JP2001199768A - Ceramic substrate for instrument for producing and inspecting semiconductor - Google Patents

Ceramic substrate for instrument for producing and inspecting semiconductor

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JP2001199768A
JP2001199768A JP2000004397A JP2000004397A JP2001199768A JP 2001199768 A JP2001199768 A JP 2001199768A JP 2000004397 A JP2000004397 A JP 2000004397A JP 2000004397 A JP2000004397 A JP 2000004397A JP 2001199768 A JP2001199768 A JP 2001199768A
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JP
Japan
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ceramic substrate
ceramic
weight
electrostatic
layer
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JP2000004397A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuji Hiramatsu
靖二 平松
Yasutaka Ito
康隆 伊藤
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Ibiden Co Ltd
Original Assignee
Ibiden Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic substrate which has an improved sintering property, can prevent curvature and the deterioration of heat conductivity at high temperature, has a low heat capacity, can give a practically uniform temperature distribution to a wafer-loading surface, can prevent the breakage or the like of a semiconductor wafer caused by the ununiformity of temperature on the wafer-loading surface, and is used for an instrument for producing or inspecting semiconductors. SOLUTION: This ceramic substrate which has a conductive layer in the inner portion of the ceramic substrate or on its surface and is used for producing or inspecting semiconductors, characterized by comprising a nitride ceramic, containing oxygen in the nitride ceramic, and having a thickness of <=50 mm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、主に、ホットプレ
ート(セラミックヒータ)、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する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic substrate used as a device for manufacturing or inspecting a semiconductor, such as a hot plate (ceramic heater), an electrostatic chuck, and a wafer prober.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor manufacturing and inspection apparatus including an etching apparatus and a chemical vapor deposition apparatus, a heater using a metal base material such as stainless steel or an aluminum alloy, a wafer prober, and the like have been used. Has been used. However, the metal heater has a problem that the temperature control characteristic is poor, and the thickness is large, so that the heater is heavy and bulky, and the corrosion resistance to corrosive gas is also poor.

【0003】このような問題を解決するため、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
用したヒータが開発されてきた。このようなセラミック
ヒータでは、セラミック基板自体の剛性が高いため、そ
の厚さを余り厚くしなくても、基板の反り等を防止する
ことができるという利点を有している。
In order to solve such a problem, heaters using ceramics such as aluminum nitride instead of metal heaters have been developed. Such a ceramic heater has an advantage that the warpage of the substrate can be prevented without increasing the thickness because the rigidity of the ceramic substrate itself is high.

【0004】このような技術としては、特開平11−4
0330号公報では、窒化物セラミックの表面に発熱体
を設けたセラミックヒータを開示する。また、特開平9
−48669号公報では、黒色化した窒化アルミニウム
を使用したセラミックヒータを開示する。
[0004] Such a technique is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-4 / 1999.
No. 0330 discloses a ceramic heater in which a heating element is provided on the surface of a nitride ceramic. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open
Japanese Patent No. 48669 discloses a ceramic heater using blackened aluminum nitride.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のヒータの厚みを50mm以下に薄くすると、200℃
を超える高温領域で反りや熱伝導率の低下という問題が
知見された。さらに、このような問題は、上記高温領域
で使用される静電チャックやウエハプローバについても
同様に発生するという事実を見出した。
However, when the thickness of these heaters is reduced to 50 mm or less, 200 ° C.
It has been found that there is a problem of warpage and a decrease in thermal conductivity in a high temperature region exceeding the above range. Further, the inventors have found that such a problem also occurs in an electrostatic chuck or a wafer prober used in the high temperature region.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
上記課題を解決するために鋭意研究した結果、セラミッ
ク基板の厚みが50mm以下である場合は、窒化物セラ
ミックを使用した基板に一定量の酸素を含有させて焼結
性を向上させることにより、上述の問題を解決すること
ができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
Means for Solving the Problems Accordingly, the present inventors have:
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, when the thickness of the ceramic substrate is 50 mm or less, the above-mentioned sinterability is improved by adding a certain amount of oxygen to the substrate using the nitride ceramic to improve the sinterability. It has been found that the above problem can be solved, and the present invention has been completed.

【0007】すなわち、本発明は、セラミック基板の内
部または表面に導体層を有する半導体製造・検査装置用
セラミック基板において、前記セラミック基板は、窒化
物セラミックからなり、その窒化物セラミック中には、
酸素が含有されているとともに、前記セラミック基板の
厚さは、50mm以下であ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。
That is, the present invention relates to a ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus having a conductor layer inside or on a surface of a ceramic substrate, wherein the ceramic substrate is made of a nitride ceramic, and the nitride ceramic contains:
A ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus, wherein oxygen is contained and the thickness of the ceramic substrate is 50 mm or less.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】本発明の半導体製造・検査装置用
セラミック基板は、窒化物セラミックからなり、その窒
化物セラミック中には、酸素が含有されているととも
に、前記セラミック基板の厚さは、50mm以下である
ことを特徴とする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus of the present invention is made of a nitride ceramic, the nitride ceramic contains oxygen, and the thickness of the ceramic substrate is: It is characterized by being 50 mm or less.

【0009】本発明の半導体製造・検査装置用セラミッ
ク基板(以下、半導体装置用セラミック基板ともいう)
においては、上記セラミック基板の厚さを50mm以下
に調整して全体の重量の増加を抑えているので、セラミ
ック基板の熱容量が大きくなりすぎるのを防止すること
ができ、半導体ウエハの加工等において支障のない程度
に均一な温度分布を有するセラミック基板とすることが
できる。
A ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus of the present invention (hereinafter, also referred to as a ceramic substrate for a semiconductor device)
In the above, since the thickness of the ceramic substrate is adjusted to 50 mm or less to suppress the increase in the overall weight, it is possible to prevent the heat capacity of the ceramic substrate from becoming too large, and to hinder the processing of semiconductor wafers. It is possible to obtain a ceramic substrate having a uniform temperature distribution to such an extent that there is no occurrence.

【0010】セラミック基板の厚さが50mmを超える
と、セラミック基板の熱容量が大きくなり、特に、温度
制御手段を設けて加熱、冷却すると、熱容量の大きさに
起因して温度追従性が低下してしまう。セラミック基板
の厚さは、20mm以下がより望ましい。20mmを超
えると、やはり熱容量が充分に小さいとは言えず、温度
制御性、半導体ウエハを載置する面(以下、ウエハ載置
面という)の温度均一性が低下しやすくなる。特に5m
m以下が最適である。なお、厚みは、1mm以上が望ま
しい。
When the thickness of the ceramic substrate exceeds 50 mm, the heat capacity of the ceramic substrate becomes large. In particular, when the ceramic substrate is heated and cooled by providing a temperature control means, the temperature followability is reduced due to the large heat capacity. I will. The thickness of the ceramic substrate is more desirably 20 mm or less. If it exceeds 20 mm, the heat capacity cannot be said to be sufficiently small, and the temperature controllability and the temperature uniformity of the surface on which the semiconductor wafer is mounted (hereinafter, referred to as a wafer mounting surface) are likely to decrease. Especially 5m
m or less is optimal. The thickness is desirably 1 mm or more.

【0011】なお、本発明の半導体装置用セラミック基
板では、半導体ウエハをセラミック基板のウエハ載置面
に接触させた状態で載置するほか、半導体ウエハを支持
ピンなどで支持し、セラミックス基板との間に一定の間
隔を保って保持する場合もある。
In the ceramic substrate for a semiconductor device according to the present invention, the semiconductor wafer is placed in a state in which the semiconductor wafer is brought into contact with the wafer mounting surface of the ceramic substrate, and the semiconductor wafer is supported by support pins or the like. In some cases, a certain interval is maintained.

【0012】ところが、セラミック基板の厚さを50m
m以下に調整した場合には、内部や表面に導体層を有し
ており、また、セラミック基板が窒化物セラミックであ
るため高温でのヤング率が低下して反りが発生してしま
う。また、窒化物セラミックは、高温での熱伝導率が低
くなるため、厚みを50mm以下に調整して熱容量を小
さくした意味が没却されてしまう。すなわち、熱伝導率
が低くなるため、抵抗発熱体の温度の上昇や下降の速度
にセラミック基板のウエハ載置面の温度が追従できず、
ヒータとしての温度追従性が低下してしまう。従って、
ヒータとしての温度追従性を優れたものとするために
は、セラミック基板の高温での熱伝導率を確保する必要
がある。セラミック基板の厚さが50mm以下の場合
に、反りの発生を防止し、セラミック基板の熱伝導率を
確保するためには、上述したように、セラミック基板中
に酸素を含有させて焼結性を向上させ、高い密度のもの
を製造することにより、セラミック基板の機械的(物理
的)特性を向上させればよい。
However, when the thickness of the ceramic substrate is 50 m
When it is adjusted to m or less, since the conductor layer is provided inside or on the surface and the ceramic substrate is a nitride ceramic, the Young's modulus at a high temperature is reduced and warpage occurs. In addition, since the thermal conductivity of the nitride ceramic at a high temperature is low, the meaning of adjusting the thickness to 50 mm or less to reduce the heat capacity is neglected. That is, since the thermal conductivity becomes low, the temperature of the wafer mounting surface of the ceramic substrate cannot follow the rise or fall speed of the temperature of the resistance heating element,
Temperature followability as a heater is reduced. Therefore,
In order to improve the temperature followability of the heater, it is necessary to ensure the high-temperature thermal conductivity of the ceramic substrate. When the thickness of the ceramic substrate is 50 mm or less, in order to prevent the occurrence of warpage and ensure the thermal conductivity of the ceramic substrate, as described above, oxygen is contained in the ceramic substrate to improve the sinterability. It is only necessary to improve the mechanical (physical) properties of the ceramic substrate by improving the density and manufacturing a high-density ceramic substrate.

