JP2001267405A - 静電チャックの製造方法およびセラミックヒータの製造方法 - Google Patents

静電チャックの製造方法およびセラミックヒータの製造方法

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ceramic
electrostatic
heating element
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Yasuji Hiramatsu
靖二 平松
Yasutaka Ito
康隆 伊藤
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Ibiden Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造される静電チャックのチャック力に場所
によるバラツキがなく、半導体ウエハを均一に吸着する
ことが可能な静電チャックを製造することができる。 【解決手段】 表面の粗度がＲｍａｘで２００μｍ以下
のグリーンシートに電極用の導体ペーストを印刷し、次
いで、前記グリーンシートに他のグリーンシートを積層
して積層体を作製した後、焼結させることを特徴とする
静電チャックの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に半導体産業に
おいて使用される静電チャックの製造方法およびセラミ
ック基板の製造方法に関し、特には、チャック力にバラ
ツキのない静電チャックの製造方法、および、発熱量に
バラツキのないセラミックヒータの製造方法に関する。
【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、このシリコンウエハに複数の集積回
路等を形成することにより製造される。
【０００３】この半導体チップの製造工程においては、
静電チャック上に載置したシリコンウエハに、エッチン
グ、ＣＶＤ等の種々の処理を施して、導体回路や素子等
を形成する。その際に、デポジション用ガス、エッチン
グ用ガス等として腐食性のガスを使用するため、これら
のガスによる腐食から静電電極層を保護する必要があ
り、また、吸着力を誘起する必要があるため、静電電極
層は、通常、セラミック誘電体膜等により被覆されてい
る。
【０００４】このセラミック誘電体膜として、従来から
窒化物セラミックが使用されており、例えば、特開平５
−８１４０号公報には、窒化アルミニウム等の窒化物を
使用した静電チャックが開示されている。また、特開平
９−４８６６８号公報には、Ａｌ−Ｏ−Ｎ構造を持つカ
ーボン含有窒化アルミニウムが開示されている。また、
このような静電チャックの製法は、特公平６−９７６７
７号公報などに開示されている。このようなセラミック
製の静電チャックは、特開昭６２−２６４６３８号公
報、特開昭６０−２６１３７７号公報などに記載されて
いるようにグリーンシートを積層して積層体を作製した
後、焼成することによりセラミックを製造する、所謂グ
リーンシート法により製造されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、これらのセ
ラミックを使用した静電チャックは、チャック力にバラ
ツキがあるという問題があった。さらに、上記グリーン
シート法で製造されたセラミックヒータでも、加熱面に
温度のバラツキがみられた。本発明の目的は、グリーン
シート法で製造された静電チャックやセラミックヒータ
（ホットプレート）のチョック力のバラツキや加熱面の
温度差を低減することにある。本発明者らは、上記目的
の下、上記した問題が発生する理由について解析を行っ
たところ、意外にも、成形体を作製する際に用いるグリ
ーンシートの面粗度に問題があり、これをＲｍａｘで２
００μｍ以下に設定することにより、製造される静電チ
ャックのチャック力に場所によるバラツキがなくなるこ
とを見い出し、本発明を完成させたものである。
【０００６】さらに、このようなグリーンシートをセラ
ミックヒータ用のグリーンシートとして用いると、セラ
ミックヒータにおいても、抵抗発熱体の発熱量に場所に
よるバラツキがなくなることを見い出し、本発明を完成
させたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の静電
チャックの製造方法は、表面の粗度がＲｍａｘで２００
μｍ以下のグリーンシートに電極用の導体ペーストを印
刷し、次いで、上記グリーンシートに他のグリーンシー
トを積層して積層体を作製した後、焼結させることを特
徴とする。
【０００８】従来の静電チャックの製造方法において
は、図１２に示したような、表面の粗度がＲｍａｘで２
００μｍを超えるような凹凸の大きいグリーンシート９
１を使用し、このグリーンシート９１上に導体ペースト
層９２を形成する場合があった。この場合、形成された
導体ペースト層９２は、場所により、その厚さが異な
り、これに起因して製造された静電チャックの静電電極
も、厚さにムラが生じ、その結果、チャック力に場所に
よるバラツキが生じていた。また、ヒータ用の抵抗発熱
体も厚さにムラを生じ、場所により発熱が異なり、加熱
面に温度差が生じていた。
【０００９】このような傾向は、直径が１５０ｍｍを超
える円板状体のものとなると特に顕著になる。特開昭６
