JP2001257200A

JP2001257200A - 半導体製造・検査装置用セラミック基板

Info

Publication number: JP2001257200A
Application number: JP2000069019A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Ito; 康隆伊藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2000-03-13
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2001-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】略同心円形状または渦巻き形状の抵抗発熱体
からなる回路の全周で抵抗発熱体が均一に発熱し、加熱
面全体の温度が均一になる半導体製造・検査装置用セラ
ミック基板を提供する。【解決手段】セラミック基板の内部又は表面に、略同
心円形状又は渦巻き形状の回路からなる抵抗発熱体が１
以上形成されてなる半導体製造・検査装置用セラミック
基板であって、前記回路の両端の端子部の形成位置は、
下記数式（１）；０≦｜θ｜／ｎ² ≦１．２・・・（１）（式中、ｎは、抵抗発熱体からなる回路の巻数を表し、
θは、セラミック基板の中心と回路両端の端子部とを結
ぶ２本の直線を形成した際に、２本の直線のなす角度
（°）を表す）で表される条件を満足することを特徴と
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（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し、特には、シリコンウエハ等
の被加熱物を均一に加熱することができるセラミック基
板に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体は、種々の産業において必要とさ
れる極めて重要な製品であり、半導体チップは、例え
ば、シリコン単結晶を所定の厚さにスライスしてシリコ
ンウエハを作製した後、種々の工程を行い、ウリコンウ
エハ上に回路等を形成することにより製造される。

【０００３】具体的な工程として、例えば、シリコンウ
エハ上に感光性樹脂をエッチングレジストとして形成
し、シリコンウエハのエッチングを行う工程等が挙げら
れる。この感光性樹脂は、通常、液状であり、スピンコ
ータ等を用いてシリコンウエハ表面に塗布されるのであ
るが、塗布後に溶剤等を飛散させるため乾燥させなけれ
ばならず、塗布したシリコンウエハをヒータ上に載置ま
たは保持して加熱することになる。

【０００４】また、回路等が形成されたシリコンウエハ
は、この段階でその回路等が設計通りに動作するか否か
を測定してチェックするプロービング工程が必要であ
り、そのためにウエハプローバーが用いられる。このよ
うなウエハプローバでは、ウエハプローバ上にシリコン
ウエハを載置し、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。

【０００５】このように半導体チップを製造したり検査
する際には、種々の工程において、シリコンウエハを加
熱する必要があり、そのため、ホットプレート（セラミ
ックヒータ）、ウエハプローバ、静電チャック、サセプ
タなど、抵抗発熱体を備えたセラミック基板をベースと
して使用する半導体製造・検査用装置が盛んに用いられ
ている。

【０００６】そこで、特公平８−８２４７号公報などで
は、抵抗発熱体が形成された窒化物セラミック基板を使
用し、抵抗発熱体近傍の温度を測定しながら、温度制御
する技術が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな技術を用いてシリコンウエハを加熱しようした場
合、加熱面に温度分布が発生し、これに起因する熱衝撃
でシリコンウエハが破損してしまうという問題が発生し
た。

【０００８】図１３は、従来のセラミックヒータを模式
的に示した底面図であり、図１４は、Ｘの部分を模式的
に示した部分拡大底面図である。このセラミックヒータ
１００では、底面の反対側面が半導体ウエハ等の被加熱
物の加熱を行う加熱面となっており、加熱面での温度を
均一にするために、底面には、屈曲形状の回路からなる
抵抗発熱体１１２ａと、巻数が３〜４の同心円形状の回
路からなる抵抗発熱体１１２ｂ〜１１２ｄとが組み合わ
されて形成されている。また、底面には、多数の箇所に
有底孔１４が設けられており、有底孔１４の内部には熱
電対が挿入され、セラミック基板１１内部の加熱面に近
い部分における温度をモニターすることができるように
なっている。

【０００９】このセラミックヒータ１００に通電を行う
と、抵抗発熱体１１２（１１２ａ〜１１２ｄ）が発熱
し、セラミック基板１１１の温度が上昇するが、この
際、セラミック基板１１１の各場所における温度をモニ
ターしながら、加熱面の温度が均一になるように、各回
路に電圧が印加される。

【００１０】しかしながら、従来のセラミックヒータ１
００では、図１４に示したように、抵抗発熱体１２ｂ〜
１２ｄにおける端子間の領域Ａと、その他の領域Ｂとで
は、抵抗発熱体の巻数（密度）が異なる。すなわち、領
域Ｂでは回路の巻数が３であるのに対し、領域Ａでは巻
数が２となり、その結果、領域Ａの部分における加熱面
での温度が領域Ｂにおける加熱面の温度よりも低くなる
（クーリングスポットが形成されてしまう）としまうと
いう問題が発生した。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
加熱面に温度差が発生するのを防止するため鋭意研究し
た結果、１つ抵抗発熱体の回路の全周で巻数が余り変わ
らないように端子部の位置を設定することにより、セラ
ミックヒータの加熱面における温度を均一にすることが
できることを見い出し、本発明を完成するに至った。