【0013】本発明では、基板の厚さが50mm以下の
場合に、窒化物セラミック中に酸素を含有させて焼結性
を向上させ、高温での反りや熱伝導率を確保している。
前記セラミック基板中の酸素含有量は、0.1〜5重量
%であることが望ましい。0.1重量%未満では、焼結
性が低下して内部に多数の気孔が存在することになり、
高温での反りが発生したり、熱伝導率を確保することが
できない。また5重量%を超えると粒界に酸化物が偏在
し、この酸化物が熱伝導率を低下させたり、ヤング率を
低下させてしまう。原料の窒化物セラミックを空気中で
焼成することにより酸素を導入することができ、焼結助
剤として下記する各種酸化物を添加することにより、酸
素を導入することができる。酸素量は、酸化物の割合や
焼成の際の温度や時間により調整することができる。
In the present invention, when the thickness of the substrate is 50 mm or less, the sinterability is improved by incorporating oxygen into the nitride ceramic, and the warpage and thermal conductivity at high temperatures are ensured.
Preferably, the oxygen content in the ceramic substrate is 0.1 to 5% by weight. If the content is less than 0.1% by weight, the sinterability is reduced and many pores are present inside,
Warpage at a high temperature occurs or thermal conductivity cannot be ensured. On the other hand, if it exceeds 5% by weight, oxides are unevenly distributed at the grain boundaries, and this oxide lowers the thermal conductivity and lowers the Young's modulus. Oxygen can be introduced by firing the raw material nitride ceramic in air, and oxygen can be introduced by adding various oxides described below as a sintering aid. The amount of oxygen can be adjusted by adjusting the proportion of the oxide, the temperature and the time for firing.

【0014】ところで、特開平9−315867号公報
に記載の窒化アルミニウム焼結体では、酸素量が0.8
〜1.2重量%の窒化物セラミック焼結体を基板とする
サセプターや静電チャックとして使用してもよいことを
開示するが、厚み50mm以下に調整した場合に発生す
る反りや高温での熱伝導率確保といった問題は記載され
ておらず、この公報の存在を理由に本発明の新規性、進
歩性が阻却されることはないことを付記しておく。
Incidentally, in the aluminum nitride sintered body described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-315867, the oxygen content is 0.8%.
It discloses that the substrate may be used as a susceptor or an electrostatic chuck having a substrate of up to 1.2% by weight of a nitride ceramic sintered body. However, warpage or heat at high temperatures generated when the thickness is adjusted to 50 mm or less is disclosed. No problem such as ensuring conductivity is described, and it should be added that the novelty and inventive step of the present invention are not hampered by the existence of this publication.

【0015】本発明のセラミック基板の直径は200m
mを超えるものが望ましい。200mmを超えた大きな
板ほど、反りが大きくなり、本発明の効果も大きくなる
からである。特に12インチ(300mm)以上である
ことが望ましい。次世代の半導体ウエハの主流となるか
らである。
The diameter of the ceramic substrate of the present invention is 200 m.
It is desirable that the number exceeds m. This is because the larger the plate exceeds 200 mm, the greater the warpage and the greater the effect of the present invention. In particular, it is desirable to be 12 inches (300 mm) or more. This is because it will become the mainstream of next-generation semiconductor wafers.

【0016】前記セラミック基板の気孔率は、0または
5%以下であることが望ましい。気孔率が5%を超える
と、熱伝導率が低下したり、高温で反りが発生するから
である。また、本発明の半導体装置用用セラミック基板
では、25〜800℃までの温度範囲におけるヤング率
が280GPa以上であるセラミック基板を使用するこ
とが望ましい。セラミック中には、気孔が存在しない方
が望ましいが、気孔が存在する場合には、その最大気孔
径は、50μm以下であることが望ましい。最大気孔径
が50μm以下であれば、200℃以上の高温でも絶縁
破壊が生じにくく、また、200℃以上の高温でも、反
りが発生しにくいからである。最大気孔径は、同じ条件
で製造した5個のサンプルを用意し、各サンプルの表面
を鏡面研磨して、その研磨面の10箇所を5000倍の
電子顕微鏡で撮影し、撮影された気孔のうち、最大のも
のを選ぶ。そして、50枚の写真における50個の選ば
れた気孔径の平均値を、その条件で製造したセラミック
基板の最大気孔径とする。
Preferably, the porosity of the ceramic substrate is 0 or 5% or less. This is because if the porosity exceeds 5%, the thermal conductivity decreases or warpage occurs at high temperatures. In the ceramic substrate for a semiconductor device of the present invention, it is desirable to use a ceramic substrate having a Young's modulus of 280 GPa or more in a temperature range of 25 to 800 ° C. It is desirable that pores do not exist in the ceramic, but when pores exist, the maximum pore diameter is desirably 50 μm or less. If the maximum pore diameter is 50 μm or less, dielectric breakdown hardly occurs even at a high temperature of 200 ° C. or more, and warpage hardly occurs even at a high temperature of 200 ° C. or more. For the maximum pore diameter, five samples prepared under the same conditions are prepared, the surface of each sample is mirror-polished, and 10 portions of the polished surface are photographed with an electron microscope at a magnification of 5000 times. , Pick the largest one. Then, the average value of the 50 selected pore diameters in the 50 photographs is defined as the maximum pore diameter of the ceramic substrate manufactured under the conditions.

【0017】ヤング率が280GPa未満であると、剛
性が低すぎるため、加熱時の反り量を小さくすることが
困難となり、その反りに起因して、半導体ウエハが破損
する場合があるからである。本発明の半導体装置用セラ
ミック基板を構成する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。
If the Young's modulus is less than 280 GPa, the rigidity is too low, and it is difficult to reduce the amount of warpage during heating, and the warp may damage the semiconductor wafer. Examples of the nitride ceramic constituting the ceramic substrate for a semiconductor device of the present invention include metal nitride ceramics, for example, aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, titanium nitride and the like.

【0018】本発明においては、セラミック基板中に焼
結助剤を含有することが望ましい。焼結助剤としては、
例えば、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CaO、Y23 、Na2 O、L
2 O、Rb23 が好ましい。これらの含有量として
は、0.1〜20重量%が望ましい。このような酸化物
を用いることにより、上述したように窒化アルミニウム
焼結体中に酸素を含有させることができる。
In the present invention, it is desirable to include a sintering aid in the ceramic substrate. As sintering aids,
For example, alkali metal oxides, alkaline earth metal oxides, can be used rare earth oxides, and among these sintering aids, particularly CaO, Y 2 O 3, Na 2 O, L
i 2 O and Rb 2 O 3 are preferred. The content of these is desirably 0.1 to 20% by weight. By using such an oxide, oxygen can be contained in the aluminum nitride sintered body as described above.

【0019】本発明では、セラミック基板中に50〜5
000ppmのカーボンを含有していることが望まし
い。カーボンを含有させることにより、セラミック基板
を黒色化することができ、ヒータとして使用する際に輻
射熱を充分に利用することができるからである。カーボ
ンは、非晶質のものであっても、結晶質のものであって
もよい。非晶質のカーボンを使用した場合には、高温に
おける体積抵抗率の低下を防止することができ、結晶質
のものを使用した場合には、高温における熱伝導率の低
下を防止することができるからである。従って、用途に
よっては、結晶質のカーボンと非晶質のカーボンの両方
を併用してもよい。また、カーボンの含有量は、200
〜2000ppmがより好ましい。
According to the present invention, 50 to 5
Desirably, it contains 000 ppm of carbon. By containing carbon, the ceramic substrate can be blackened, and radiant heat can be sufficiently used when used as a heater. The carbon may be amorphous or crystalline. When amorphous carbon is used, a decrease in volume resistivity at high temperatures can be prevented, and when crystalline carbon is used, a decrease in thermal conductivity at high temperatures can be prevented. Because. Therefore, depending on the application, both crystalline carbon and amorphous carbon may be used in combination. The carbon content is 200
~ 2000 ppm is more preferred.

【0020】セラミック基板にカーボンを含有させる場
合には、その明度がJIS Z 8721の規定に基づ
く値でN4以下となるようにカーボンを含有させること
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。
In the case where carbon is contained in the ceramic substrate, it is desirable that the carbon be contained so that its brightness becomes N4 or less as a value based on JIS Z 8721. What has this level of brightness is the amount of radiant heat,
This is because the concealing property is excellent.

【0021】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。実際の明度の測定は、N0〜N1
0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。
Here, the lightness N is defined as 0 for an ideal black lightness, 10 for an ideal white lightness, and the brightness of the color between these black lightness and white lightness. Each color is divided into ten so that the perception of the color is equal, and displayed by symbols N0 to N10. The actual measurement of lightness is N0 to N1
The comparison is made with the color chart corresponding to 0. Decimal point 1 in this case
The place is 0 or 5.

【0022】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。
The ceramic substrate for a semiconductor device of the present invention comprises:
A ceramic substrate used in an apparatus for manufacturing a semiconductor or inspecting a semiconductor. Specific examples of the apparatus include an electrostatic chuck, a wafer prober, a hot plate, and a susceptor.

【0023】図1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静電チャックの一例を模式的に
示した縦断面図であり、図2は、図1に示した静電チャ
ックにおけるA−A線断面図であり、図3は、図1に示
した静電チャックにおけるB−B線断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of an electrostatic chuck which is an embodiment of the ceramic substrate for a semiconductor device according to the present invention, and FIG. 2 is a view showing the electrostatic chuck shown in FIG. 3 is a cross-sectional view of the electrostatic chuck shown in FIG. 1 along the line BB.