２−２６４６３８号公報、特開昭６０−２６１３７７号
公報の出願当時は、直径１５０ｍｍ程度の直径の小さい
ものしか市場要求がなかったため、チャック力のバラツ
キや加熱面の温度差などは殆ど問題とならなかったと考
えられる。
【００１０】しかし、本発明では、グリーンシート表面
の粗度に注意を払い、表面の粗度がＲｍａｘで２００μ
ｍ以下と表面が比較的平坦なグリーンシートを用いてい
るため、その上に形成される導体ペースト層も、その厚
さに場所によるバラツキがなく、均一な厚さになる。従
って、製造された静電チャックの静電電極も、厚さにム
ラが生じることはなく、静電電極全体に均一なチャック
力を有する静電チャックを製造することができる。ま
た、抵抗発熱体の厚さのバラツキも小さくすることがで
き、抵抗値が一定となって、加熱面全体の温度差を小さ
くすることができる。
【００１１】上記静電チャックのチャック力の場所によ
るバラツキは、吸着された半導体ウエハの表面温度をサ
ーモビュアで測定することにより、判断することができ
る。静電チャックの吸着面に半導体ウエハが強く吸着し
ていれば、その部分の温度が高くなるため、半導体ウエ
ハの温度分布がチャック力のバラツキを反映するからで
ある。また、複数に分割した半導体ウエハを載置し、各
区画の半導体ウエハの吸着力をロードセルにより測定
し、バラツキを測定することも可能である。下記の実施
例では、上記した両方の方法を採用した。
【００１２】グリーンシート表面の粗度Ｒｍａｘは、原
料セラミック粉末の粒子径を一定範囲に設定するか、グ
リーンシート用の組成物を調製する際の粘度を所定の範
囲に設定するか、または、乾燥条件を選択することによ
り制御することができる。これらの条件については、以
下の発明の実施の形態において、詳細に説明する。
【００１３】本発明のセラミックヒータの製造方法は、
表面の粗度がＲｍａｘで２００μｍ以下のグリーンシー
トに抵抗発熱体用の導体ペーストを印刷し、次いで、上
記グリーンシートに他のグリーンシートを積層して積層
体を作製した後、焼結させることを特徴とする。
【００１４】従って、上記セラミックヒータの製造方法
により製造された抵抗発熱体も、場所による厚さのバラ
ツキがなく、均一な厚さを有し、均一に発熱する。従っ
て、セラミックヒータの半導体ウエハ等の被加熱物を加
熱する面（加熱面）の温度が均一になり、被加熱物を均
一に加熱することができる。
【００１５】グリーンシート表面の粗度Ｒｍａｘは、上
記静電チャックの製造方法の場合と同様に、原料セラミ
ック粉末の粒子径を一定範囲に設定するか、グリーンシ
ート用の組成物を調製する際の粘度を所定の範囲に設定
するか、または、乾燥条件を選択することにより制御す
ることができる。
【００１６】上記抵抗発熱体の場所による発熱量のバラ
ツキも、同様に加熱面に載置した半導体ウエハの表面温
度をサーモビュアで測定することにより、判断すること
ができる。抵抗発熱体の発熱量の場所によるバラツキ
も、加熱面の温度分布に反映されるからである。この場
合には、セラミック基板内に抵抗発熱体のみを設けてお
き、半導体ウエハの温度分布を観測すればよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の静電チャックの製造方法
およびセラミックヒータの製造方法は、いずれも、グリ
ーンシートを作製した後、このグリーンシートに導体ペ
ーストを印刷し、次いで、このようにして形成された導
体ペースト層を有するグリーンシートに、他のグリーン
シートを積層して積層体を作製した後、焼結させる点で
同様であり、グリーンシート上に形成する導体ペースト
の形状等が異なるのみであるので、以下においては、静
電チャックの製造方法について主に説明し、セラミック
ヒータの製造方法については、補足的に説明することに
する。
【００１８】本発明の静電チャックの製造方法は、表面
の粗度がＲｍａｘで２００μｍ以下のグリーンシートに
電極用の導体ペーストを印刷し、次いで、上記グリーン
シートに他のグリーンシートを積層して積層体を作製し
た後、焼結させることを特徴とする。
【００１９】図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の静電チャ
ックの製造方法の一例を模式的に示した断面図である。
（１）本発明では、まず、窒化物セラミック、炭化物セ
ラミックなどのセラミックの原料粉末をバインダおよび
溶剤と混合して、表面の粗度がＲｍａｘで２００μｍ以
下のグリーンシート５０を作製する。
【００２０】グリーンシート表面の粗度を、Ｒｍａｘで
２００μｍ以下に設定するのは、粗度がＲｍａｘで２０
０μｍを超えると、グリーンシートの表面が粗すぎるた
め、導体ペーストのグリーンシートと接する部分に凹凸
が形成され、導体ペーストの厚さが場所によりばらつく
結果、製造される静電チャックの静電電極層の厚さも、
場所によりばらつき、チャック力にバラツキが生じるか
らである。なお、グリーンシートの面粗度Ｒｍａｘは、
グリーンシートの厚さを超えないことは言うまでもな
く、グリーンシートの強度を考慮すると、面粗度Ｒｍａ
ｘは、グリーンシートの厚さの２／３を超えることはな
い。具体的には、グリーンシートの面粗度Ｒｍａｘは、
０．１μｍ以上５０μｍ未満が望ましい。
【００２１】製造の対象となる静電チャックを構成する