【００１２】即ち、本発明は、セラミック基板の内部ま
たは表面に、略同心円形状または渦巻き形状の回路から
なる抵抗発熱体が１以上形成されてなる半導体製造・検
査装置用セラミック基板であって、上記略同心円形状ま
たは渦巻き形状の回路両端の端子部の形成位置は、下記
数式（１）；０≦｜θ｜／ｎ² ≦１．２・・・（１）（式中、ｎは、抵抗発熱体からなる回路の巻数を表し、
θは、セラミック基板の中心と上記回路両端の端子部と
を結ぶ２本の直線を形成した際に、２本の直線のなす角
度（°）を表す）で表される条件を満足することを特徴
とする半導体製造・検査装置用セラミック基板である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体製造・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）について説明する。本発明の半導体
装置用セラミック基板は、セラミック基板の内部または
表面に、略同心円形状または渦巻き形状の回路からなる
抵抗発熱体が１以上形成されてなる半導体製造・検査装
置用セラミック基板であって、上記略同心円形状または
渦巻き形状の回路両端の端子部の形成位置は、下記数式
（１）；０≦｜θ｜／ｎ² ≦１．２・・・（１）（式中、ｎは、抵抗発熱体からなる回路の巻数を表し、
θは、セラミック基板の中心と上記回路両端の端子部と
を結ぶ２本の直線を形成した際に、２本の直線のなす角
度（°）を表す）で表される条件を満足することを特徴
とする。なお、ここでいう端子とは、回路の端部、給電
部のみならず、スルーホール（バイアホールとも表記す
る）をも含み、抵抗発熱体回路の同一層における両端を
意味する。例えば、抵抗発熱体が多層であったり、外部
の回路と接続する場合には、スルーホールを介して別層
の回路や外部の回路と接続することになるが、このスル
ーホールが端子部として機能する。

【００１４】本発明の半導体装置用セラミック基板によ
れば、略同心円形状または渦巻き形状の回路両端の端子
部の形成位置が上記式（１）で表される条件を満足する
ように設定されており、その結果、一つの抵抗発熱体の
回路部分の全周が、ほぼ一定の巻数（密度）になるよう
に構成されている。従って、抵抗発熱体に通電した際
に、１つの略同心円形状または渦巻き形状の回路の全周
で均一に発熱し、その結果、抵抗発熱体の加熱面にはク
ーリングスポットが発生せず、加熱面全体の温度が均一
になる。

【００１５】図１は、本発明の半導体装置用セラミック
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
図であり、図２は、図１におけるＡの部分の拡大底面図
であり、図３は、図１に示す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。

【００１６】図１に示したように、セラミック基板１１
は、円板状に形成されており、このセラミック基板１１
の底面には、周縁部に近い部分に屈曲形状の回路からな
る抵抗発熱体１２ａが形成され、それよりも内側の部分
に略同心円形状からなる抵抗発熱体１２ｂ〜１２ｄが形
成され、これらの回路を組み合わせて、加熱面１１ａで
の温度が均一になるように設計されている。

【００１７】また、抵抗発熱体１２ａ〜１２ｄは、酸化
を防止するために金属被覆層１２０が形成され、その両
端に入出力用の端子部１３ａ〜１３ｆが形成されてお
り、さらに、この端子部１３ａ〜１３ｆには、図３に示
したように外部端子１７がハンダ等を用いて接合されて
いる。なお、図３には、図示していないが、この外部端
子１７には、配線を備えたソケット等が接続され、電源
との接続が図られるようになっている。

【００１８】また、セラミック基板１１には、測温素子
を挿入するための有底孔１４が形成されており、中央に
近い部分には、支持ピン１６を挿入するための貫通孔１
５が形成されている。

【００１９】この支持ピン１６は、その上にシリコンウ
エハ１９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１９を図示しない
搬送機に渡したり、搬送機から半導体ウエハ１９を受け
取ったりすることができる。また、半導体ウエハ１９を
支持ピン１６で保持することにより、半導体ウエハ１９
を加熱面１１ａに接触させずに加熱することもできるよ
うになっている。

【００２０】このセラミックヒータ１０において、同心
円形状の抵抗発熱体１２ｂ〜１２ｄ両端の端子部の形成
位置は、下記数式（１）を満足するように設定されてい
る。０≦｜θ｜／ｎ² ≦１．２・・・（１）上記（１）式中、ｎは、抵抗発熱体からなる回路の巻数
を表し、θは、例えば、図１に示したように、セラミッ
ク基板の中心と回路両端の端子部１３ａ、１３ｂとを結
ぶ２本の直線を形成した際に、２本の直線のなす角度
（°）を表す。

【００２１】例えば、巻数が３の場合、（１）式中のｎ
に３を代入すると、θの絶対値は、０〜１０．８（°）
となるため、θが−１０．８〜＋１０．８°の範囲にな
るように、端子部１３ａ、１３ｂの位置を設定すればよ
い。なお、θが負の値であってもよいとしているのは、
端子部１３ｂが、端子部１３ａと中心とを結ぶ直線の右
側にあってもよく、左側にあってもよいことを示してい
る。

【００２２】また、巻数ｎが多くなるに従って、端子部
１３ａ〜１３ｆの位置の影響が少なくなるため、θの絶
対値は、回路の巻数の２乗に比例して大きくなるように
なっている。

【００２３】このように端子部１３ａ、１３ｂの位置
を、上記式（１）で規定される位置に設定すると、例え
ば、図２に示したように、領域Ｂにおける回路の巻数ｎ
が３であるのに対し、領域Ａにおける回路の巻数ｎもほ
ぼ３となり、その結果、領域Ａにおける発熱と領域Ｂに
おける発熱がほぼ同一となり、回路の全周における発熱
がほぼ同一となるのである。

