バインダを熱分解させた。 （３）成形体を、１７５０℃、圧力１５０ｋｇ／ｃｍ²
の条件で３時間ホットプレスして窒化アルミニウム焼結
体を得た。窒化アルミニウム焼結体中に含まれるカーボ
ン量は８００ｐｐｍであった。また、明度はＮ＝３．５
であった。この焼結体について、実施例１と同様に発熱
体パターンを設けた。

【００８１】本実施例３で得られた窒化アルミニウム焼
結体中のカーボンのレーザラマン分光分析では、ピーク
強度比Ｉ（１５８０）／Ｉ（１３５５）＝０．７で、半
値幅が５５ｃｍ^-1である（図１７参照）。焼結温度が低
く、結晶化が進行しないため非晶質成分が大きくなるも
のと推定される。

【００８２】（実施例４） （１）窒化ケイ素粉末（平均粒径１．１μｍ）４５重量
部、酸化イットリウム（Ｙ₂ Ｏ₃ ：イットリア、平均粒
径０．４μｍ）２０重量部、Ａｌ₂ Ｏ₃ （平均粒径０．
５μｍ）１５重量部、ＳｉＯ₂ （平均粒径０．５μｍ）
２０重量部、アクリル系樹脂バインダ（共栄社製 商品
名ＫＣ−６００ 酸価１０ＫＯＨｍｇ／ｇ）８重量部を
混合し、成形型に入れて成形体とした。 （２）成形体を窒素雰囲気中で３５０℃、４時間加熱し
てアクリル系樹脂バインダを熱分解させた。 （３）成形体を、１６００℃、圧力１５０ｋｇ／ｃｍ²
の条件で３時間ホットプレスして窒化ケイ素焼結体を得
た。窒化ケイ素焼結体中に含まれるカーボン量は８００
ｐｐｍであった。また、明度はＮ＝３．５であった。こ
の焼結体について、実施例１と同様に発熱体パターンを
設けた。

【００８３】本実施例４で得られた窒化アルミニウム焼
結体中のカーボンのレーザラマン分光分析では、ピーク
強度比Ｉ（１５８０）／Ｉ（１３５５）＝２．３で、半
値幅が４５ｃｍ^-1である。

【００８４】（比較例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、酸化イットリウム（Ｙ₂ Ｏ
₃ ：平均粒径０．４μｍ）４重量部を混合し、結晶性グ
ラファイト（東洋炭素社製 ＧＲ−１２００）０．１０
重量部を混合し、成形型に入れて成形体とした。 （２）成形体を、１９００℃、圧力１５０ｋｇ／ｃｍ²
の条件で３時間ホットプレスして窒化アルミニウム焼結
体を得た。窒化アルミニウム焼結体中に含まれるカーボ
ン量は８００ｐｐｍであった。また、明度はＮ＝３．５
であった。この焼結体について、実施例１と同様に発熱
体パターンを設けた。

【００８５】窒化アルミニウム焼結体中のカーボンのレ
ーザラマン分光分析では、１５８０ｃｍ^-1でのみピーク
が観察された（図１５参照）。

【００８６】（比較例２） （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、酸化イットリウム（Ｙ₂ Ｏ
₃ ：平均粒径０．４μｍ）４重量部を混合し、成形型に
入れて成形体とした。 （２）成形体を、１９００℃、圧力１５０ｋｇ／ｃｍ²
の条件で３時間ホットプレスして窒化アルミニウム焼結
体を得た。窒化アルミニウム焼結体中に含まれるカーボ
ン量は５０ｐｐｍ以下であり、原料に起因するカーボン
と推定された。明度はＮ＝７．０であった。この焼結体
について、実施例１と同様に発熱体パターンを設けた。