セラミック材料は特に限定されず、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。
【００２２】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、炭化タンタル、炭化タング
ステン等が挙げられる。
【００２３】上記酸化物セラミックとしては、金属酸化
物セラミック、例えば、アルミナ、ジルコニア、コージ
ェライト、ムライト、ベリリア等が挙げられる。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。
【００２４】これらのセラミックの中では、窒化物セラ
ミック、酸化物セラミックが好ましい。また、窒化物セ
ラミックの中では窒化アルミニウムが最も好適である。
製造したセラミック基板の熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋ
と最も高いからである。
【００２５】セラミック原料粉末は、例えば、酸化性雰
囲気で焼成することにより、表面に酸化物の層が形成さ
れた窒化アルミニウム粉末などであってもよい。
【００２６】また、必要に応じて、イットリア、アルミ
ナ、イオウ化合物などを焼結助剤や触媒を加えてもよ
い。原料粉末の平均粒径は、０．１〜５μｍが好まし
い。
【００２７】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４となる層であるの
で、必要により、セラミック基板とは別の組成としても
よい。
【００２８】ただし、通常、セラミック誘電体膜４の原
料とセラミック基板１の原料とは、同じものを使用する
ことが望ましい。これらは、一体として焼結することが
多いため、焼成条件が同じになるからである。ただし、
材料が異なる場合には、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となる導体ペースト層を
形成し、さらにその上にセラミック誘電体膜となるグリ
ーンシートを積層した後、焼成してもよい。
【００２９】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。
【００３０】これらを混合して得られるペーストを、ド
クターブレード法等の成形方法を用いてシート状に成形
し、グリーンシート５０を作製する。このときの乾燥前
のグリーンシートの粘度は、１×１０4 〜４×１０4 ｃ
Ｐ（１０〜４０Ｐａ・ｓ）が好ましい。グリーンシート
をこのような粘度範囲に設定することにより、グリーン
シートの凹凸を少なくし、表面の粗度をＲｍａｘで２０
０μｍ以下にすることができるからである。
【００３１】グリーンシートの粘度が１×１０4 （１０
Ｐａ・ｓ）未満であると、流動性が大きすぎ、グリーン
シートの形状を保つのが難しくなり、一方、グリーンシ
ートの粘度が４×１０4 ｃＰ（４０Ｐａ・ｓ）を超える
と、ブレード等を用いてグリーンシートの表面を平坦す
ることが困難となり、表面の粗度がＲｍａｘで２００μ
ｍを超えてしまう場合がある。最も簡単にグリーンシー
ト表面の粗度を調整する方法は、乾燥条件の選択であ
る。グリーンシートの粘度が１×１０4 〜４×１０4 ｃ
Ｐ（１０〜４０Ｐａ・ｓ）である場合、５０〜２００℃
で１０〜６０分乾燥するが、最初の乾燥温度を１５０℃
未満で行うことにより表面の粗度をＲｍａｘで２００μ
ｍ以下に調整することができる。特に、高温で乾燥させ
ると、内部の溶剤等が急速に揮発するために表面が粗く
なり、低温で乾燥させると、表面が滑らかになる。な
お、特開平１２−２１９６１号公報には、グリーンシー
ト法による静電チャックの製造方法が記載されている
が、どのような粘度を持ったグリーンシートを乾燥させ
るかが記載されておらず、このような公報をもって本発
明の特許性が阻却されることはない。
【００３２】次に、グリーンシート５０に、必要に応
じ、シリコンウエハの支持ピンを挿入する貫通孔、熱電
対を埋め込む凹部、スルーホールを形成する部分等に貫
通孔を設けておくことができる。貫通孔は、パンチング
などにより形成することができる。
【００３３】これらの貫通孔や凹部等は、グリーンシー
ト積層体を形成した後に設けてもよく、焼結体を形成し
た後、ドリル等を用いて形成してもよい。グリーンシー
ト５０の厚さは、０．１〜５ｍｍ程度が好ましい。
【００３４】次に、グリーンシート５０の貫通孔に導体
ペーストを充填し、スルーホール印刷体５３、５４を
得、次に、グリーンシート５０上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。
【００３５】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。静電電極層の形状としては、例えば、図３、図８お
よび図９に示した形状等が挙げられる。抵抗発熱体につ
いては、後述する。
【００３６】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。
【００３７】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。
【００３８】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１．５〜１０重量部等を混合して調