【0024】この静電チャック101では、平面視円形
状のセラミック基板1の内部に、チャック正極静電層2
とチャック負極静電層3とからなる静電電極層が埋設さ
れている。また、静電チャック101上には、シリコン
ウエハ9が載置され、接地されている。
In this electrostatic chuck 101, a chuck positive electrode electrostatic layer 2 is provided inside a ceramic substrate 1 having a circular shape in plan view.
And an electrostatic electrode layer comprising a chuck negative electrode electrostatic layer 3 are embedded. A silicon wafer 9 is placed on the electrostatic chuck 101 and is grounded.

【0025】この静電電極層上に、該静電電極層を被覆
するように形成されたセラミック層は、シリコンウエハ
を吸着するための誘電体膜として機能するので、以下に
おいては、セラミック誘電体膜4ということとする。
The ceramic layer formed on the electrostatic electrode layer so as to cover the electrostatic electrode layer functions as a dielectric film for adsorbing the silicon wafer. It is referred to as the film 4.

【0026】図2に示したように、チャック正極静電層
2は、半円弧状部2aと櫛歯部2bとからなり、チャッ
ク負極静電層3も、同じく半円弧状部3aと櫛歯部3b
とからなり、これらのチャック正極静電層2とチャック
負極静電層3とは、櫛歯部2b、3bを交差するように
対向して配置されており、このチャック正極静電層2お
よびチャック負極静電層3には、それぞれ直流電源の+
側と−側とが接続され、直流電圧V2 が印加されるよう
になっている。
As shown in FIG. 2, the chuck positive electrode electrostatic layer 2 comprises a semicircular arc portion 2a and a comb tooth portion 2b, and the chuck negative electrostatic layer 3 also has a semicircular arc portion 3a and a comb tooth portion. Part 3b
The chuck positive electrode electrostatic layer 2 and the chuck negative electrode electrostatic layer 3 are arranged to face each other so as to intersect the comb teeth portions 2b and 3b. Each of the negative electrode electrostatic layers 3 has a DC power supply of +
The side - the side are connected, the DC voltage V 2 is adapted to be applied.

【0027】また、セラミック基板1の内部には、シリ
コンウエハ9の温度をコントロールするために、図3に
示したような平面視同心円形状の抵抗発熱体5が設けら
れており、抵抗発熱体5の両端には、外部端子6が接
続、固定され、電圧V1 が印加されるようになってい
る。図1、2には示していないが、このセラミック基板
1には、図3に示したように、測温素子を挿入するため
の有底孔11とシリコンウエハ9を支持して上下させる
支持ピン(図示せず)を挿通するための貫通孔12が形
成されている。なお、抵抗発熱体5は、セラミック基板
の底面に形成されていてもよい。また、セラミック基板
1には、必要に応じてRF電極が埋設されていてもよ
い。
In order to control the temperature of the silicon wafer 9, a resistance heating element 5 having a concentric circular shape as shown in FIG. 3 is provided inside the ceramic substrate 1. at both ends of the external terminals 6 connected, is fixed, so that the voltages V 1 is applied. Although not shown in FIGS. 1 and 2, as shown in FIG. 3, the ceramic substrate 1 has a bottomed hole 11 for inserting a temperature measuring element and a support pin for supporting and raising and lowering the silicon wafer 9. (Not shown) are formed. Note that the resistance heating element 5 may be formed on the bottom surface of the ceramic substrate. Further, an RF electrode may be embedded in the ceramic substrate 1 as needed.

【0028】この静電チャック101を機能させる際に
は、チャック正極静電層2とチャック負極静電層3とに
直流電圧V2 を印加する。これにより、シリコンウエハ
9は、チャック正極静電層2とチャック負極静電層3と
の静電的な作用によりこれらの電極にセラミック誘電体
膜4を介して吸着され、固定されることとなる。このよ
うにしてシリコンウエハ9を静電チャック101上に固
定させた後、このシリコンウエハ9に、CVD等の種々
の処理を施す。
To make the electrostatic chuck 101 function, a DC voltage V 2 is applied to the chuck positive electrode electrostatic layer 2 and the chuck negative electrode electrostatic layer 3. As a result, the silicon wafer 9 is adsorbed and fixed to these electrodes via the ceramic dielectric film 4 by the electrostatic action of the chuck positive electrode electrostatic layer 2 and the chuck negative electrode electrostatic layer 3. . After fixing the silicon wafer 9 on the electrostatic chuck 101 in this manner, various processes such as CVD are performed on the silicon wafer 9.

【0029】上記静電チャックは、静電電極層と抵抗発
熱体とを備えており、例えば、図1〜3に示したような
構成を有するものである。以下においては、上記静電チ
ャックを構成する各部材で、上記半導体装置用セラミッ
ク基板の説明で記載していないものについて、説明して
いくことにする。
The electrostatic chuck includes an electrostatic electrode layer and a resistance heating element, and has, for example, a configuration as shown in FIGS. Hereinafter, members constituting the electrostatic chuck that are not described in the description of the ceramic substrate for a semiconductor device will be described.

【0030】上記静電電極上のセラミック誘電体膜4
は、セラミック基板のほかの部分と同じ材料からなるこ
とが望ましい。同じ工程でグリーンシート等を作製する
ことができ、これらを積層した後、一度の焼成でセラミ
ック基板を製造することができるからである。
Ceramic dielectric film 4 on the electrostatic electrode
Is preferably made of the same material as the other parts of the ceramic substrate. This is because green sheets and the like can be manufactured in the same process, and after laminating them, a ceramic substrate can be manufactured by firing once.

【0031】上記セラミック誘電体膜は、セラミック基
板のほかの部分と同様に、カーボンを含有していること
が望ましい。静電電極を隠蔽することができ、輻射熱を
利用することができるからである。また、上記セラミッ
ク誘電体膜は、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属
酸化物、希土類酸化物を含んでいることが望ましい。こ
れらは、焼結助剤等の働きをし、高密度の誘電体膜を形
成することができるからである。
The ceramic dielectric film desirably contains carbon, as in the other parts of the ceramic substrate. This is because the electrostatic electrode can be hidden and radiant heat can be used. Further, it is desirable that the ceramic dielectric film contains an alkali metal oxide, an alkaline earth metal oxide, and a rare earth oxide. This is because these act as sintering aids and can form a high-density dielectric film.

【0032】上記セラミック誘電体膜の厚さは、20〜
2000μmであることが望ましい。上記セラミック誘
電体膜の厚さが20μm未満であると、膜厚が薄すぎる
ために充分な耐電圧が得られず、シリコンウエハを載置
し、吸着した際にセラミック誘電体膜が絶縁破壊する場
合があり、一方、上記セラミック誘電体膜の厚さが20
00μmを超えると、シリコンウエハと静電電極との距
離が遠くなるため、シリコンウエハを吸着する能力が低
くなってしまうからである。セラミック誘電体膜の厚さ
は、50〜1500μmがより好ましい。
The thickness of the ceramic dielectric film is 20 to
It is desirable that the thickness be 2000 μm. If the thickness of the ceramic dielectric film is less than 20 μm, a sufficient withstand voltage cannot be obtained because the film thickness is too thin, and the dielectric breakdown of the ceramic dielectric film occurs when a silicon wafer is placed and adsorbed. In some cases, the thickness of the ceramic dielectric film is 20
If the thickness exceeds 00 μm, the distance between the silicon wafer and the electrostatic electrode becomes long, and the ability to adsorb the silicon wafer is reduced. The thickness of the ceramic dielectric film is more preferably 50 to 1500 μm.

【0033】上記セラミック基板内に形成される静電電
極としては、例えば、金属または導電性セラミックの焼
結体、金属箔等が挙げられる。金属焼結体としては、タ
ングステン、モリブデンから選ばれる少なくとも1種か
らなるものが好ましい。金属箔も、金属焼結体と同じ材
質からなることが望ましい。これらの金属は比較的酸化
しにくく、電極として充分な導電性を有するからであ
る。また、導電性セラミックとしては、タングステン、
モリブデンの炭化物から選ばれる少なくとも1種を使用
することができる。
As the electrostatic electrode formed in the ceramic substrate, for example, a sintered body of a metal or a conductive ceramic, a metal foil and the like can be mentioned. The metal sintered body is preferably made of at least one selected from tungsten and molybdenum. It is desirable that the metal foil is also made of the same material as the metal sintered body. This is because these metals are relatively hard to be oxidized and have sufficient conductivity as electrodes. Also, as the conductive ceramic, tungsten,
At least one selected from carbides of molybdenum can be used.

【0034】図4および図5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4
に示す静電チャック20では、セラミック基板1の内部
に半円形状のチャック正極静電層22とチャック負極静
電層23が形成されており、図5に示す静電チャックで
は、セラミック基板1の内部に円を4分割した形状のチ
ャック正極静電層32a、32bとチャック負極静電層
33a、33bが形成されている。
FIGS. 4 and 5 are horizontal sectional views schematically showing electrostatic electrodes in another electrostatic chuck.
In the electrostatic chuck 20 shown in FIG. 5, a semicircular chuck positive electrode electrostatic layer 22 and a chuck negative electrode electrostatic layer 23 are formed inside the ceramic substrate 1. In the electrostatic chuck shown in FIG. Inside are formed chuck positive electrostatic layers 32a and 32b and chuck negative electrostatic layers 33a and 33b each having a shape obtained by dividing a circle into four parts.

【0035】また、2枚の正極静電層22a、22bお
よび2枚のチャック負極静電層33a、33b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。
Further, the two positive electrode electrostatic layers 22a and 22b and the two chuck negative electrode electrostatic layers 33a and 33b are formed so as to cross each other. In the case of forming an electrode in which a circular electrode or the like is divided, the number of divisions is not particularly limited, and may be five or more, and the shape is not limited to a sector.