【００８７】（比較例３） （１）窒化ケイ素粉末（平均粒径１．１μｍ）４５重量
部、酸化イットリウム（Ｙ₂ Ｏ₃ ：イットリア、平均粒
径０．４μｍ）２０重量部、Ａｌ₂ Ｏ₃ （平均粒径０．
５μｍ）１５重量部、ＳｉＯ₂ （平均粒径０．５μｍ）
２０重量部、結晶性グラファイト（東洋炭素社製 ＧＲ
−１２００）０．１０重量部を混合し、成形型に入れて
成形体とした。 （２）成形体を、１６００℃、圧力１５０ｋｇ／ｃｍ²
の条件で３時間ホットプレスして窒化アルミニウム焼結
体を得た。窒化アルミニウム焼結体中に含まれるカーボ
ン量は８００ｐｐｍであった。また、明度はＮ＝３．５
であった。この焼結体について、実施例１と同様に発熱
体パターンを設けた。

【００８８】窒化アルミニウム焼結体中のカーボンのレ
ーザラマン分光分析では、１５８０ｃｍ^-1でのみピーク
が観察された。

【００８９】図１は、実施例１〜３および比較例１、２
において、室温〜５００℃までの体積抵抗率の推移を示
したものである。また、実施例４、比較例３について
は、以下の表１にその温度と体積抵抗率を標記した。こ
の図１に示すように、比較例１として示す結晶質カーボ
ンのみが入っている焼結体の例では、体積抵抗率が約１
／１０に低下した。

【００９０】

【表１】

【００９１】上記測定において、体積抵抗率と熱伝導率
とは次のように測定した。 (1) 体積抵抗率：焼結体を切削加工することにより、直
径１０ｍｍ、厚さ３ｍｍの形状に切出し、三端子（主電
極、対電極、ガード電極）を形成し、直流電圧を加え、
１分間充電した後のデジタルエレクトロメーターに流れ
る電流（Ｉ）を読んで、試料の抵抗（Ｒ）を求め、抵抗
（Ｒ）と試料の寸法から体積抵抗率（ρ）を下記の計算
式（１）で計算した。

【００９２】

【数１】

【００９３】上記計算式（１）において、ｔは試料の厚
さ（ｍｍ）また、Ｓは、下記の計算式（２）および
（３）により与えられる。

【００９４】

【数２】

【００９５】

【数３】

【００９６】なお、上記計算式（２）および（３）にお
いて、ｒ₁ は主電極の半径、ｒ₂ はガード電極の内径
（半径）、ｒ₃ はガード電極の外径（直径）、Ｄ₁ は主
電極の直径、Ｄ₂ はガード電極の内径（直径）、Ｄ₃ は
ガード電極の外径（直径）であり、本実施例において
は、２ｒ₁ ＝Ｄ₁ ＝１．４５ｃｍ、２ｒ₂ ＝Ｄ₂ ＝１．
６０ｃｍ、２ｒ₃ ＝Ｄ₃ ＝２．００ｃｍである。

【００９７】また、図１４には、実施例１と実施例３の
焼結体の強度測定結果を記載している。図１４に示した
ように、カーボンがより非晶質化した窒化アルミニウム
焼結体では、強度が余り上昇していない。なお、強度の
測定は、インストロン万能試験機（４５０７型 ロード
セル５００ｋｇｆ）を用い、温度が２５〜１０００℃の
大気中、クロスヘッド速度０．５ｍｍ／分、スパン距離
Ｌ＝３０ｍｍ、試験片の厚さ＝３．０６ｍｍ、試験片の
幅＝４．０３ｍｍで実施し、以下の計算式（４）を用い
て３点曲げ強度σ（ｋｇｆ／ｍｍ² ）を算出した。

【００９８】

【数４】

【００９９】上記計算式（４）中、Ｐは、試験片が破壊
したときの最大荷重（ｋｇｆ）であり、Ｌは、下支点間
の距離（３０ｍｍ）であり、ｔは、試験片の厚さ（ｍ
ｍ）であり、ｗは、試験片の幅（ｍｍ）である。

【０１００】また、実施例１〜４および比較例１〜３の
焼結体について、ホットプレート上で５００℃まで加熱
し、表面温度をサーモビュア（日本データム株式会社製
ＩＲ１６２０１２−００１２）と、ＪＩＳ−Ｃ−１６
０２（１９８０）Ｋ型熱電対で測定し、両者の温度差を
調べた。なお、熱電対で測定した温度とのずれ量が大き
いほど、サーモビュアの温度誤差が大きいと言える。