製した導体ぺーストが最適である。この場合、調製する
導体ペーストの粘度は、５×１０4 〜５０×１０4ｃＰ
（５０〜５００Ｐａ・ｓ）が好ましい。
【００３９】次に、図１（ａ）に示すように、印刷体５
１、５２、５３、５４を有するグリーンシート５０と、
印刷体を有さないグリーンシート５０′とを積層する。
抵抗発熱体形成側の下面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、抵抗発熱体を形成するための焼成を行うので
あれば、ニッケルなどの酸化しにくい金属をスパッタリ
ングしておく必要がある。また、Ａｕ−Ｎｉの合金から
なる金ろうで被覆しておいてもよい。
【００４０】（２）次に、図１（ｂ）に示すように、積
層体の加熱および加圧を行い、グリーンシートの積層体
を形成する。積層体の加熱温度は、５０〜３００℃が好
ましく、加圧の圧力は、２０〜２００ｋｇ／ｃｍ2 が好
ましい。
【００４１】この後、グリーンシートおよび導電ペース
トを焼結させる。焼成の際の温度は、１０００〜２００
０℃、焼成の際の加圧の圧力は１００〜２００ｋｇ／ｃ
ｍ2 が好ましい。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。この焼成工程で、スル
ーホール１６、１７、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。
【００４２】上記方法により、セラミック基板を製造し
た後、１４００〜２０００℃でアニール処理を施しても
よい。これにより、結晶粒子に含有されていた酸素等の
不純物が結晶外に排出され、熱伝導率が改善される。
【００４３】（３）次に、図１（ｃ）に示すように、外
部端子接続のための袋孔３５、３６を設ける。袋孔３
５、３６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。
【００４４】（４）最後に、図１（ｄ）に示すように、
袋孔３５、３６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、有底孔を設け、その内部
に熱電対を埋め込むことができる。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。
【００４５】このような製造工程を経ることにより、例
えば、図２、３に示したような構成からなる静電チャッ
クを製造することができる。得られる静電チャックの静
電電極層は、その厚さにバラツキがないため、静電電極
全体に均一なチャック力を有する静電チャックとなる。
図２は、上記方法により製造した静電チャックの一実施
形態を模式的に示した縦断面図であり、図３は、図２に
示した静電チャックにおけるＡ−Ａ線断面図であり、図
４は、図２に示した静電チャックにおけるＢ−Ｂ線断面
図である。
【００４６】この静電チャック１０１では、円板形状の
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
おり、この静電電極層の上に薄いセラミック層４（以
下、セラミック誘電体膜という）が形成されている。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。
【００４７】図３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。
【００４８】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４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２には示していないが、このセラミック基板１に
は、図４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１の
底面に形成されていてもよい。
【００４９】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
の処理を施すことができる。
【００５０】次に、上記方法により製造された静電チャ
ックを構成するセラミック基板について、説明する。な
おセラミック基板とは、この静電チャックにおいては、
セラミック誘電体膜以外の部分をいうものとする。上記
静電チャックは、１５０℃以上で使用されることが好ま
しく、２００℃以上で使用されるのが最も好ましい。
【００５１】上記セラミック基板は、最大気孔の気孔径
が５０μｍ以下であることが望ましく、気孔率は５％以
下が望ましい。また、上記セラミック基板には、気孔が
全く存在しないか、気孔が存在する場合は、その最大気
孔の気孔径は、５０μｍ以下であることが望ましい。
【００５２】気孔が存在しない場合は、高温での耐電圧
が特に高くなり、逆にある程度の気孔が存在する場合
は、破壊靱性値がより高くなる。このためどちらの設計
にするかは、要求特性によって変わるのである。気孔の
存在によって破壊靱性値がより高くなる理由が明確では
ないが、クラックの進展が気孔によって止められるから
であると推定している。
【００５３】本発明で、最大気孔の気孔径が５０μｍ以
下であることが望ましいのは、気孔径が５０μｍを超え
ると高温、特に２００℃以上での耐電圧特性を確保する