【0036】抵抗発熱体は、図1に示したように、セラ
ミック基板の内部に設けてもよく、セラミック基板の底
面に設けてもよい。抵抗発熱体を設ける場合は、静電チ
ャックを嵌め込む支持容器に、冷却手段としてエアー等
の冷媒の吹きつけ口などを設けてもよい。
The resistance heating element may be provided inside the ceramic substrate, as shown in FIG. 1, or may be provided on the bottom surface of the ceramic substrate. When a resistance heating element is provided, a blowing port for a refrigerant such as air may be provided as a cooling means in a support container into which the electrostatic chuck is fitted.

【0037】抵抗発熱体としては、例えば、金属または
導電性セラミックの焼結体、金属箔、金属線等が挙げら
れる。金属焼結体としては、タングステン、モリブデン
から選ばれる少なくとも1種が好ましい。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。
Examples of the resistance heating element include a sintered body of metal or conductive ceramic, a metal foil, a metal wire, and the like. As the metal sintered body, at least one selected from tungsten and molybdenum is preferable. This is because these metals are relatively hard to oxidize and have a resistance value sufficient to generate heat.

【0038】また、導電性セラミックとしては、タング
ステン、モリブデンの炭化物から選ばれる少なくとも1
種を使用することができる。さらに、セラミック基板の
底面に抵抗発熱体を形成する場合には、金属焼結体とし
ては、貴金属(金、銀、パラジウム、白金)、ニッケル
を使用することが望ましい。具体的には銀、銀−パラジ
ウムなどを使用することができる。上記金属焼結体に使
用される金属粒子は、球状、リン片状、もしくは球状と
リン片状の混合物を使用することができる。
The conductive ceramic may be at least one selected from carbides of tungsten and molybdenum.
Seeds can be used. Further, when a resistance heating element is formed on the bottom surface of the ceramic substrate, it is desirable to use a noble metal (gold, silver, palladium, platinum) or nickel as the metal sintered body. Specifically, silver, silver-palladium, or the like can be used. The metal particles used in the metal sintered body may be spherical, scaly, or a mixture of spherical and scaly.

【0039】金属焼結体中には、金属酸化物を添加して
もよい。上記金属酸化物を使用するのは、セラミック基
板と金属粒子を密着させるためである。上記金属酸化物
により、セラミック基板と金属粒子との密着性が改善さ
れる理由は明確ではないが、金属粒子の表面はわずかに
酸化膜が形成されており、セラミック基板は、酸化物の
場合は勿論、非酸化物セラミックである場合にも、その
表面には酸化膜が形成されている。従って、この酸化膜
が金属酸化物を介してセラミック基板表面で焼結して一
体化し、金属粒子とセラミック基板とが密着するのでは
ないかと考えられる。
A metal oxide may be added to the metal sintered body. The use of the metal oxide is for bringing the ceramic substrate and the metal particles into close contact. Although the reason why the metal oxide improves the adhesion between the ceramic substrate and the metal particles is not clear, the surface of the metal particles has a slight oxide film formed thereon, and the ceramic substrate is formed of an oxide. Of course, even in the case of a non-oxide ceramic, an oxide film is formed on the surface. Therefore, it is considered that this oxide film is sintered and integrated on the surface of the ceramic substrate via the metal oxide, so that the metal particles and the ceramic substrate adhere to each other.

【0040】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 23 )、アル
ミナ、イットリア、チタニア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、抵抗発熱体の抵抗値
を大きくすることなく、金属粒子とセラミック基板との
密着性を改善できるからである。
As the metal oxide, for example, oxidized
Lead, zinc oxide, silica, boron oxide (B Two OThree ), Al
At least one selected from Mina, Yttria and Titania
Species are preferred. These oxides have the resistance value of the resistance heating element.
Between the metal particles and the ceramic substrate without increasing the
This is because adhesion can be improved.

【0041】上記金属酸化物は、金属粒子100重量部
に対して0.1重量部以上10重量部未満であることが
望ましい。この範囲で金属酸化物を用いることにより、
抵抗値が大きくなりすぎず、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。
The amount of the metal oxide is desirably from 0.1 to less than 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal particles. By using a metal oxide in this range,
This is because the resistance value does not become too large and the adhesion between the metal particles and the ceramic substrate can be improved.

【0042】また、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホ
ウ素(B23 )、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
に、酸化鉛が1〜10重量部、シリカが1〜30重量
部、酸化ホウ素が5〜50重量部、酸化亜鉛が20〜7
0重量部、アルミナが1〜10重量部、イットリアが1
〜50重量部、チタニアが1〜50主部が好ましい。但
し、これらの合計が100重量部を超えない範囲で調整
されることが望ましい。これらの範囲が特にセラミック
基板との密着性を改善できる範囲だからである。
The ratio of lead oxide, zinc oxide, silica, boron oxide (B 2 O 3 ), alumina, yttria, and titania is such that when the total amount of metal oxide is 100 parts by weight, 10 parts by weight, 1 to 30 parts by weight of silica, 5 to 50 parts by weight of boron oxide, 20 to 7 parts of zinc oxide
0 parts by weight, alumina 1 to 10 parts by weight, yttria 1
-50 parts by weight and 1-50 parts of titania are preferred. However, it is desirable that the total be adjusted so that the total does not exceed 100 parts by weight. This is because these ranges can particularly improve the adhesion to the ceramic substrate.

【0043】抵抗発熱体をセラミック基板の底面に設け
る場合は、抵抗発熱体の表面は、金属層で被覆されてい
ることが望ましい。抵抗発熱体は、金属粒子の焼結体で
あり、露出していると酸化しやすく、この酸化により抵
抗値が変化してしまう。そこで、表面を金属層で被覆す
ることにより、酸化を防止することができるのである。
When the resistance heating element is provided on the bottom surface of the ceramic substrate, it is desirable that the surface of the resistance heating element be covered with a metal layer. The resistance heating element is a sintered body of metal particles, and is easily oxidized when exposed, and the oxidation changes the resistance value. Therefore, oxidation can be prevented by coating the surface with a metal layer.

【0044】金属層の厚さは、0.1〜10μmが望ま
しい。抵抗発熱体の抵抗値を変化させることなく、抵抗
発熱体の酸化を防止することができる範囲だからであ
る。被覆に使用される金属は、非酸化性の金属であれば
よい。具体的には、金、銀、パラジウム、白金、ニッケ
ルから選ばれる少なくとも1種以上が好ましい。なかで
もニッケルがさらに好ましい。抵抗発熱体には電源と接
続するための外部端子が必要であり、この外部端子は、
半田を介して抵抗発熱体に取り付けるが、ニッケルは半
田の熱拡散を防止するからである。接続端子しては、コ
バール製の端子ピンを使用することができる。
The thickness of the metal layer is desirably 0.1 to 10 μm. This is because the oxidation of the resistance heating element can be prevented without changing the resistance value of the resistance heating element. The metal used for coating may be a non-oxidizing metal. Specifically, at least one selected from gold, silver, palladium, platinum, and nickel is preferable. Among them, nickel is more preferable. The resistance heating element requires an external terminal to connect to the power supply.
Although it is attached to the resistance heating element via solder, nickel prevents thermal diffusion of the solder. As connection terminals, terminal pins made of Kovar can be used.

【0045】なお、抵抗発熱体をヒータ板内部に形成す
る場合は、抵抗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。抵抗発熱体をヒータ板内部に形
成する場合、抵抗発熱体の表面の一部が露出していても
よい。
When the resistance heating element is formed inside the heater plate, the surface of the resistance heating element is not oxidized, so that the coating is unnecessary. When the resistance heating element is formed inside the heater plate, a part of the surface of the resistance heating element may be exposed.

【0046】抵抗発熱体として使用する金属箔として
は、ニッケル箔、ステンレス箔をエッチング等でパター
ン形成して抵抗発熱体としたものが望ましい。パターン
化した金属箔は、樹脂フィルム等ではり合わせてもよ
い。金属線としては、例えば、タングステン線、モリブ
デン線等が挙げられる。
As the metal foil used as the resistance heating element, it is desirable to use a nickel foil or a stainless steel foil as a resistance heating element by forming a pattern by etching or the like. The patterned metal foil may be bonded with a resin film or the like. Examples of the metal wire include a tungsten wire and a molybdenum wire.

【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。
When a conductor is provided on the surface and inside of the ceramic substrate for a semiconductor device of the present invention, and when the inside conductor is at least one of a guard electrode and a ground electrode, the ceramic substrate is Function as a wafer prober.

【0048】図6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7は、図6に示
したウエハプローバにおけるA−A線断面図である。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引す
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。
FIG. 6 is a sectional view schematically showing one embodiment of the wafer prober of the present invention, and FIG. 7 is a sectional view taken along line AA of the wafer prober shown in FIG. In the wafer prober 201, a groove 47 having a concentric circular shape in plan view is formed on the surface of the ceramic substrate 43 having a circular shape in plan view, and a plurality of suction holes 48 for sucking a silicon wafer are provided in a part of the groove 47. The chuck top conductor layer 42 for connecting to the electrode of the silicon wafer is formed in a circular shape on most of the ceramic substrate 43 including the groove 47.

【0049】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、図3に
示したような平面視同心円形状の発熱体49が設けられ
ており、発熱体49の両端には、外部端子(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とグランド電極46
(図7参照)とが設けられている。ガード電極45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。
On the other hand, on the bottom surface of the ceramic substrate 43, a heating element 49 having a concentric circular shape in plan view as shown in FIG. 3 is provided for controlling the temperature of the silicon wafer. Is an external terminal (not shown)
Is connected and fixed. Further, inside the ceramic substrate 43, a guard electrode 45 and a ground electrode 46 having a lattice shape in a plan view are formed in order to remove stray capacitors and noise.
(See FIG. 7). The materials of the guard electrode 45 and the ground electrode 46 may be the same as those of the electrostatic electrode.

【0050】上記チャックトップ導体層42の厚さは、
1〜20μmが望ましい。1μm未満では抵抗値が高く
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。
The thickness of the chuck top conductor layer 42 is
1 to 20 μm is desirable. If the thickness is less than 1 μm, the resistance value becomes too high to function as an electrode, while if it exceeds 20 μm, the conductor tends to be peeled off due to the stress of the conductor.