【０１０１】その測定の結果によると、実施例１では温
度差０．８℃、実施例２では温度差０．９℃、実施例
３、実施例４では温度差１．０℃、比較例１では温度差
８℃、比較例２、３では温度差０．８℃であった。ま
た、図１６に示したように、カーボンがより非晶質化し
た窒化アルミニウム焼結体（実施例３）では、熱伝導率
の低下が大きい。

【０１０２】（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）１００重量部、イットリア（平均粒径０．
４μｍ）４重量部、アクリル系樹脂バインダ（共栄社製
商品名ＫＣ−６００ 酸価１０ＫＯＨｍｇ／ｇ）８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用い、ドクター
ブレード法を用いて成形することにより厚さ０．４７ｍ
ｍのグリーンシート３０を得た。 （２）このグリーンシート３０を８０℃で５時間乾燥し
た後、パンチングを行い、発熱体と外部端子ピンと接続
するためのスルーホール用貫通孔を設けた。

【０１０３】（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、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。
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を調製した。

【０１０４】（４）グリーンシート３０の表面に、上記
導電性ペーストＡをスクリーン印刷法により印刷し、格
子状のガード電極用印刷層５０およびグランド電極用印
刷層６０を形成した。また、外部端子接続用ピンと接続
するための上記スルーホール用貫通孔に導電性ペースト
Ｂを充填してスルーホール用充填層１６０、１７０を形
成した。そして、導電性ペーストが印刷されたグリーン
シート３０および印刷がされていないグリーンシート３
０′を５０枚積層し、１３０℃、８０ｋｇ／ｃｍ² の圧
力で一体化した（図１２（ａ））。

【０１０５】（５）一体化させた積層体を３００℃で４
時間脱脂し、その後、１８９０℃、圧力１５０ｋｇ／ｃ
ｍ² の条件で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。この板状体を直径２３０ｍ
ｍの円状に切り出してセラミック基板３とした（図１２
（ｂ））。なお、スルーホール１６、１７の大きさは直
径０．２ｍｍ、深さ０．２ｍｍであった。また、ガード
電極５、グランド電極６の厚さは１０μｍ、ガード電極
５の焼結体厚み方向での形成位置は発熱体から１ｍｍの
ところ、一方、グランド電極６の焼結体厚み方向での形
成位置は、チャック面１ａから１．２ｍｍであった。ま
た、カーボン量は８１０ｐｐｍであった。

【０１０６】（６）上記（４）で得たセラミック基板３
を、ダイアモンド砥石で研磨した後、マスクを載置し、
ガラスビーズのブラスト処理によって、表面に熱電対取
付け用凹部（図示せず）およびウエハ吸着用の溝７（幅
０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍ）を形成した（図１２
（ｃ））。

【０１０７】（７）さらに、溝７を形成したチャック面
１ａに対向する裏面に導電性ペーストを印刷して発熱体
用のペースト層を形成した。この導電性ペーストは、プ
リント配線板のスルーホール形成に用いられている徳力
化学研究所製のソルベストＰＳ６０３Ｄを使用した。す
なわち、この導電性ペーストは、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）を銀の量に対して７．５重量％含む
ものである。なお、この導電性ペースト中の銀として
は、平均粒径４．５μｍのリン片状のものを用いた。

【０１０８】（８）裏面に導電性ペーストを印刷して発
熱体４１を形成したセラミック基板（ヒータ板）３を７
８０℃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３に焼き付け、発熱体４
１を形成した（図１２（ｄ））。次いで、このセラミッ
ク基板３を、硫酸ニッケル３０ｇ／ｌ、ほう酸３０ｇ／
ｌ、塩化アンモニウム３０ｇ／ｌ、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中に
浸漬して、上記導電性ペーストからなる発熱体４１の表
面に、さらに厚さ１μｍ、ホウ素の含有量が１重量％以
下であるニッケル層４１０を析出させて発熱体４１を肥
厚化させ、その後１２０℃で３時間の熱処理を行った。
こうして得られたニッケル層４１０を含む発熱体４１
は、厚さが５μｍ、幅２．４ｍｍであり、面積抵抗率が
７．７ｍΩ／□であった。