【００２４】抵抗発熱体１２のパターンとしては、図１
に示した同心円形状と屈曲線形状との組み合わせのほか
に、同心円形状、渦巻き形状、偏心円形状などの単独パ
ターン、または、これらと屈曲線形状との組み合わせな
どが挙げられる。

【００２５】上記セラミックヒータにおいて、上記抵抗
発熱体からなる回路の数は１以上であれば特に限定され
ないが、加熱面を均一に加熱するためには、複数の回路
が形成されていることが望ましく、特に図１に示したよ
うな、複数の同心円状の回路と屈曲線状の回路とを組み
合わせたものが好ましい。なお、図１に示したセラミッ
クヒータでは、抵抗発熱体が底面に形成されているが、
抵抗発熱体は、セラミック基板の内部に形成されていて
もよい。

【００２６】上記抵抗発熱体を、セラミック基板の内部
に形成する場合、その形成位置は特に限定されないが、
セラミック基板の中心または中心より底面の方向に偏芯
した位置に少なくとも１層形成されていることが好まし
い。

【００２７】セラミック基板の内部または底面に抵抗発
熱体を形成する際には、金属や導電性セラミックからな
る導電ペーストを用いることが好ましい。即ち、セラミ
ック基板の内部に抵抗発熱体を形成する場合には、グリ
ーンシート上に導電ペースト層を形成した後、グリーン
シートを積層、焼成することにより、内部に抵抗発熱体
を作製する。一方、表面に抵抗発熱体を形成する場合に
は、通常、焼成を行って、セラミック基板を製造した
後、その表面に導体ペースト層を形成し、焼成すること
より、抵抗発熱体を作製する。

【００２８】上記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。

【００２９】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、発熱するに充分な抵抗値を
有するからである。

【００３０】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。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。０．１μｍ未満
と微細すぎると、酸化されやすく、一方、１００μｍ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。

【００３１】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、抵抗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。

【００３２】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。

【００３３】抵抗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好ましい。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。

【００３４】金属酸化物を混合することにより、セラミ
ック基板との密着性が改善される理由は明確ではない
が、金属粒子表面や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。

【００３５】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。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することができるからであ
る。

【００３６】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
されていることが好ましい。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。

【００３７】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抵抗発熱
体を形成した際の面積抵抗率は、１〜４５ｍΩ／□が好
ましい。

【００３８】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、表面に抵
抗発熱体を設けた半導体装置用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５０
ｍΩ／□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。

【００３９】抵抗発熱体がセラミック基板の表面に形成
される場合には、抵抗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好ましい。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。

【００４０】上記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。なお、抵抗発熱体をセラミック基板
の内部に形成する場合には、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。本発明の半導体
装置用セラミック基板は、２００℃以上で使用すること
ができる。

【００４１】このように本発明の半導体装置用セラミッ
ク基板には、抵抗発熱体が設けられており、セラミック
ヒータとして使用することができる。この半導体装置用
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。

【００４２】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。

【００４３】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
ュライト、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。

【００４４】これらのセラミックのなかでは、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
比べて好ましい。熱伝導率が高いからである。また、窒
化物セラミックのなかでは、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。

【００４５】また、上記セラミック材料は、焼結助剤を
含有していてもよい。上記焼結助剤としては、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
酸化物等が挙げられる。これらの焼結助剤のなかでは、
ＣａＯ、Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ｎａ₂ Ｏ、Ｌｉ₂ Ｏ、Ｒｂ₂ Ｏが好
ましい。これらの含有量としては、０．１〜１０重量％
が好ましい。また、アルミナを含有していてもよい。

【００４６】本発明にかかる半導体装置用セラミック基
板は、明度がＪＩＳＺ８７２１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。このような明度
を有するものが輻射熱量、隠蔽性に優れるからである。
また、このようなセラミック基板は、サーモビュアによ
り、正確な表面温度測定が可能となる。

【００４７】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。

【００４８】このような特性を有するセラミック基板
は、セラミック基板中にカーボンを１００〜５０００ｐ
ｐｍ含有させることにより得られる。カーボンには、非
晶質のものと結晶質のものとがあり、非晶質のカーボン
は、セラミック基板の高温における体積抵抗率の低下を
抑制することでき、結晶質のカーボンは、セラミック基
板の高温における熱伝導率の低下を抑制することができ
るため、その製造する基板の目的等に応じて適宜カーボ
ンの種類を選択することができる。

【００４９】非晶質のカーボンは、例えば、Ｃ、Ｈ、Ｏ
だけからなる炭化水素、好ましくは、糖類を、空気中で
焼成することにより得ることができ、結晶質のカーボン
としては、グラファイト粉末等を用いることができる。
また、アクリル系樹脂を不活性雰囲気下で熱分解させた
後、加熱加圧することによりカーボンを得ることができ
るが、このアクリル系樹脂の酸価を変化させることによ
り、結晶性（非晶性）の程度を調整することもできる。

【００５０】セラミック基板の形状は、円板形状が好ま
しく、その直径は、２００ｍｍ以上が好ましく、２５０
ｍｍ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。セラ
ミック基板の厚さは、５０ｍｍ以下が好ましく、２０ｍ
ｍ以下がより好ましい。また、１〜５ｍｍが最適であ
る。上記厚さが薄すぎると、高温で加熱する際に反りが
発生しやすく、一方、厚過ぎると熱容量が大きく成りす
ぎて昇温降温特性が低下するからである。