【0051】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。
As the chuck top conductor layer 42, for example, copper, titanium, chromium, nickel, and noble metals (gold, silver,
At least one metal selected from refractory metals such as platinum, molybdenum, and the like can be used.

【0052】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。
In the wafer prober having such a structure, after a silicon wafer having an integrated circuit formed thereon is mounted thereon, a probe card having tester pins is pressed against the silicon wafer, and a voltage is applied while heating and cooling. To conduct a continuity test.

【0053】次に、本発明の半導体装置用セラミック基
板の製造方法に関し、静電チャックの製造方法を一例と
して、図8に示した断面図に基づき説明する。
Next, a method of manufacturing a ceramic substrate for a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to a sectional view shown in FIG.

【0054】(1)まず、窒化物セラミック粉体をバイ
ンダおよび溶剤と混合して混合組成物を調製した後、成
形を行うことにより、グリーンシート50を作製する。
カーボンを含有させる場合には、目的とする特性に応じ
て、上記結晶質カーボンまたは非晶質カーボンを使用
し、その量を調節する。
(1) First, after mixing a nitride ceramic powder with a binder and a solvent to prepare a mixed composition, the green sheet 50 is formed by molding.
When carbon is contained, the above-mentioned crystalline carbon or amorphous carbon is used and its amount is adjusted according to the desired properties.

【0055】上述したセラミック粉体としては、例え
ば、窒化アルミニウムなどを使用することができ、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。
As the above ceramic powder, for example, aluminum nitride or the like can be used, and if necessary, a sintering aid such as yttria may be added.

【0056】後述する静電電極層印刷体51が形成され
たグリーンシートの上に積層する数枚または1枚のグリ
ーンシート50は、セラミック誘電体膜となる層である
ので、目的等により、その組成をセラミック基板と異な
る組成としてもよい。また、まず先にセラミック基板を
製造しておき、その上に静電電極層を形成し、さらにそ
の上にセラミック誘電体膜を形成することもできる。
Since several or one green sheet 50 to be laminated on the green sheet on which the electrostatic electrode layer printed body 51 to be described later is formed is a layer to be a ceramic dielectric film, depending on the purpose and the like, The composition may be different from that of the ceramic substrate. Alternatively, a ceramic substrate may be manufactured first, an electrostatic electrode layer may be formed thereon, and a ceramic dielectric film may be formed thereon.

【0057】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。
さらに、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。これらを混
合して得られるスラリー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50を作製する。
The binder is preferably at least one selected from an acrylic binder, ethyl cellulose, butyl cellosolve, and polyvinyl alcohol.
Further, as the solvent, at least one selected from α-terpineol and glycol is desirable. A slurry obtained by mixing these is formed into a sheet by a doctor blade method to produce a green sheet 50.

【0058】グリーンシート50に、必要に応じてシリ
コンウエハの支持ピンを挿入する貫通孔や熱電対を埋め
込む凹部を設けておくことができる。貫通孔や凹部は、
パンチングなどで形成することができる。グリーンシー
ト50の厚さは、0.1〜5mm程度が好ましい。
The green sheet 50 may be provided with a through hole for inserting a support pin of a silicon wafer and a concave portion for burying a thermocouple as needed. Through holes and recesses
It can be formed by punching or the like. The thickness of the green sheet 50 is preferably about 0.1 to 5 mm.

【0059】(2)次に、グリーンシート50に静電電
極層や抵抗発熱体となる導体ペーストを印刷する。印刷
は、グリーンシート50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行い、これにより静電電極層
印刷体51、抵抗発熱体層印刷体52を得る。印刷体
は、導電性セラミック、金属粒子などを含む導電性ペー
ストを印刷することにより形成する。
(2) Next, a conductor paste serving as an electrostatic electrode layer and a resistance heating element is printed on the green sheet 50. The printing is performed so as to obtain a desired aspect ratio in consideration of the shrinkage ratio of the green sheet 50, thereby obtaining the electrostatic electrode layer print body 51 and the resistance heating element layer print body 52. The printed body is formed by printing a conductive paste containing conductive ceramic, metal particles, and the like.

【0060】これらの導電性ペースト中に含まれる導電
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。また、金属粒子としては、例
えば、タングステン、モリブデン、白金、ニッケルなど
を使用することができる。
As the conductive ceramic particles contained in these conductive pastes, carbides of tungsten or molybdenum are most suitable. This is because it is hard to be oxidized and the thermal conductivity is hard to decrease. Further, as the metal particles, for example, tungsten, molybdenum, platinum, nickel and the like can be used.

【0061】導電性セラミック粒子、金属粒子の平均粒
子径は0.1〜5μmが好ましい。これらの粒子は、大
きすぎても小さすぎても導体用ペーストを印刷しにくい
からである。
The average particle size of the conductive ceramic particles and metal particles is preferably 0.1 to 5 μm. This is because it is difficult to print the conductor paste when these particles are too large or too small.

【0062】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、ブチルセロソルブおよびポリビ
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、α−テルピネオール、グリコー
ル、エチルアルコールおよびブタノールから選ばれる少
なくとも1種の溶媒を1.5〜10重量部混合して調製
した導体用ぺーストが最適である。さらに、パンチング
等で形成した孔に、導体用ペーストを充填してスルーホ
ール印刷体53、54を得る。
As such a paste, 85 to 97 parts by weight of metal particles or conductive ceramic particles, 1.5 to 10 parts by weight of at least one kind of binder selected from acrylic, ethyl cellulose, butyl cellosolve and polyvinyl alcohol, α- A paste for a conductor prepared by mixing 1.5 to 10 parts by weight of at least one solvent selected from terpineol, glycol, ethyl alcohol and butanol is most suitable. Further, the holes formed by punching or the like are filled with a conductor paste to obtain through-hole prints 53 and 54.

【0063】(3)次に、図8(a)に示すように、印
刷体51、52、53、54を有するグリーンシート5
0と、印刷体を有さないグリーンシート50′とを積層
する。静電電極層印刷体51が形成されたグリーンシー
ト上には、数枚または1枚のグリーンシート50を積層
する。抵抗発熱体形成側に印刷体を有さないグリーンシ
ート50′を積層するのは、スルーホールの端面が露出
して、抵抗発熱体形成の焼成の際に酸化してしまうこと
を防止するためである。もしスルーホールの端面が露出
したまま、抵抗発熱体形成の焼成を行うのであれば、ニ
ッケルなどの酸化しにくい金属をスパッタリングする必
要があり、さらに好ましくは、Au−Niの金ろうで被
覆してもよい。
(3) Next, as shown in FIG. 8A, a green sheet 5 having prints 51, 52, 53, 54
0 and a green sheet 50 'having no printed body are laminated. Several or one green sheet 50 is laminated on the green sheet on which the electrostatic electrode layer printed body 51 is formed. The reason why the green sheet 50 'having no printed body is laminated on the side where the resistance heating element is formed is to prevent the end face of the through hole from being exposed and being oxidized during firing for forming the resistance heating element. is there. If baking for forming the resistance heating element is performed while the end face of the through hole is exposed, it is necessary to sputter a metal that is difficult to oxidize, such as nickel, and more preferably to coat it with Au-Ni gold solder. Is also good.

【0064】(4)次に、図8(b)に示すように、積
層体の加熱および加圧を行い、グリーンシートおよび導
電ペーストを焼結させる。加熱温度は、1000〜20
00℃、加圧は100〜200kg/cm2 が好まし
く、これらの加熱および加圧は、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
することができる。この工程で、スルーホール16、1
7、チャック正極静電層2、チャック負極静電層3、抵
抗発熱体5等が形成される。
(4) Next, as shown in FIG. 8B, the laminate is heated and pressed to sinter the green sheet and the conductive paste. Heating temperature is 1000-20
The temperature and the pressure are preferably 100 to 200 kg / cm 2 at 00 ° C., and the heating and pressurization are performed in an inert gas atmosphere. As the inert gas, argon, nitrogen, or the like can be used. In this step, the through holes 16, 1
7, a chuck positive electrode electrostatic layer 2, a chuck negative electrode electrostatic layer 3, a resistance heating element 5, and the like are formed.

【0065】(5)次に、図8(c)に示すように、外
部端子接続のための袋孔13、14を設ける。袋孔1
3、14の内壁は、その少なくともその一部が導電化さ
れ、導電化された内壁は、チャック正極静電層2、チャ
ック負極静電層3、抵抗発熱体5等と接続されているこ
とが望ましい。
(5) Next, as shown in FIG. 8C, blind holes 13 and 14 for connecting external terminals are provided. Blind hole 1
At least a part of the inner walls of the electrodes 3 and 14 are made conductive, and the conductive inner walls are connected to the chuck positive electrostatic layer 2, the chuck negative electrostatic layer 3, the resistance heating element 5, and the like. desirable.

【0066】(6)最後に、図8(d)に示すように、
袋孔13、14に金ろうを介して外部端子6、18を設
ける。さらに、必要に応じて、有底孔12を設け、その
内部に熱電対を埋め込むことができる。
(6) Finally, as shown in FIG.
External terminals 6 and 18 are provided in blind holes 13 and 14 via a brazing filler metal. Further, if necessary, a bottomed hole 12 can be provided, and a thermocouple can be embedded therein.

【0067】半田は銀−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が望ましい。半田による接続を
確保するに充分な範囲だからである。
As the solder, alloys such as silver-lead, lead-tin, bismuth-tin and the like can be used. Note that the thickness of the solder layer is desirably 0.1 to 50 μm. This is because the range is sufficient to secure the connection by soldering.