のが難しくなるからである。最大気孔の気孔径は、１０
μｍ以下が望ましい。２００℃以上での反り量が小さく
なるからである。
【００５４】気孔率や最大気孔の気孔径は、焼結時の加
圧時間、圧力、温度、ＳｉＣやＢＮなどの添加物で調整
することができる。上述のように、ＳｉＣやＢＮは焼結
を阻害するため、気孔を導入させることができる。
【００５５】最大気孔の気孔径を測定する際には、試料
を５個用意し、その表面を鏡面研磨し、２０００〜５０
００倍の倍率で表面を電子顕微鏡で１０箇所撮影する。
そして、撮影された写真で最大の気孔径を選び、５０シ
ョットの平均を最大気孔の気孔径とする。
【００５６】気孔率は、アルキメデス法により測定す
る。焼結体を粉砕して有機溶媒中あるいは水銀中に粉砕
物を入れて体積を測定し、粉砕物の重量と体積から真比
重を求め、真比重と見かけの比重から気孔率を計算する
のである。
【００５７】上記セラミック基板の直径は、１５０ｍｍ
を超えることが望ましく、２００ｍｍ以上がより望まし
い。特に１２インチ（３００ｍｍ）以上であることが望
ましい。直径が１５０ｍｍを超えるような大きな基板で
は、チャック力のバラツキによって、加熱した半導体ウ
エハの温度のバラツキが大きくなってしまう。また、セ
ラミック基板の熱容量が大きくなり、加熱面の温度が不
均一になる。逆に言えば、直径１５０ｍｍ程度の基板で
あれば、チャック力が多少ばらついても半導体ウエハも
小さいため、表面温度は均一になる。また、抵抗発熱体
の抵抗値が多少ばらついても、セラミック基板の熱容量
は小さいため、昇温しやすく、温度が比較的均一になり
やすい。なお、特開平１１−７４０６４号公報の実施例
では、直径３００ｍｍのセラミック基板が開示されてい
るが、電極は、グリーンシートに印刷を施したものでは
なく、このような引例の存在により、本発明の特許性が
阻却されることはない。
【００５８】上記セラミック基板の厚さは、５０ｍｍ以
下が望ましく、特に２５ｍｍ以下が望ましい。セラミッ
ク基板の厚さが２５ｍｍを超えると、セラミック基板の
熱容量が大きすぎる場合があり、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場合があるからである。セラ
ミック基板の厚さは、１．５ｍｍを超え、５ｍｍ以下が
最適である。セラミック基板の厚さが１．５ｍｍ以下の
場合には、直径が１５０ｍｍを超えるような大きなセラ
ミック基板では、反り量が大きくなり、実用性に乏し
い。
【００５９】上記セラミック基板は、０．０５〜１０重
量％の酸素を含有していることが望ましい。酸素を粒界
に偏析させることにより、破壊靱性値を改善することが
できるからである。酸素含有量が０．０５重量％未満で
は、焼結が進まず気孔率が高くなり、また熱伝導率が低
下し、逆に、酸素量が１０重量％を超えると、粒界の酸
素の量が多すぎるため、熱伝導率が低下して昇温降温特
性が低下するからである。
【００６０】上記セラミック基板に酸素を含有させるた
めには、上記したように、原料粉末を酸化性雰囲気で焼
成するか、または、原料粉末中に金属酸化物を混合して
焼成を行う。上記金属酸化物としては、例えば、イット
リヤ（Ｙ2 Ｏ3 ）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3 ）、酸化ルビ
ジウム（Ｒｂ2 Ｏ）、酸化リチウム（Ｌｉ2 Ｏ）、炭酸
カルシウム（ＣａＣＯ3 ）等が挙げられる。これらの金
属酸化物の含有量は、０．１〜２０重量％が好ましい。
【００６１】本発明では、セラミック基板中に５〜５０
００ｐｐｍ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、５０〜２
０００ｐｐｍがより好ましい。
【００６２】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。
【００６３】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。
【００６４】上記静電チャックを構成するセラミック誘
電体膜の材料は、特に限定されず、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
が、これらのなかでは窒化物セラミックが好ましい。上
記窒化物セラミックとしては、上記セラミック基板と同
様のものが挙げられるが、窒化物セラミックは酸素を含
有していることが望ましい。
【００６５】例えば、上記窒化物セラミックに酸素を含
有させるため、窒化物セラミックの原料粉末を酸化性雰
囲気で焼成するた、または、原料粉末中に金属酸化物を
混合して焼成を行う。上記金属酸化物としては、アルミ
ナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、酸化珪素（ＳｉＯ2 ）等が挙げられ
る。これらの金属酸化物の添加量は、窒化物セラミック
１００重量部に対して、０．１〜１０重量部が好まし
い。
【００６６】セラミック誘電体膜の厚さを、５０〜５０
００μｍとすることで、チャック力を低下させずに充分
な耐電圧を確保することができる。上記セラミック誘電
体膜の厚さが５０μｍ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５０