【０１０９】（９）溝７が形成されたチャック面１ａ
に、スパッタリング法にてＴｉ、Ｍｏ、Ｎｉの各層を順
次積層した。このスパッタリングは、装置として日本真
空技術株式会社社製のＳＶ−４５４０を用い、気圧：
０．６Ｐａ、温度：１００℃、電力：２００Ｗ、処理時
間：３０秒〜１分の条件で行い、スパッタリングの時間
は、スパッタリングする各金属によって調整した。得ら
れた膜は、蛍光Ｘ線分析計の画像からＴｉは０．３μ
ｍ、Ｍｏは２μｍ、Ｎｉは１μｍであった。

【０１１０】（１０）上記（９）で得られたセラミック
基板３を、硫酸ニッケル３０ｇ／ｌ、ほう酸３０ｇ／
ｌ、塩化アンモニウム３０ｇ／ｌ、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浸
漬して、チャック面１ａに形成されている溝７の表面
に、ホウ素の含有量が１重量％以下のニッケル層（厚さ
７μｍ）を析出させ、１２０℃で３時間熱処理した。さ
らに、セラミック基板３表面（チャック面側）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、セラミック基板３のチャック面側のニ
ッケルめっき層上に、さらに厚さ１μｍの金めっき層を
積層してチャックトップ導体層２を形成した（図１３
（ｅ））。

【０１１１】（１１）次いで、溝７から裏面に抜ける空
気吸引孔８をドリル加工して穿孔し、さらにスルーホー
ル１６、１７を露出させるための袋孔１８０を設けた
（図１３（ｆ））。この袋孔１８０にＮｉ−Ａｕ合金
（Ａｕ８１．５ｗｔ％、Ｎｉ１８．４ｗｔ％、不純物
０．１ｗｔ％）からなる金ろうを用い、９７０℃で加熱
リフローさせてコバール製の外部端子ピン１９、１９０
を接続させた（図１３（ｇ））。また、上記発熱体４１
に半田合金（錫９／鉛１）を介してコバール製の外部端
子ピン１９１を形成した。 （１２）温度制御のために、複数の熱電対を凹部に埋め
込み（図示せず）、ウエハプローバ付きヒータとした。

【０１１２】（１３）この後、通常は、上記ウエハプロ
ーバ付きヒータをステンレス鋼製の支持台上にセラミッ
クファイバー（イビデン社製、商品名、イビウール）か
らなる断熱材を介して固定し、その支持台上には冷却ガ
スの噴射ノズルを設けて該ウエハプローバの温度調製を
行うようにする。 なお、このウエハプローバ付きヒータは、空気吸引孔８
からの空気を吸引して、該ヒータ上に載置されるウエハ
を吸着支持する。なお、このようにして製造したウエハ
プローバ付きヒータは、明度がＮ＝３．５を示し輻射熱
量が多く、しかも、内部のガード電極５やグランド電極
６の隠蔽性にも優れる。また、高温での体積抵抗率の低
下を抑制でき、作動中に短絡が発生せず、またリーク電
流を低減、防止することができる。

【０１１３】（実施例６）応用例、発熱体および静電チ
ャック用静電電極を内部に有するセラミックヒータ（図
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、アクリル系樹脂バインダ（共
栄社製 商品名ＫＣ−６００ 酸価１７ＫＯＨｍｇ／
ｇ）８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０．４７
ｍｍのグリーンシートを得た。

【０１１４】（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
挿入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。

【０１１５】（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４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。

【０１１６】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３７枚、下側に１３枚、１３０℃、８０ｋｇ／ｃｍ²
の圧力で積層した。

【０１１７】（４）次に、得られた積層体を窒素ガス
中、６００℃で１時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５０
ｋｇ／ｃｍ² で３時間ホットプレスし、カーボンを８１
０ｐｐｍ含む厚さ３ｍｍの窒化アルミニウム板状体を得
た。これを直径２３０ｍｍの円板状に切り出し、内部に
厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの発熱体および静電電極を有す
るセラミック製の板状体とした。