【００５１】また、セラミック基板の気孔率は、０また
は５％以下が好ましい。上記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。

【００５２】本発明では、必要に応じてセラミック基板
に熱電対を埋め込んでおくことができる。熱電対により
抵抗発熱体の温度を測定し、そのデータをもとに電圧、
電流量を代えて、温度を制御することができるからであ
る。

【００５３】上記熱電対の金属線の接合部位の大きさ
は、各金属線の素線径と同一か、もしくは、それよりも
大きく、かつ、０．５ｍｍ以下がよい。このような構成
によって、接合部分の熱容量が小さくなり、温度が正確
に、また、迅速に電流値に変換されるのである。このた
め、温度制御性が向上してウエハの加熱面の温度分布が
小さくなるのである。上記熱電対としては、例えば、Ｊ
ＩＳ−Ｃ−１６０２（１９８０）に挙げられるように、
Ｋ型、Ｒ型、Ｂ型、Ｅ型、Ｊ型、Ｔ型熱電対が挙げられ
る。

【００５４】本発明の抵抗発熱体を備えた半導体装置用
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、サ
セプタ、ホットプレート（セラミックヒータ）等が挙げ
られる。これらのセラミック基板はいずれも、例えば、
図１で説明したような構成の抵抗発熱体を備えている。

【００５５】上述したセラミックヒータ（ホットプレー
ト）は、セラミック基板の表面または内部に抵抗発熱体
のみが設けられた装置であり、これにより、半導体ウエ
ハ等の被加熱物を所定の温度に加熱することができる。

【００５６】本発明の半導体装置用セラミック基板の内
部に静電電極を設けた場合には、静電チャックとして機
能する。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。

【００５７】この静電チャック２０では、セラミック基
板２１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２５が形成されて
いる。また、セラミック基板２１の内部には、抵抗発熱
体２４が設けられ、シリコンウエハ１９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２１
には、必要に応じて、ＲＦ電極が埋設されていてもよ
い。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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
のチャック正極静電層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。

【００６１】本発明の半導体装置用セラミック基板の表
面にチャックトップ導体層を設け、内部にガード電極や
グランド電極を設けた場合には、ウエハプローバとして
機能する。図７は、本発明の半導体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した断面図
であり、図８は、その平面図であり、図９は、図７に示
したウエハプローバにおけるＡ−Ａ線断面図である。

【００６２】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。

【００６３】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１に示
したような同心円状のパターンと屈曲線状のパターンと
を組み合わせた抵抗発熱体４１が設けられており、抵抗
発熱体４１の両端に形成された端子部には、外部端子が
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
９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。なお、ガード電極５に矩形状
の電極非形成部５２が設けられているのは、ガード電極
５を挟んだ上下のセラミック基板を互いに接着させるた
めである。

【００６４】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、
回路が正常に動作するか否かをテストする導通テストを
行うことができる。

【００６５】次に、本発明の半導体装置用セラミック基
板の製造方法の一例として、セラミックヒータの製造方
法について説明する。まず、図１に示したセラミック基
板１１の底面に抵抗発熱体１２が形成されたセラミック
ヒータの製造方法について説明する。

【００６６】(1) セラミック基板の作製工程上述した窒化アルミニウムなどの窒化物セラミックに必
要に応じてイットリア等の焼結助剤やバインダ等を配合
してスラリーを調製した後、このスラリーをスプレード
ライ等の方法で顆粒状にし、この顆粒を金型などに入れ
て加圧することにより板状などに成形し、生成形体（グ
リーン）を作製する。この際、カーボンを含有させても
よい。

【００６７】次に、生成形体に、必要に応じて、シリコ
ンウエハを支持するための支持ピンを挿入する貫通孔１
５となる部分や熱電対などの測温素子を埋め込むための
有底孔１４となる部分を形成する。

【００６８】次に、この生成形体を加熱、焼成して焼結
させ、セラミック製の板状体を製造する。この後、所定
の形状に加工することにより、セラミック基板１１を作
製するが、焼成後にそのまま使用することができる形状
としてもよい。加圧しながら加熱、焼成を行うことによ
り、気孔のないセラミック基板１１を製造することが可
能となる。加熱、焼成は、焼結温度以上であればよい
が、窒化物セラミックでは、１０００〜２５００℃であ
る。

【００６９】(2) セラミック基板に導体ペーストを印刷
する工程導体ペーストは、一般に、金属粒子、樹脂、溶剤からな
る粘度の高い流動物である。この導体ペーストをスクリ
ーン印刷などを用い、抵抗発熱体を設けようとする部分
に印刷を行うことにより、導体ペースト層を形成する。
また、抵抗発熱体は、セラミック基板全体を均一な温度
にする必要があることから、図１に示すような同心円状
と屈曲線状とを組み合わせたパターンに印刷することが
好ましい。導体ペースト層は、焼成後の抵抗発熱体１２
の断面が、方形で、偏平な形状となるように形成するこ
とが好ましい。

【００７０】(3) 導体ペーストの焼成セラミック基板１１の底面に印刷した導体ペースト層を
加熱焼成して、樹脂、溶剤を除去するとともに、金属粒
子を焼結させ、セラミック基板１１の底面に焼き付け、
抵抗発熱体１２を形成する。加熱焼成の温度は、５００
〜１０００℃が好ましい。導体ペースト中に上述した金
属酸化物を添加しておくと、金属粒子、セラミック基板
および金属酸化物が焼結して一体化するため、抵抗発熱
体とセラミック基板との密着性が向上する。