【0068】なお、上記説明では静電チャック101
(図1参照)を例にしたが、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めっき等
を施して、金属層を形成すればよい。
In the above description, the electrostatic chuck 101
In the case of manufacturing a wafer prober, for example, as in the case of an electrostatic chuck, a ceramic substrate in which a resistance heating element is embedded is first manufactured, and then a ceramic substrate is manufactured. May be formed on the surface of the substrate, and then a metal layer may be formed by performing sputtering, plating, or the like on the surface portion where the groove is formed.

【0069】[0069]

【実施例】以下、本発明をさらに詳細に説明する。The present invention will be described in more detail below.

【0070】(実施例1〜5)(図9参照) (1)窒化アルミニウム粉末(平均粒径:1.1μm
トクヤマ製)100重量部、イットリア(平均粒径:
0.4μm)0.5重量部(実施例1)、1重量部(実
施例2)、2重量部(実施例3)、3重量部(実施例
4)、4重量部(実施例5)、アクリルバインダ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。
(Examples 1 to 5) (see FIG. 9) (1) Aluminum nitride powder (average particle size: 1.1 μm)
100 parts by weight, manufactured by Tokuyama, yttria (average particle size:
0.4 μm) 0.5 parts by weight (Example 1), 1 part by weight (Example 2), 2 parts by weight (Example 3), 3 parts by weight (Example 4), 4 parts by weight (Example 5) A composition comprising 12 parts by weight of an acrylic binder and alcohol was spray-dried to prepare a granular powder.

【0071】(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。 (3)続いて、この生成形体を1800℃、圧力:20
0kg/cm2 でホットプレスし、厚さが45mm(実
施例1)、20mm(実施例2)、10mm(実施例
3)、5mm(実施例4)、3mm(実施例5)の窒化
アルミニウム板状体を得た。
(2) Next, the granulated powder was placed in a mold and formed into a flat plate to obtain a formed product (green). (3) Subsequently, the formed product was heated at 1800 ° C. under a pressure of 20.
Hot pressed at 0 kg / cm 2 , and an aluminum nitride plate having a thickness of 45 mm (Example 1), 20 mm (Example 2), 10 mm (Example 3), 5 mm (Example 4), and 3 mm (Example 5) A solid was obtained.

【0072】次に、この板状体から直径210mmの円
板状体を切り出し、セラミック製の板状体(ヒータ板)
91とした。この板状体にドリル加工を施し、半導体ウ
エハの支持ピンを挿入する貫通孔95となる部分、熱電
対を埋め込むための有底孔94となる部分(直径:1.
1mm、深さ:2mm)を形成した。
Next, a disk having a diameter of 210 mm was cut out from the plate, and a ceramic plate (heater plate) was cut out.
91. Drilling is performed on this plate-like body to form a through hole 95 for inserting a support pin of a semiconductor wafer and a bottomed hole 94 for embedding a thermocouple (diameter: 1.
1 mm, depth: 2 mm).

【0073】(4)上記(3)で得たヒータ板91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、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。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。
(4) The heater plate 91 obtained in the above (3) is
The conductor paste was printed by screen printing. The printing pattern was a concentric pattern. As the conductor paste, Solvest PS603D manufactured by Tokuri Chemical Laboratory, which is used for forming through holes in a printed wiring board, was used. This conductor paste is a silver-lead paste, and based on 100 parts by weight of silver, lead oxide (5% by weight), zinc oxide (55% by weight), silica (10% by weight), and boron oxide (25% by weight). And 7.5 parts by weight of a metal oxide comprising alumina (5% by weight). The silver particles had a mean particle size of 4.5 μm and were scaly.

【0074】(5)次に、導体ペーストを印刷したヒー
タ板を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ヒータ板91に焼き付け、
発熱体92を形成した。銀−鉛の発熱体は、厚さが5μ
m、幅2.4mm、面積抵抗率が7.7mΩ/□であっ
た。
(5) Next, the heater plate on which the conductor paste is printed is heated and fired at 780 ° C. to sinter silver and lead in the conductor paste and to bake the heater plate 91 onto the heater plate.
A heating element 92 was formed. The silver-lead heating element has a thickness of 5μ.
m, the width was 2.4 mm, and the sheet resistivity was 7.7 mΩ / □.

【0075】(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
製したヒータ板91を浸漬し、銀−鉛の発熱体92の表
面に厚さ1μmの金属被覆層(ニッケル層)92aを析
出させた。
(6) Nickel sulfate 80 g / l, sodium hypophosphite 24 g / l, sodium acetate 12 g / l,
The heater plate 91 prepared in the above (5) is immersed in an electroless nickel plating bath composed of an aqueous solution having a concentration of boric acid of 8 g / l and ammonium chloride of 6 g / l. A metal coating layer (nickel layer) 92a was deposited.

【0076】(7)電源との接続を確保するための外部
端子94を取り付ける部分に、スクリーン印刷により、
Ni−Auろう剤を印刷して形成した。ついで、この上
にコバール製の外部端子93を載置し、温度制御のため
の熱電対を挿入後、81.7Au−18.3Niの金ロ
ーで接続し、(1030℃で加熱して融着)、図9に示
すセラミックヒータ90を得た。
(7) Screen printing is performed on the portion to which the external terminal 94 for securing the connection with the power source is to be attached.
It was formed by printing a Ni-Au brazing agent. Then, an external terminal 93 made of Kovar is placed on this, a thermocouple for temperature control is inserted, and then connected with a gold solder of 81.7 Au-18.3Ni, and then heated at 1030 ° C. for fusion. ) And a ceramic heater 90 shown in FIG. 9 was obtained.

【0077】(比較例1〜2)基本的には実施例5と同
様であるが、セラミック基板の厚さを3mm(比較例
1)、40mm(比較例2)とし、イットリア(平均粒
径:0.4μm)を全く加えなかった。
(Comparative Examples 1 and 2) Basically the same as Example 5, except that the thickness of the ceramic substrate was 3 mm (Comparative Example 1) and 40 mm (Comparative Example 2), and yttria (average particle size: 0.4 μm) was not added at all.

【0078】(比較例3)基本的には実施例5と同様で
あるが、基板の厚さを55mmとした。
Comparative Example 3 Basically the same as Example 5, except that the thickness of the substrate was 55 mm.

【0079】(比較例4)基本的には実施例1と同様で
あるが、基板の厚さを55mmとし、またイットリアを
加えなかった。この実施例1〜5と比較例1〜4のヒー
タを400℃まで昇温し、反り量、熱伝導率を測定し
た。また、酸素含有量も測定した。結果を表1に示す。
Comparative Example 4 Basically the same as in Example 1, except that the thickness of the substrate was 55 mm and no yttria was added. The heaters of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 were heated to 400 ° C., and the amount of warpage and the thermal conductivity were measured. The oxygen content was also measured. Table 1 shows the results.

【0080】評価方法 1.酸素含有量 実施例、比較例にかかる焼結体と同条件で焼結させた試
料をタングステン乳鉢で粉砕して粉末状とし、このうち
から0.01gを採取して、酸素・窒素同時分析装置
(LECO社製 TC−136型)にかけ、試料加熱温
度2200℃、加熱時間30秒の条件で酸素含有量を測
定した。
[0080]Evaluation method  1. Oxygen content Trial sintered under the same conditions as the sintered bodies according to Examples and Comparative Examples
The powder is ground in a tungsten mortar to make a powder, of which
Of 0.01g from the oxygen and nitrogen simultaneous analyzer
(TC-136 manufactured by LECO) and heat the sample
The oxygen content was measured at a temperature of 2200 ° C and a heating time of 30 seconds.
Specified.

【0081】2.反り量 京セラ製反り測定機、商品名「ナノウエイ」を用いて、
測定範囲200mmで、X方向、Y方向の反り量を測定
し、大きい方を反り量として採用した。
2. Using the Kyocera warpage measuring device, trade name "Nanoway",
The amount of warpage in the X and Y directions was measured in a measurement range of 200 mm, and the larger one was adopted as the amount of warpage.

【0082】3.熱伝導率 a.使用機器 リガクレーザーフラッシュ法熱定数測定装置 LF/TCM−FA8510B b.試験条件 温度・・・常温、200℃、400℃、500℃、70
0℃ 雰囲気・・・真空 c.測定方法 ・比熱測定における温度検出は、試料裏面に銀ペースト
で接着した熱電対(プラチネル)により行った。 ・常温比熱測定はさらに試料上面に受光板(グラッシー
カーボン)をシリコングリースを介して接着した状態で
行い、試料の比熱(Cp)は、下記の計算式(1)によ
り求めた。
3. Thermal conductivity a. Equipment used Rigaku laser flash method thermal constant measurement device LF / TCM-FA8510B b. Test conditions Temperature: room temperature, 200 ° C, 400 ° C, 500 ° C, 70
0 ° C atmosphere ... vacuum c. Measurement method-Temperature detection in the specific heat measurement was performed by a thermocouple (platinel) bonded to the back surface of the sample with a silver paste. The room temperature specific heat measurement was further performed with a light receiving plate (glassy carbon) adhered to the upper surface of the sample via silicon grease, and the specific heat (Cp) of the sample was determined by the following equation (1).

【0083】[0083]

【数1】 (Equation 1)

【0084】上記計算式(1)において、Δは、入力
エネルギー、ΔTは、試料の温度上昇の飽和値、Cp
G.c は、グラッシーカーボンの比熱、WG.c は、グラッ
シーカーボンの重量、CpS.G は、シリコングリースの
比熱、WS.G は、シリコングリースの重量、Wは、試料
の重量である。
[0084] In the above equation (1), delta O is input energy, [Delta] T is the saturation value of the temperature rise of the sample, Cp
Gc is the specific heat of glassy carbon, W Gc is the weight of glassy carbon, Cp SG is the specific heat of silicon grease, W SG is the weight of silicon grease, and W is the weight of the sample.