【０１１８】（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。

【０１１９】（６）さらに、スルーホール用の貫通孔の
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。

【０１２０】（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、静電チャック付きセラミックヒ
ータの製造を完了した。このようにして製造した静電チ
ャック付きヒータは、明度がＮ＝３．５を示し輻射熱量
が多く、しかも、内部の抵抗発熱体や静電電極の隠蔽性
にも優れる。また、高温での体積抵抗率の低下を抑制で
き、作動中に短絡やリーク電流が発生しない。本実施例
では、４００℃で１ｋＶの電圧でリーク電流を１０ｍＡ
未満にすることができた。

【０１２１】実施例７ （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、酸化イットリウム（Ｙ₂ Ｏ
₃ ：イットリア、平均粒径０．４μｍ）４重量部、アク
リル系樹脂バインダ（三井化学社製ＳＡ−５４５ 酸価
１．０ＫＯＨｍｇ／ｇ）１０重量部を混合し、成形型に
入れて成形体とした。 （２）成形体を窒素雰囲気中で３５０℃、４時間加熱し
てアクリル系樹脂バインダを熱分解させた。本実施例７
で得られた窒化アルミニウム焼結体中のカーボンのレー
ザラマン分光分析では、ピーク強度比Ｉ（１５８０）／
Ｉ（１３５５）＝４．０で、半値幅が４５ｃｍ^-1である
（図１８参照）。実施例１と同様にして焼結体を得、セ
ラミックヒータとした。実施例１と実施例７のヒータに
ついて破壊靱性値についても測定した。破壊靱性値は、
ビッカーズ硬度計（明石製作所社製 ＭＶＫ−Ｄ型）に
より、圧子を表面に圧入し、発生したクラック長さを測
定し、これを以下の計算式（５）を用いて計算した。

【０１２２】 破壊靱性値＝０．０２６×Ｅ^1/2 ×０．５×Ｐ^1/2 ×ａ×Ｃ^-3/2・・・（５）

【０１２３】上記計算式（５）において、Ｅは、ヤング
率（３．１８×１０¹¹Ｐａ）、Ｐは、押し込み荷重（９
８Ｎ）、ａは、圧痕対角線平均長さの半分（ｍ）、Ｃ
は、クラックの長さの平均の半分（ｍ）である。

【０１２４】上記破壊靱性値は、実施例７では、３．４
ＭＰａｍ^1/2 、実施例１では２．８ＭＰａｍ^1/2 であっ
た。

【０１２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る半導
体製造・検査装置用セラミック基板は、レーザラマンス
ペクトル分析で、１５８０ｃｍ^-1付近および１３５５ｃ
ｍ^-1付近にピークが出現する非晶質のカーボンを含有す
ることから、高温での体積抵抗率が高く、かつ、明度の
低いセラミック基板となる。また、サーモビュアによる
正確な温度測定が可能である。従って、本発明の窒化ア
ルミニウム焼結体は、例えば、ホットプレート、静電チ
ャック、ウエハプローバ、サセプタなどの基板として有
用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例および比較例におけるセラミック基板成
分と体積抵抗率との関係を示すグラフである。