【００７１】(4) 金属被覆層の形成抵抗発熱体１２表面には、金属被覆層を設けることが望
ましい。金属被覆層は、電解めっき、無電解めっき、ス
パッタリング等により形成することができるが、量産性
を考慮すると、無電解めっきが最適である。

【００７２】(5) 端子等の取り付け抵抗発熱体１２のパターンの端部に電源との接続のため
の外部端子を半田等を用いて取り付ける。また、有底孔
１４に熱電対を挿入し、ポリイミド等の耐熱樹脂、セラ
ミックで封止し、セラミックヒータ１０とする。

【００７３】上記セラミックヒータを製造する際に、セ
ラミック基板の内部に静電電極を設けることにより静電
チャックを製造することができ、また、加熱面にチャッ
クトップ導体層を設け、セラミック基板の内部にガード
電極やグランド電極を設けることによりウエハプローバ
を製造することができる。

【００７４】セラミック基板の内部に電極を設ける場合
には、金属箔等をセラミック基板の内部に埋設すればよ
い。また、セラミック基板の表面に導体層を形成する場
合には、スパッタリング法やめっき法を用いることがで
き、これらを併用してもよい。

【００７５】次に、図１０に基づき、セラミック基板の
内部に抵抗発熱体が形成されたセラミックヒータの製造
方法について説明する。 (1) セラミック基板の作製工程まず、窒化物セラミックの粉末をバインダ、溶剤等と混
合してペーストを調製し、これを用いてグリーンシート
を作製する。上述したセラミック粉末としては、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、
イットリア等の焼結助剤を加えてもよい。

【００７６】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。

【００７７】これらを混合して得られるペーストをドク
ターブレード法でシート状に成形してグリーンシート５
０を作製する。グリーンシート５０の厚さは、０．１〜
５ｍｍが好ましい。次に、得られたグリーンシート５０
に、必要に応じて、シリコンウエハを支持するための支
持ピンを挿入する貫通孔となる部分、熱電対などの測温
素子を埋め込むための有底孔となる部分、抵抗発熱体を
外部の外部端子と接続するためのスルーホールとなる部
分３８０等を形成する。後述するグリーンシート積層体
を形成した後に、上記加工を行ってもよい。

【００７８】(2) グリーンシート上に導体ペーストを印
刷する工程グリーンシート５０上に、金属ペーストまたは導電性セ
ラミックを含む導体ペーストを印刷し、導体ペースト層
３２０を形成する。これらの導電ペースト中には、金属
粒子または導電性セラミック粒子が含まれている。タン
グステン粒子またはモリブデン粒子の平均粒子径は、
０．１〜５μｍが好ましい。平均粒子が０．１μｍ未満
であるか、５μｍを超えると、導体ペーストを印刷しに
くいからである。

【００７９】このような導体ペーストとしては、例え
ば、金属粒子または導電性セラミック粒子８５〜８７重
量部；アクリル系、エチルセルロース、ブチルセロソル
ブ、ポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも１種
のバインダ１．５〜１０重量部；および、α−テルピネ
オール、グリコールから選ばれる少なくとも１種の溶媒
を１．５〜１０重量部を混合した組成物（ペースト）が
挙げられる。

【００８０】(3) グリーンシートの積層工程導体ペーストを印刷していないグリーンシート５０を、
導体ペーストを印刷したグリーンシート５０の上下に積
層する（図１０（ａ））。このとき、上側に積層するグ
リーンシート５０の数を下側に積層するグリーンシート
５０の数よりも多くして、抵抗発熱体の形成位置を底面
側の方向に偏芯させる。具体的には、上側のグリーンシ
ート５０の積層数は２０〜５０枚が、下側のグリーンシ
ート５０の積層数は５〜２０枚が好ましい。

【００８１】(4) グリーンシート積層体の焼成工程グリーンシート積層体の加熱、加圧を行い、グリーンシ
ート５０および内部の導体ペースト層３２０を焼結させ
る（図１０（ｂ））。加熱温度は、１０００〜２０００
℃が好ましく、加圧の圧力は、１００〜２００ｋｇ／ｃ
ｍ² が好ましい。加熱は、不活性ガス雰囲気中で行う。
不活性ガスとしては、例えば、アルゴン、窒素などを使
用することができる。

【００８２】なお、焼成を行った後に、測温素子を挿入
するための有底孔を設けてもよい。有底孔は、表面研磨
後に、ドリル加工やサンドブラストなどのブラスト処理
を行うことにより形成することができる。また、内部の
抵抗発熱体３２と接続するためのスルーホール３８を露
出させるために袋孔３７を形成し（図１０（ｃ））、こ
の袋孔３７に外部端子１７を挿入し、加熱してリフロー
することにより、外部端子１７を接続する（図１０
（ｄ））。加熱温度は、半田処理の場合には９０〜４５
０℃が好適であり、ろう材での処理の場合には、９００
〜１１００℃が好適である。さらに、測温素子としての
熱電対などを耐熱性樹脂で封止し、セラミックヒータと
する。

【００８３】こ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するか、または、シリコンウエハ等
を支持ピンで保持させた後、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。