【0085】[0085]

【表1】 [Table 1]

【0086】4.昇温時間 実施例、比較例に係るセラミックヒータに100Vの電
圧を印加し、400℃まで昇温するのに係る時間を測定
した。なお、ウエハ加熱面91bの温度は、サーモビュ
ア(日本データム社製 IR162012−0012)
により測定した。
[0086] 4. Heating time A voltage of 100 V was applied to the ceramic heaters according to the examples and comparative examples, and the time required to raise the temperature to 400 ° C. was measured. The temperature of the wafer heating surface 91b is determined by a thermoviewer (IR162012-0012 manufactured by Nippon Datum).
Was measured by

【0087】(実施例6)静電チャック(図1〜3)の
製造(図8参照) (1)次に、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、アクリル系バインダ0.
09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0.47m
mのグリーンシート50を得た。
(Example 6) Production of electrostatic chuck (FIGS. 1 to 3) (see FIG. 8) (1) Next, 100 parts by weight of aluminum nitride powder (manufactured by Tokuyama Corporation, average particle size 1.1 μm), yttria (Average particle size: 0.4 μm) 4 parts by weight, acrylic binder 11.5
Parts by weight, 0.5 parts by weight of a dispersant, an acrylic binder 0.1 part
Using a paste obtained by mixing 09 parts by weight and 53 parts by weight of alcohol composed of 1-butanol and ethanol, molding was performed by a doctor blade method to a thickness of 0.47 m.
m green sheet 50 was obtained.

【0088】(2)次に、これらのグリーンシート50
を80℃で5時間乾燥させた後、加工が必要なグリーン
シートに対し、パンチングにより直径1.8mm、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。
(2) Next, these green sheets 50
After drying at 80 ° C. for 5 hours, a green sheet requiring processing is punched into a 1.8 mm-diameter.
A portion serving as a through hole for inserting a semiconductor wafer support pin of 0 mm and 5.0 mm, and a portion serving as a through hole for connecting to an external terminal were provided.

【0089】(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50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50に図2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。
(3) 100 parts by weight of tungsten carbide particles having an average particle diameter of 1 μm, acrylic binder 3.0
By weight, 3.5 parts by weight of the α-terpineol solvent and 0.3 parts by weight of the dispersant were mixed to prepare a conductor paste A. A conductive paste B was prepared by mixing 100 parts by weight of tungsten particles having an average particle diameter of 3 μm, 1.9 parts by weight of an acrylic binder, 3.7 parts by weight of an α-terpineol solvent, and 0.2 parts by weight of a dispersant. This conductive paste A
Was printed on the green sheet 50 by screen printing to form a conductor paste layer. The printing pattern was a concentric pattern. Further, a conductor paste layer composed of an electrostatic electrode pattern having the shape shown in FIG. 2 was formed on another green sheet 50.

【0090】(4)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。
抵抗発熱体のパターンが形成されたグリーンシート50
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50′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50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50′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(図8
(a))。
(4) Further, for connecting external terminals
The conductive paste B was filled in the through hole for the through hole.
Green sheet 50 on which pattern of resistance heating element is formed
Grease without printing tungsten paste
34 sheets 50 'on the upper side (heating surface) and 13 sheets on the lower side
And a conductor paper consisting of an electrostatic electrode pattern
The green sheets 50 on which the strike layers are printed are laminated,
Glee without tungsten paste printed on it
Sheets 50 'are laminated at 130 ° C and 80 ° C.
kg / cm Two To form a laminate (FIG. 8).
(A)).

【0091】(5)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。これを直径300mmの
円板状に切り出し、内部に厚さ6μm、幅10mmの抵
抗発熱体5および厚さ10μmのチャック正極静電層
2、チャック負極静電層3を有する窒化アルミニウム製
の板状体とした(図8(b))。
(5) Next, the obtained laminate was degreased in nitrogen gas at 600 ° C. for 5 hours, and at 1890 ° C. under a pressure of 150 ° C.
It was hot-pressed at kg / cm 2 for 3 hours to obtain an aluminum nitride plate having a thickness of 3 mm. This is cut out into a disk shape having a diameter of 300 mm, and a plate made of aluminum nitride having therein a resistance heating element 5 having a thickness of 6 μm and a width of 10 mm, a chuck positive electrostatic layer 2 and a chuck negative electrostatic layer 3 having a thickness of 10 μm. (FIG. 8 (b)).

【0092】(6)次に、(3)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) Next, the plate obtained in (3) is
After polishing with a diamond grindstone, a mask is placed and Si
A bottomed hole (diameter: 1.2 mm, depth: 2.0 mm) for a thermocouple was provided on the surface by blasting treatment with C or the like.

【0093】(7)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13、14とし(図8
(c))、この袋孔13、14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6、18を接続させた(図8(d))。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。
(7) Further, the portions where the through holes are formed are cut out to form blind holes 13 and 14 (FIG. 8).
(C)) The gold holes made of Ni-Au were used in the blind holes 13 and 14 to heat and reflow at 700 ° C. to connect the external terminals 6 and 18 made of Kovar (FIG. 8D). In addition,
The connection of the external terminals is preferably a structure in which a tungsten support is supported at three points. This is because connection reliability can be ensured.

【0094】(8)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。このようにして製造した抵抗発熱
体を有する静電チャックを構成するセラミック基板の酸
素含有量を、実施例1〜5と同様にして測定した。ま
た、セラミック基板の抵抗発熱体に通電を行って、セラ
ミック基板の温度を500℃に上げ、実施例1〜5と同
様にして、反り量、熱伝導率を測定した。セラミック基
板の酸素含有量は、1.6重量%、反り量は1μm、熱
伝導率は75W/m・Kであった。
(8) Next, a plurality of thermocouples for temperature control were embedded in the bottomed holes, and the manufacture of the electrostatic chuck having the resistance heating element was completed. The oxygen content of the ceramic substrate constituting the electrostatic chuck having the resistance heating element thus manufactured was measured in the same manner as in Examples 1 to 5. The resistance heating element of the ceramic substrate was energized to raise the temperature of the ceramic substrate to 500 ° C., and the amounts of warpage and thermal conductivity were measured in the same manner as in Examples 1 to 5. The oxygen content of the ceramic substrate was 1.6% by weight, the amount of warpage was 1 μm, and the thermal conductivity was 75 W / m · K.

【0095】(実施例7)ウエハプローバ201(図6
〜7参照)の製造 (1)窒化アルミニウム粉末(トクヤマ社製、平均粒径
1.1μm)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。
(Embodiment 7) Wafer prober 201 (FIG. 6)
(1) 100 parts by weight of aluminum nitride powder (manufactured by Tokuyama Corporation, average particle size: 1.1 μm), yttria (average particle size: 0.1 μm).
4 μm) A mixed composition obtained by mixing 4 parts by weight, 0.9 parts by weight of the amorphous carbon obtained in Example 1, and 53 parts by weight of alcohol composed of 1-butanol and ethanol was mixed with a doctor blade method. And molded to a thickness of 0.
A 47 mm green sheet was obtained.

【0096】(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。
(2) Next, the green sheet is heated to 80 ° C.
After drying for 5 hours, a through hole for a through hole for connecting the heating element to an external terminal was provided by punching.

【0097】(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。
(3) 100 parts by weight of tungsten carbide particles having an average particle diameter of 1 μm, acrylic binder 3.0
Parts by weight, 3.5 parts by weight of α 部 terpineol solvent and 0.3 parts by weight of a dispersant were mixed to prepare a conductive paste A. A conductive paste B was prepared by mixing 100 parts by weight of tungsten particles having an average particle diameter of 3 μm, 1.9 parts by weight of an acrylic binder, 3.7 parts by weight of α @ terpineol solvent, and 0.2 parts by weight of a dispersant. .

【0098】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。
Next, a grid-shaped printed body for a guard electrode and a printed body for a ground electrode were printed on the green sheet by screen printing using the conductive paste A. Further, a conductive paste B was filled in a through hole for a through hole for connecting to an external terminal.

【0099】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1
30℃、80kg/cm2 の圧力で一体化することによ
り積層体を作製した。
Further, 50 printed green sheets and 50 unprinted green sheets were laminated and 1
A laminate was produced by integrating at 30 ° C. and a pressure of 80 kg / cm 2 .

【0100】(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/
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。
(4) Next, this laminate is placed in nitrogen gas for 6 hours.
Degreasing at 00 ° C for 5 hours, 1890 ° C, pressure 150kg /
Hot pressing was performed for 3 hours at 2 cm 2 to obtain a 3 mm-thick aluminum nitride plate. The obtained plate-like body was prepared with a diameter of 300
It was cut out into a circular shape of mm to obtain a ceramic plate. The size of the through hole 16 was 0.2 mm in diameter and 0.2 mm in depth.

【0101】また、ガード電極45、グランド電極46
の厚さは10μm、ガード電極45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46a
の1辺の大きさは、0.5mmであった。
The guard electrode 45 and the ground electrode 46
Is 10 μm, the formation position of the guard electrode 45 is 1 mm from the wafer mounting surface, and the formation position of the ground electrode 46 is
It was 1.2 mm from the wafer mounting surface. The conductor non-forming region 46a of the guard electrode 45 and the ground electrode 46
Of one side was 0.5 mm.

【0102】(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47(幅0.5mm、深さ0.5mm)
を設けた。
(5) The plate obtained in the above (4) is polished with a diamond grindstone, a mask is placed on the plate, and a blast treatment with SiC or the like is performed on the surface to form a concave portion for a thermocouple and a wafer adsorption surface. Groove 47 (width 0.5 mm, depth 0.5 mm)
Was provided.