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。セラミック誘電体膜の厚さは、１００
〜１５００μｍが好ましい。
【００６７】この静電チャック１０１では、セラミック
誘電体膜４は、酸素を含有する窒化物セラミックからな
り、また、気孔率が５％以下であり、最大の気孔径が５
０μｍ以下であることが望ましい。また、このセラミッ
ク誘電体膜４中の気孔は、お互いに独立した気孔により
構成されていることが望ましい。このような構成のセラ
ミック誘電体膜４では、耐電圧を低下させるガス等がセ
ラミック誘電体膜を透過して静電電極を腐食させたり、
高温でもセラミック誘電体膜の耐電圧が低下することが
ない。
【００６８】上記気孔率が５％を超えると、気孔数が増
え、また、気孔径が大きくなりすぎ、その結果、気孔同
士が連通しやすくなる。このような構造のセラミック誘
電体膜では、耐電圧が低下してしまう。さらに、最大気
孔の気孔径が５０μｍを超えると、酸化物が粒子境界に
存在していても、高温での耐電圧を確保することが難し
くなる。気孔率は、０．０１〜３％が好ましく、最大気
孔の気孔径は、０．１〜１０μｍが好ましい。
【００６９】上記セラミック誘電体膜中には、カーボン
が５０〜５０００ｐｐｍ含有されていることが望まし
い。静電チャック中に設けられた電極パターンを隠蔽す
ることができ、かつ、高輻射熱が得られるからである。
また、体積抵抗率が低い方が、低温域においては、シリ
コンウエハの吸着能力が高くなる。
【００７０】なお、本発明で、セラミック誘電体膜中に
ある程度の気孔が存在してもよいとしているのは、破壊
靱性値をより高くすることができるからであり、これに
より熱衝撃性をさらに改善することができる。
【００７１】図８および図９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８
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９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。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３
３ａ、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。
【００７２】本発明における静電チャックとしては、例
えば、図２に示すように、セラミック基板１とセラミッ
ク誘電体膜４との間にチャック正極静電層２とチャック
負極静電層３とが設けられ、セラミック基板１の内部に
は抵抗発熱体５が設けられた構成の静電チャック１０
１、図５に示すように、セラミック基板１とセラミック
誘電体膜４との間にチャック正極静電層２とチャック負
極静電層３とが設けられ、セラミック基板１の底面に抵
抗発熱体２５が設けられた構成の静電チャック２０１、
図６に示すように、セラミック基板１とセラミック誘電
体膜４との間にチャック正極静電層２とチャック負極静
電層３とが設けられ、セラミック基板１の内部に抵抗発
熱体である金属線７が埋設された構成の静電チャック３
０１、図７に示すように、セラミック基板１とセラミッ
ク誘電体膜４との間にチャック正極静電層２とチャック
負極静電層３とが設けられ、セラミック基板１の底面に
熱電素子８１とセラミック板８２からなるペルチェ素子
８が形成された構成の静電チャック４０１等が挙げられ
る。
【００７３】図７に示した静電チャックのように、温度
制御手段としてペルチェ素子を使用した場合には、電流
の流れる方向を変えることにより発熱、冷却両方行うこ
とができるため有利である。ペルチェ素子８は、ｐ型、
ｎ型の熱電素子８１を直列に接続し、これをセラミック
板８２などに接合させることにより形成される。ペルチ
ェ素子としては、例えば、シリコン・ゲルマニウム系、
ビスマス・アンチモン系、鉛・テルル系材料等が挙げら
れる。
【００７４】図２〜７に示したように、上記静電チャッ
クでは、セラミック基板１とセラミック誘電体膜４との
間にチャック正極静電層２とチャック負極静電層３とが
設けられ、セラミック基板１の内部に抵抗発熱体５や金
属線７が形成されているため、これらと外部端子とを接
続するための接続部（スルーホール）１６、１７が必要
となる。
【００７５】スルーホール１６、１７は、タングステン
ペースト、モリブデンペーストなどの高融点金属、タン
グステンカーバイド、モリブデンカーバイドなどの導電
性セラミックを充填することにより形成される。
【００７６】また、接続部（スルーホール）１６、１７
の直径は、０．１〜１０ｍｍが望ましい。断線を防止し
つつ、クラックや歪みを防止できるからである。このス
ルーホールを接続パッドとして外部端子６、１８を接続
する（図１（ｄ）参照）。
【００７７】接続は、半田、ろう材により行う。ろう材
としては銀ろう、パラジウムろう、アルミニウムろう、
金ろうを使用する。金ろうとしては、Ａｕ−Ｎｉ合金が
望ましい。Ａｕ−Ｎｉ合金は、タングステンとの密着性
に優れるからである。
【００７８】Ａｕ／Ｎｉの比率は、〔８１．５〜８２．
５（重量％）〕／〔１８．５〜１７．５（重量％）〕が
望ましい。Ａｕ−Ｎｉ層の厚さは、０．１〜５０μｍが
望ましい。接続を確保するに充分な範囲だからである。