【００８４】上記セラミックヒータを製造する際に、セ
ラミック基板の内部に静電電極を設けることにより静電
チャックを製造することができ、また、加熱面にチャッ
クトップ導体層を設け、セラミック基板の内部にガード
電極やグランド電極を設けることによりウエハプローバ
を製造することができる。

【００８５】セラミック基板の内部に電極を設ける場合
には、抵抗発熱体を形成する場合と同様にグリーンシー
トの表面に導体ペースト層を形成すればよい。また、セ
ラミック基板の表面に導体層を形成する場合には、スパ
ッタリング法やめっき法を用いることができ、これらを
併用してもよい。

【００８６】以下、本発明をさらに詳細に説明する。

【実施例】（実施例１）セラミックヒータの製造（図
１参照）（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。

【００８７】（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。

【００８８】（３）加工処理の終わった生成形体を温
度：１８００℃、圧力：２００ｋｇ／ｃｍ² でホットプ
レスし、厚さが３ｍｍの窒化アルミニウム焼結体を得
た。次に、この板状体から直径２１０ｍｍの円板体を切
り出し、セラミック性の板状体（セラミック基板１１）
とした。次に、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となる部分、熱電対
を埋め込むための有底孔となる部分（直径：１．１ｍ
ｍ、深さ：２ｍｍ）を形成した。（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１
に示したような同心円形状と屈曲線形状とを組み合わせ
たパターンとした。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。

【００８９】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。

【００９０】（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、抵抗発熱体
を形成した。銀−鉛の抵抗発熱体１２は、その端子部近
傍で、厚さが５μｍ、幅が２．４ｍｍ、面積抵抗率が
７．７ｍΩ／□であった。（６）次に、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−鉛の抵抗発熱体１２の表面に厚さ１
μｍの金属被覆層１２０（ニッケル層）を析出させた。

【００９１】（７）電源との接続を確保するための端子
部に、スクリーン印刷により、銀−鉛半田ペースト（田
中貴金属製）を印刷して半田層を形成した。ついで、半
田層の上にコバール製の外部端子１７を載置して、４２
０℃で加熱リフローし、抵抗発熱体の端子部に外部端子
１７を取り付けた。なお、抵抗発熱体１２ｂにおける端
子部１３ａ、１３ｂの形成位置は、θの角度が２°とな
る位置であり、抵抗発熱体１２ｃにおける端子部１３
ｃ、１３ｄの形成位置は、θの角度が３°となる位置で
あり、抵抗発熱体１２ｄにおける端子部１３ｅ、１３ｆ
の形成位置は、θの角度が２°となる位置であった。（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１０（図１参照）を得た。

【００９２】（実施例２）セラミックヒータの製造（図
１０参照）（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１２重量
部、分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノ
ールとからなるアルコール５３重量部を混合したペース
トを用い、ドクターブレード法により成形を行って、厚
さ０．４７ｍｍのグリーンシート５０を作製した。

【００９３】（２）次に、このグリーンシート５０を８
０℃で５時間乾燥させた後、シリコンウエハを支持する
支持ピンを挿入するための貫通孔１５となる部分をパン
チングにより形成した。

【００９４】（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。

【００９５】平均粒子径３μｍのタングステン粒子１０
０重量部、アクリル系バインダ１．９重量部、α−テル
ピネオール溶媒３．７重量部および分散剤０．２重量部
を混合して導体ペーストＢを調製した。この導体ペース
トＡをグリーンシート５０上にスクリーン印刷で印刷
し、抵抗発熱体用の導体ペースト層３２０を形成した。
印刷パターンは、図１に示したような同心円形状と屈曲
線形状のパターンの組み合わせとし、導体ペースト層の
幅を１０ｍｍ、その厚さを１２μｍとした。

【００９６】上記処理の終わったグリーンシートに、導
体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／ｃ
ｍ² の圧力で積層した（図１０（ａ））。

【００９７】（４）次に、得られた積層体を窒素ガス
中、６００℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５０
ｋｇ／ｃｍ² で１０時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍの
窒化アルミニウム板状体を得た。これを２３０ｍｍの円
板状に切り出し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍ（アス
ペクト比：１６６６）の抵抗発熱体１２を有するセラミ
ック基板１１とした（図１０（ｂ））。

【００９８】（５）次に、（４）で得られたセラミック
基板１１を、ダイヤモンド砥石で研磨した後、マスクを
載置し、ＳｉＣ等によるブラスト処理等で表面に熱電対
のための有底孔１４を設けた。

【００９９】（６）さらに、スルーホール３８が露出す
るように袋孔３７を形成し（図１０（ｃ））、この袋孔
３７に外部端子１７を挿入した後、Ｎｉ−Ａｕ合金（Ａ
ｕ：８２重量％、Ｎｉ：１８重量％）からなる金ろうを
用い、１０３０℃で加熱、リフローして、外部端子１７
をスルーホール３８に接続した（図１０（ｄ））。な
お、抵抗発熱体１２ｂにおける端子部１３ａ、１３ｂの
形成位置は、θの角度が２°となる位置であり、抵抗発
熱体１２ｃにおける端子部１３ｃ、１３ｄの形成位置
は、θの角度が３°となる位置であり、抵抗発熱体１２
ｄにおける端子部１３ｅ、１３ｆの形成位置は、θの角
度が２°となる位置であった。（７）次に、温度制御のための複数の熱電対を有底孔に
埋め込み、セラミックヒータ１０の製造を完了した。