【0103】(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
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。
(6) Further, a layer for forming the heating element 49 was printed on the surface facing the wafer mounting surface. For printing, a conductive paste was used. As the conductive paste, Solvest PS603D manufactured by Tokuri Chemical Laboratory, which is used for forming through holes in a printed wiring board, was used. This conductive paste is a silver / lead paste, and a metal oxide composed of lead oxide, zinc oxide, silica, boron oxide, and alumina (the weight ratio of each is 5/55/10/25/5) is converted to silver 10
It contained 7.5 parts by weight with respect to 0 parts by weight. The silver had a scaly shape with an average particle size of 4.5 μm.

【0104】(7)導電ペーストを印刷したヒータ板を
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60g/l
を含む水溶液からなる無電解ニッケルめっき浴にヒータ
板を浸漬して、銀の焼結体49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、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。
(7) The heater plate on which the conductive paste was printed was heated and fired at 780 ° C. to sinter silver and lead in the conductive paste and to bake the ceramic substrate 43. Further, nickel sulfate 30 g / l, boric acid 30 g / l, ammonium chloride 30 g / l and Rochelle salt 60 g / l
The heater plate is immersed in an electroless nickel plating bath composed of an aqueous solution containing, and a nickel layer having a thickness of 1 μm and a boron content of 1% by weight or less (not shown) is formed on the surface of the silver sintered body 49.
Was precipitated. Thereafter, the heater plate was annealed at 120 ° C. for 3 hours. The heating element made of a silver sintered body had a thickness of 5 μm, a width of 2.4 mm, and a sheet resistivity of 7.7 mΩ / □.

【0105】(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。
(8) A titanium layer, a molybdenum layer, and a nickel layer were sequentially formed on the surface where the grooves 47 were formed by a sputtering method. As a device for sputtering, SV-4540 manufactured by Japan Vacuum Engineering Co., Ltd. was used. The sputtering conditions were as follows: atmospheric pressure 0.6 Pa, temperature 100 ° C.,
The power was 200 W, and the sputtering time was adjusted for each metal within a range of 30 seconds to 1 minute. The thickness of the obtained film was determined from the image of the X-ray fluorescence spectrometer to be 0.3 μm for the titanium layer, 2 μm for the molybdenum layer, and 1 μm for the nickel layer.
m.

【0106】(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被覆さ
れない。
(9) Nickel sulfate 30 g / l, boric acid 3
The ceramic plate obtained in the above (8) is immersed in an electroless nickel plating bath composed of an aqueous solution containing 0 g / l, ammonium chloride 30 g / l and Rochelle salt 60 g / l, and the surface of the metal layer formed by sputtering. Then, a nickel layer having a thickness of 7 μm and a boron content of 1% by weight or less was deposited and annealed at 120 ° C. for 3 hours. The surface of the heating element does not pass current and is not covered with electrolytic nickel plating.

【0107】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。
Further, 2 g of potassium potassium cyanide /
l, 75 g / l ammonium chloride, 50 g / l sodium citrate and 10 g / l sodium hypophosphite in an electroless gold plating solution at 93 ° C. for 1 minute,
A gold plating layer having a thickness of 1 μm was formed on the nickel plating layer.

【0108】(10)溝47から裏面に抜ける空気吸引
孔48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(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。
(10) An air suction hole 48 to be drawn out from the groove 47 to the back surface is formed by drilling, and a blind hole (not shown) for exposing the through hole 16 is provided. A Ni-Au alloy (81.5% by weight of Au, Ni1
An external terminal made of Kovar was connected by heating and reflowing at 970 ° C. using gold brazing consisting of 8.4% by weight and impurities of 0.1% by weight. In addition, solder (tin 90% by weight)
/ Lead 10% by weight) to form external terminals made of Kovar.

【0109】(11)次に、温度制御のための複数熱電
対を凹部に埋め込み、ウエハプローバヒータ201を
得、実施例1〜5と同様に酸素含有量を測定した。
(11) Next, a plurality of thermocouples for temperature control were embedded in the recesses to obtain a wafer prober heater 201, and the oxygen content was measured in the same manner as in Examples 1 to 5.

【0110】また、セラミック基板の温度を200℃に
上げ、実施例1〜5と同様に、反り量、熱伝導率を測定
した。セラミック基板の酸素含有量は、1.8重量%、
反り量は1μm、熱伝導率は135W/m・Kであっ
た。
The temperature of the ceramic substrate was raised to 200 ° C., and the amounts of warpage and thermal conductivity were measured in the same manner as in Examples 1 to 5. The oxygen content of the ceramic substrate is 1.8% by weight,
The warpage was 1 μm, and the thermal conductivity was 135 W / m · K.

【0111】[0111]

【発明の効果】以上説明のように、本願発明の半導体製
造・検査装置用セラミック基板は、酸素を含有する窒化
物セラミックからなるので、焼結性を向上させることが
でき、高温時の反りや熱伝導率の低下を防止することが
できる。さらに、上記セラミック基板の厚さが50mm
以下であるので、熱容量を低下させて、実用的に均一な
温度分布をウエハ載置面に与えることができる。従っ
て、例えば、半導体ウエハ等の被加熱物をこのセラミッ
ク基板に載置した際に、ウエハ載置面の温度の不均一性
に起因する破損等を防止することができる。
As described above, the ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus of the present invention is made of a nitride ceramic containing oxygen, so that the sinterability can be improved and the warpage at high temperatures can be improved. A decrease in thermal conductivity can be prevented. Further, the thickness of the ceramic substrate is 50 mm.
Therefore, the heat capacity can be reduced and a practically uniform temperature distribution can be given to the wafer mounting surface. Therefore, for example, when an object to be heated such as a semiconductor wafer is mounted on the ceramic substrate, it is possible to prevent breakage or the like due to non-uniform temperature of the wafer mounting surface.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体製造・検査装置用セラミック基
板の一実施形態である静電チャックを模式的に示す縦断
面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing an electrostatic chuck which is an embodiment of a ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus of the present invention.

【図2】図1に示した静電チャックのA−A線断面図で
ある。
FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of the electrostatic chuck shown in FIG.

【図3】図1に示した静電チャックのB−B線断面図で
ある。
FIG. 3 is a sectional view taken along line BB of the electrostatic chuck shown in FIG. 1;

【図4】静電チャックの静電電極の一例を模式的に示す
断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of an electrostatic electrode of the electrostatic chuck.

【図5】静電チャックの静電電極の一例を模式的に示す
断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of an electrostatic electrode of the electrostatic chuck.

【図6】本発明の半導体装置用セラミック基板の一実施
形態であるウエハプローバを模式的に示す断面図であ
る。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a wafer prober which is an embodiment of the ceramic substrate for a semiconductor device of the present invention.

【図7】図6に示したウエハプローバにおけるA−A線
断面図である。
FIG. 7 is a sectional view taken along line AA of the wafer prober shown in FIG. 6;

【図8】(a)〜(d)は、静電チャックの製造工程の
一部を模式的に示す断面図である。
FIGS. 8A to 8D are cross-sectional views schematically showing a part of the manufacturing process of the electrostatic chuck.

【図9】本発明の半導体装置用セラミックをヒータとし
た場合の断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view when a ceramic for a semiconductor device of the present invention is used as a heater.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 静電チャック 1、43、91 セラミック基板 2、22、32a、32b チャック正極静電層 3、23、33a、33b チャック負極静電層 2a、3a 半円弧状部 2b、3b 櫛歯部 4 セラミック誘電体膜 5、49、92 抵抗発熱体 6、93 外部端子 9 シリコンウエハ 11 有底孔 12 貫通孔 16、17 スルーホール 42 チャックトップ導体層 45 ガード電極 46 グランド電極 47 溝 48 吸引孔 93 端子 92a 金属被覆層 96 支持ピン 101 electrostatic chuck 1, 43, 91 ceramic substrate 2, 22, 32a, 32b chuck positive electrode electrostatic layer 3, 23, 33a, 33b chuck negative electrode electrostatic layer 2a, 3a semi-circular portion 2b, 3b comb tooth portion 4 ceramic Dielectric film 5, 49, 92 Resistance heating element 6, 93 External terminal 9 Silicon wafer 11 Bottomed hole 12 Through hole 16, 17 Through hole 42 Chuck top conductor layer 45 Guard electrode 46 Ground electrode 47 Groove 48 Suction hole 93 Terminal 92a Metal coating layer 96 Support pin

フロントページの続き Fターム(参考) 3K092 PP20 QA05 QB61 QB69 QB76 RF03 RF11 UA05 VV26 VV40 4G001 BA09 BA36 BB31 BB73 BC13 BC17 BC22 BC35 BC42 BC52 BC55 BC73 BD38 BE32 BE33Continued on the front page F term (reference) 3K092 PP20 QA05 QB61 QB69 QB76 RF03 RF11 UA05 VV26 VV40 4G001 BA09 BA36 BB31 BB73 BC13 BC17 BC22 BC35 BC42 BC52 BC55 BC73 BD38 BE32 BE33

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 セラミック基板の内部または表面に導体
層を有する半導体製造・検査装置用セラミック基板にお
いて、前記セラミック基板は、窒化物セラミックからな
り、その窒化物セラミック中には、酸素が含有されてい
るとともに、前記セラミック基板の厚さは、50mm以
下であ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。
1. A ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection device having a conductor layer inside or on a surface of a ceramic substrate, wherein the ceramic substrate is made of a nitride ceramic, and the nitride ceramic contains oxygen. And a thickness of the ceramic substrate is 50 mm or less.
【請求項2】 前記セラミック基板の気孔率は、0また
は5%以下である請求項1に記載の半導体製造・検査装
置用セラミック基板。
2. The ceramic substrate according to claim 1, wherein the porosity of the ceramic substrate is 0 or 5% or less.
【請求項3】 前記セラミック基板中の酸素含有量は、
0.1〜5重量%である請求項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。
3. The oxygen content in the ceramic substrate is as follows:
3. The ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus according to claim 1, wherein the content is 0.1 to 5% by weight.
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