また、１０-6〜１０-5Ｐａの高真空で５００〜１０００
℃の高温で使用するとＡｕ−Ｃｕ合金では劣化するが、
Ａｕ−Ｎｉ合金ではこのような劣化がなく有利である。
また、Ａｕ−Ｎｉ合金中の不純物元素量は全量を１００
重量部とした場合に１重量部未満であることが望まし
い。
【００７９】本発明では、必要に応じて、セラミック基
板の有底孔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、電流量を変えて、温度を制御することができ
るからである。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、ＪＩＳ
−Ｃ−１６０２（１９８０）に挙げられるように、Ｋ
型、Ｒ型、Ｂ型、Ｓ型、Ｅ型、Ｊ型、Ｔ型熱電対が挙げ
られる。
【００８０】上述した静電チャックの製造方法では、静
電チャック１０１（図２、３参照）を例にとったが、静
電チャック２０１（図５参照）を製造する場合は、静電
電極層を有するセラミック基板を製造した後、このセラ
ミック基板の底面に導体ペーストを印刷、焼成して抵抗
発熱体２５を形成し、この後、無電解めっき等により金
属被覆層２５ａを形成すればよい。また、静電チャック
３０１（図６参照）を製造する場合には、抵抗発熱体と
なる導体ペースト層を形成する代わりに、金属線をグリ
ーンシート上に載置し、そのほかは、静電チャック１０
１の場合とほぼ同様にして静電チャックを製造すればよ
い。さらに、静電チャック４０１（図７参照）を製造す
る場合は、静電電極層を有するセラミック基板を製造し
た後、このセラミック基板に溶射金属層を介してペルチ
ェ素子を接合すればよい。
【００８１】図１０は、以上のような構成の本発明の静
電チャックを嵌め込むための支持容器４１を模式的に示
した断面図である。支持容器４１には、静電チャック１
０１が断熱材４５を介して嵌め込まれるようになってい
る。また、この支持容器１１には、冷媒吹き出し口４２
が形成されており、冷媒注入口４４から冷媒が吹き込ま
れ、冷媒吹き出し口４２を通って吸引口４３から外部に
出ていくようになっており、この冷媒の作用により、静
電チャック１０１を冷却することができるようになって
いる。
【００８２】次に、本発明のセラミックヒータの製造方
法について説明する。本発明のセラミックヒータの製造
方法は、表面の粗度がＲｍａｘで２００μｍ以下のグリ
ーンシートに抵抗発熱体用の導体ペーストを印刷し、次
いで、上記グリーンシートに他のグリーンシートを積層
して積層体を作製した後、焼結させることを特徴とす
る。
【００８３】本発明では、グリーンシートの表面に抵抗
発熱体用の導体ペーストを印刷するほかは、上記静電チ
ャックの製造方法とほぼ同様にして、抵抗発熱体を内部
に有するセラミックヒータを製造する。従って、ここで
は、抵抗発熱体の形成方法についてのみ説明を行うこと
にする。
【００８４】抵抗発熱体は、貴金属（金、銀、白金、パ
ラジウム）、タングステン、モリブデン、ニッケル等の
金属、または、タングステン、モリブデンの炭化物等の
導電性セラミックからなるものであることが望ましい。
抵抗値を高くすることが可能となり、断線等を防止する
目的で厚み自体を厚くすることができるとともに、酸化
しにくく、熱伝導率が低下しにくいからである。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。
【００８５】また、抵抗発熱体は、セラミック基板全体
の温度を均一にする必要があることから、図４に示すよ
うな同心円形状のパターンや同心円形状のパターンと屈
曲線形状のパターンとを組み合わせたものが好ましい。
また、得られたセラミックヒータ中の抵抗発熱体の厚さ
が１〜５０μｍ、その幅が５〜２０ｍｍになるように、
導体ペーストの幅や厚さを設定することが望ましい。
【００８６】抵抗発熱体の厚さや幅を変化させることに
より、その抵抗値を変化させることができるが、上記範
囲が最も実用的だからである。抵抗発熱体の抵抗値は、
薄く、また、細くなるほど大きくなる。
【００８７】なお、抵抗発熱体を内部に設けると、加熱
面と抵抗発熱体との距離が近くなり、表面の温度の均一
性が低下するため、抵抗発熱体自体の幅を広げる必要が
ある。また、セラミック基板の内部に抵抗発熱体を設け
るため、セラミック基板との密着性を考慮する必要性が
なくなる。
【００８８】抵抗発熱体は、断面が方形、楕円形、紡錘
形、蒲鉾形状のいずれでもよいが、偏平なものであるこ
とが望ましい。偏平の方が加熱面に向かって放熱しやす
いため、加熱面への熱伝搬量を多くすることができ、加
熱面の温度分布ができにくいからである。抵抗発熱体は
螺旋形状でもよい。
【００８９】抵抗発熱体をセラミック基板の内部に形成
する際には、底面から厚さ方向に６０％までの領域に形
成することが望ましい。加熱面の温度分布をなくし、半
導体ウエハを均一に加熱することができるからである。
【００９０】本発明のセラミックヒータの製造方法にお
いては、セラミック基板の内部に抵抗発熱体を形成する
が、上記静電チャックの製造方法においては、抵抗発熱
体をセラミック基板の底面に形成してもよい。従って、
ここでは、抵抗発熱体をセラミック基板の底面に形成す
る場合についても、合わせて説明することにする。