【０１００】（比較例１）抵抗発熱体１２ｂにおける端
子部１３ａ、１３ｂの形成位置を、θの角度が１２°と
なる位置とし、抵抗発熱体１２ｃにおける端子部１３
ｃ、１３ｄの形成位置を、θの角度が２０°となる位置
とし、抵抗発熱体１２ｄにおける端子部１３ｅ、１３ｆ
の形成位置を、θの角度が１２°となる位置とした以外
は、実施例１と同様にしてセラミックヒータを製造し
た。

【０１０１】（比較例２）抵抗発熱体１２ｂにおける端
子部１３ａ、１３ｂの形成位置を、θの角度が１２°と
なる位置とし、抵抗発熱体１２ｃにおける端子部１３
ｃ、１３ｄの形成位置を、θの角度が２０°となる位置
とし、抵抗発熱体１２ｄにおける端子部１３ｅ、１３ｆ
の形成位置を、θの角度が１２°となる位置とした以外
は、実施例２と同様にしてセラミックヒータを製造し
た。

【０１０２】実施例１、２および比較例１、２のセラミ
ックヒータについて、通電を行って４００℃（４３０
℃）まで加熱し、加熱面全体の温度をサーモビュア（日
本データム社製ＩＲ１６２０１２−００１２）で測定
した。図１１〜１２は、実施例１および比較例１におい
て、セラミック基板の加熱面をサーモビュアにより撮影
した画像である。

【０１０３】図１１〜１２に示したように、実施例１に
係るセラミックヒータでは、加熱面全体がほぼ均一な温
度であったのに対し、比較例１に係るセラミックヒータ
では、端子部近傍の領域Ａ（図１４参照）の温度が局所
的に低くなり、加熱面に温度分布が生じていた。実施例
２に係るセラミックヒータは、実施例１と同様に均一な
温度分布を有しており、比較例２に係るセラミックヒー
タは、比較例１と同様に、端子部近傍の領域Ａ（図１４
参照）の温度が局所的に低くなっていた。

【０１０４】また、このサーモビュアを用いて、加熱面
の最高温度と最低温度との差（ΔＴ℃）を測定した。そ
の結果を表１に示した。下記の表１に示すように実施例
１、２では、ΔＴは、０．８℃、１．０℃と小さかった
のに対し、比較例１、２では、ΔＴは、２．４℃、３．
０℃と大きくなっている。

【０１０５】

【表１】

【０１０６】（実施例３）静電チャックの製造（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、アクリル系樹脂バインダ１２重量
部、分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノ
ールとからなるアルコール５３重量部を混合した組成物
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０．４７ｍｍのグリーンシートを得た。（２）次に、このグリーンシートを８０℃で５時間乾燥
した後、パンチングを行い、抵抗発熱体と外部端子とを
接続するためのスルーホール用貫通孔を設けた。

【０１０７】（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。

【０１０８】（４）グリーンシートの表面に、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、抵抗発
熱体を形成した。印刷パターンは、同心円状と屈曲線状
とを組み合わせた実施例１と同様のパターンとした。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。

【０１０９】さらに、外部端子を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を充填した。静
電電極パターンは、櫛歯電極（２２ｂ、２３ｂ）からな
り、２２ｂ、２３ｂはそれぞれ２２ａ、２３ａと接続す
る（図４（ｂ）参照）。

【０１１０】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（加熱面側）に３４枚、下側（底面側）に１３
枚積層し、その上に静電電極パターンからなる導体ペー
スト層を印刷したグリーンシートを積層し、さらにその
上にタングステンペーストを印刷していないグリーンシ
ートを２枚積層し、これらを１３０℃、８０ｋｇ／ｃｍ
² の圧力で圧着して積層体を形成した。

【０１１１】（５）次に、得られた積層体を窒素ガス
中、６００℃で５時間脱脂し、その後、１８９０℃、圧
力１５０ｋｇ／ｃｍ² 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。これを直
径２３０ｍｍの円板状に切り出し、内部に、厚さが５μ
ｍ、幅が２．４ｍｍ、面積抵抗率が７．７ｍΩ／□の抵
抗発熱体３２および厚さ６μｍのチャック正極静電層２
２、チャック負極静電層２３を有する窒化アルミニウム
製の板状体とした。

【０１１２】（６）上記（５）で得たセラミック基板２
１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によって、表面に熱電
対のための有底孔（直径：１．２ｍｍ、深さ２．０ｍ
ｍ）を設けた。

【０１１３】（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とし、この袋孔にＮｉ−Ａ
ｕ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。

【０１１４】（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、図１に示すパターンの抵抗発熱
体を有する静電チャックの製造を終了した。

【０１１５】得られた静電チャックを３００℃まで加熱
したが、最低温度と最高温度との差（ΔＴ）は、１℃で
あった。

【０１１６】（実施例４）ウエハプローバの製造（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、アクリル系樹脂バインダ１２重量
部、分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノ
ールとからなるアルコール５３重量部を混合した組成物
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０．４７ｍｍのグリーンシートを得た。（２）次に、このグリーンシートを８０℃で５時間乾燥
した後、パンチングを行い、抵抗発熱体と外部端子とを
接続するためのスルーホール用貫通孔を設けた。

【０１１７】（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。

【０１１８】（４）グリーンシートの表面に、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およびグランド電極用印刷層を形
成した（図７および図９参照）。また、外部端子を接続
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、１
３０℃、８０ｋｇ／ｃｍ² の圧力で一体化した。