【図２】実施例１にかかる半導体製造・検査装置用セラ
ミック基板を構成する焼結体中のカーボンのレーザラマ
ンスペクトルを示すチャートである。

【図３】実施例２にかかる半導体製造・検査装置用セラ
ミック基板を構成する焼結体中のカーボンのレーザラマ
ンスペクトルを示すチャートである。

【図４】（ａ）は、静電チャックを模式的示す縦断面図
であり、（ｂ）は、（ａ）に示した静電チャックのＡ−
Ａ線断面図である。

【図５】静電チャックに埋設されている静電電極の別の
一例を模式的に示す水平断面図である。

【図６】静電チャックに埋設されている静電電極の更に
別の一例を模式的に示す水平断面図である。

【図７】本発明の半導体製造・検査装置用セラミック基
板の一例であるセラミックヒータを模式的に示す底面図
である。

【図８】図７に示したセラミックヒータを模式的に示す
部分拡大断面図である。

【図９】本発明の半導体製造・検査装置用セラミック基
板の一例であるウエハプローバを模式的に示す断面図で
ある。

【図１０】図９に示したウエハプローバを模式的に示す
平面図である。

【図１１】図９に示したウエハプローバのＡ−Ａ線断面
図である。

【図１２】図９に示したウエハプローバの製造工程の説
明図である。

【図１３】図９に示したウエハプローバの製造工程の説
明図である。

【図１４】実施例１、３における半導体製造・検査装置
用セラミック基板を構成する焼結体の曲げ強度の温度依
存性を示すグラフである。

【図１５】比較例１にかかる半導体製造・検査装置用セ
ラミック基板を構成する焼結体中のカーボンのレーザラ
マンスペクトルを示すチャートである。

【図１６】実施例および比較例における熱伝導率の温度
依存性を示すグラフである。

【図１７】実施例３にかかる半導体製造・検査装置用セ
ラミック基板を構成する焼結体中のカーボンのレーザラ
マンスペクトルを示すチャートである。

【図１８】実施例７にかかる半導体製造・検査装置用セ
ラミック基板を構成する焼結体中のカーボンのレーザラ
マンスペクトルを示すチャートである。

【符号の説明】

２ チャックトップ導体層 ３ セラミック基板 ５ ガード電極 ６ グランド電極 ７ 溝 ８ 空気吸引孔 １６、１７ スルーホール １９、１９０、１９１ 外部端子ピン ２０、７０、８０ 静電チャック ２１、７１、８１ セラミック基板 ２２、７２、８２ａ、８２ｂ チャック正極静電層 ２３、７３、８３ａ、８３ｂ チャック負極静電層 ４１ 発熱体 １８０ 袋孔

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｇ０１Ｒ 31/28 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｂ ５Ｆ００４ Ｈ０１Ｌ 21/31 21/205 ５Ｆ０３１ 21/66 Ｃ０４Ｂ 35/00 Ｈ ５Ｆ０４５ // Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｇ０１Ｒ 31/28 Ｋ 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ Ｆターム(参考） 2G011 AB10 AC21 AD01 AE03 2G032 AA00 AE02 4G030 AA12 AA37 AA51 AA60 BA12 GA14 GA24 GA29 4K057 DA20 DM35 DN01 4M106 AA01 BA01 DD30 DE30 DJ01 5F004 AA16 BB29 BC08 5F031 CA02 HA02 HA10 HA13 HA18 HA33 HA37 JA01 JA46 MA33 5F045 EM09

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザラマンスペクトルによる分析にお
   いて、１５８０ｃｍ^-1付近および１３５５ｃｍ^-1付近に
   ピークが出現するカーボンを含有するセラミック基板
   に、導電体を配設して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。
2. 【請求項２】 前記１５８０ｃｍ^-1付近のピークと前記
   １３５５ｃｍ^-1付近のピークとのピーク強度比：Ｉ（１
   ５８０）／Ｉ（１３５５）が３．０以下であるカーボン
   を含有する請求項１に記載の半導体製造・検査装置用セ
   ラミック基板。
3. 【請求項３】 前記１３５５ｃｍ^-1付近のピークの半値
   幅（半値全幅）が２０ｃｍ^-1以上であるカーボンを含有
   する請求項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。
4. 【請求項４】 前記導電体は、静電電極であって、前記
   セラミック基板が静電チャックとして機能する請求項１
   〜３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。
5. 【請求項５】 前記導電体は、抵抗発熱体であって、前
   記セラミック基板がホットプレートとして機能する請求
   項１〜３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。
6. 【請求項６】 前記導電体は、セラミック基板の表面お
   よび内部に形成され、前記内部の導電体は、ガード電極
   またはグランド電極のいずれか少なくとも一方であっ
   て、前記セラミック基板がウエハプローバとして機能す
   る請求項１〜３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。
7. 【請求項７】 前記カーボンの含有量は、２００〜５０
   ００ｐｐｍである請求項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。
8. 【請求項８】 前記セラミック基板中に、アルカリ金属
   酸化物、アルカリ土類金属酸化物および希土類酸化物の
   いずれか少なくとも１種からなる焼結助剤を含む請求項
   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。
9. 【請求項９】 ＪＩＳ Ｚ ８７２１に規定される明度
   がＮ４以下である請求項１〜８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。