【０１１９】（５）一体化させた積層体を６００℃で５
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とした。なお、ス
ルーホールの大きさは直径０．２ｍｍ、深さ０．２ｍｍ
であった。また、ガード電極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
置は抵抗発熱体から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、チャック面から
１．２ｍｍところであった。

【０１２０】（６）上記（５）で得たセラミック基板
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によって、表面に熱電対取
付け用凹部およびウエハ吸着用の溝７（幅０．５ｍｍ、
深さ０．５ｍｍ）を形成した。

【０１２１】（７）さらに、溝７を形成したチャック面
に対向する裏面（底面）に導電性ペーストを印刷して抵
抗発熱体用の導体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。

【０１２２】（８）底面に導電性ペーストを印刷して回
路を形成したセラミック基板（セラミック基板）を７８
０℃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に焼き付け、抵抗発熱体を
形成した。なお、抵抗発熱体のパターンは、同心円状と
屈曲線状とを組み合わせた実施例１と同様のパターンと
した（図１参照）。次いで、このセラミック基板を、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抵抗発熱体の表面に、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
ル層を析出させて抵抗発熱体を肥厚化させ、その後１２
０℃で３時間の熱処理を行った。こうして得られたニッ
ケル層を含む抵抗発熱体４１は、厚さが５μｍ、幅が
２．４ｍｍ、面積抵抗率が７．７ｍΩ／□であった。

【０１２３】（９）溝７が形成されたチャック面に、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
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０．３μｍ、Ｍｏは２μ
ｍ、Ｎｉは１μｍであった。

【０１２４】（１０）上記（９）で得られたセラミック
基板を、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。

【０１２５】（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を設けた。この袋
孔に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
子を接続させた。また、上記抵抗発熱体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。

【０１２６】（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。

【０１２７】得られたウエハプローバ付きヒータにシリ
ンコウエハを載置し、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しなが
ら、２００℃まで加熱した。このときの加熱面の最高温
度と最低温度との差（ΔＴ）は、０．５℃であった。

【０１２８】

【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、前記略同心円形
状または渦巻き形状の抵抗発熱体からなる回路の両端の
端子部の形成位置は、上記数式（１）の条件を満足する
位置に形成されているので、この回路の全周で抵抗発熱
体が均一に発熱し、加熱面全体の温度が均一になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体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部である。

【図２】図１に示したセラミック基板のＸの部分の拡大
底面図である。

【図３】図１に示す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。

【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。

【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８】図７に示したウエハプローバの平面図である。

【図９】図７に示したウエハプローバにおけるＡ−Ａ線
断面図である。

【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のセラミックヒー
タを製造方法の一例を模式的に示す断面部である。

【図１１】実施例１に係るセラミックヒータに通電した
後の加熱面のサーモビュア画像を示す写真である。

【図１２】比較例１に係るセラミックヒータに通電した
後の加熱面のサーモビュア画像を示す写真である。

【図１３】従来のセラミックヒータを模式的に示す底面
部である。

【図１４】図１３に示したセラミック基板のＸの部分の
拡大底面図である。

【符号の説明】

２チャックトップ導体層３、１１、２１、７１、８１セラミック基板５ガード電極６グランド電極７溝８吸引孔１０セラミックヒータ１１ａ加熱面１１ｂ底面１２ａ〜１２ｄ、２４、３２、４１抵抗発熱体１３ａ〜１３ｆ端子部１４有底孔１５貫通孔１６支持ピン１７外部端子１９半導体ウエハ（シリコンウエハ）２０、７０、８０静電チャック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３７袋孔３８スルーホール５２電極非形成部１２０金属被覆層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｈ０５Ｂ 3/16 ５Ｆ０４５Ｈ０５Ｂ 3/02 3/20 ３２８５Ｆ０４６ 3/16 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ 3/20 ３２８ 21/30 ５６７Ｆターム(参考） 2F056 CA02 CA15 EM05 KA12 3K034 AA02 AA03 AA04 AA06 AA12 AA19 AA21 AA34 AA35 AA37 BA02 BB06 BB14 BC04 BC12 BC29 CA22 CA26 CA31 EA07 HA10 JA01 JA10 3K092 PP20 QA03 QA05 QB02 QB26 QB42 QB43 QB44 QB45 QB49 QB60 QB61 QB69 QB73 QB74 QB75 QB76 QB78 QC02 QC19 QC25 QC31 QC42 QC52 QC58 RF03 RF11 RF19 RF22 UA05 VV22 4M106 AA01 BA01 CA59 DH44 DH46 DJ01 DJ32 5F004 AA01 BB22 BB26 BB29 5F045 BB01 EK09 EM02 EM05 EM06 EN04 5F046 KA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック基板の内部または表面に、略
同心円形状または渦巻き形状の回路からなる抵抗発熱体
が１以上形成されてなる半導体製造・検査装置用セラミ
ック基板であって、前記略同心円形状または渦巻き形状
の回路両端の端子部の形成位置は、下記数式（１）；０≦｜θ｜／ｎ² ≦１．２・・・（１）（式中、ｎは、抵抗発熱体からなる回路の巻数を表し、
θは、セラミック基板の中心と前記回路両端の端子部と
を結ぶ２本の直線を形成した際に、２本の直線のなす角
度（°）を表す）で表される条件を満足することを特徴
とする半導体製造・検査装置用セラミック基板。