【００９１】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、通常、焼成を行って、セラミック基板を
製造した後、その表面に上記導体ペースト層を形成し、
焼成することより、抵抗発熱体を形成する。
【００９２】焼成後のセラミック基板の底面に導体ペー
ストを形成する際、または、グリーンシートの表面に導
体ペースト層を形成する際に用いる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粒子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。
【００９３】上記金属粒子や導電性セラミック粒子の材
料としては、上述したものが挙げられる。これら金属粒
子または導電性セラミック粒子の粒径は、０．１〜１０
０μｍ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。
【００９４】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。
【００９５】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。
【００９６】上記導体ペーストに使用される樹脂として
は、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール
樹脂等が挙げられる。また、溶剤としては、例えば、イ
ソプロピルアルコール等が挙げられる。増粘剤として
は、セルロース等が挙げられる。抵抗発熱体をセラミッ
ク基板の内部に設ける場合には、導体ペーストの粘度
は、５×１０4 〜５０×１０4 ｃＰ（５０〜５００Ｐａ
・ｓ）が好ましい。
【００９７】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、上記導体ペースト中に上
記金属粒子のほかに金属酸化物を添加し、上記金属粒子
および上記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よ
り密着させることができる。
【００９８】上記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。
【００９９】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。
【０１００】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。
【０１０１】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。
【０１０２】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。
【０１０３】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。
【０１０４】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
ケル等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、
２種以上を併用してもよい。これらのなかでは、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。
【０１０５】上記方法により製造されるセラミックヒー
タを構成する抵抗発熱体は、例えば、図４の静電チャッ
クに形成された抵抗発熱体のように同心円形状を有する
ものである。図１１は、このセラミックヒータの一部を
示す部分拡大断面図である。
【０１０６】セラミック基板６１は、円板形状に形成さ
れており、セラミック基板６１の内部には、抵抗発熱体
６２が同心円状のパターンに形成されており、これら抵
抗発熱体６２は、互いに近い二重の同心円同士が１組の
回路として、１本の線になるように接続され、その回路
の両端部に入出力の端子となる外部端子６３がスルーホ
ール６９を介して接続されている。
【０１０７】また、図１１に示すように、セラミック基
板６１には貫通孔６５が設けられ、この貫通孔６５に支
持ピン６６が挿通され、シリコンウエハ９が保持されて
いる。そして、この支持ピン６６を上下することによ
り、搬送機からシリコンウエハ９を受け取ったり、シリ
コンウエハ９をセラミック基板６１の加熱面６１ａ上に
載置して加熱したり、シリコンウエハ９を加熱面６１ａ
から一定の間隔で離間させた状態で支持し、加熱したり
することができる。
【０１０８】また、セラミック基板６１の底面６１ａに
は、熱電対等の測温素子を挿入するための有底孔６４が
設けられている。そして、抵抗発熱体６２に通電する
と、セラミック基板６１は加熱され、これによりシリコ
ンウエハ等の被加熱物の加熱を行うことができる。本発
明の製造方法により得られるセラミックヒータは、発熱
量に場所によるバラツキがない、均一な厚さの抵抗発熱
体が形成されており、そのため、半導体ウエハ等の被加
熱物を均一に加熱することができる。
【０１０９】セラミック基板の内部に抵抗発熱体を設け
る場合は、図１０に示すように、セラミック基板を嵌め
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。抵抗発熱体をセラミック基
板の内部に設ける場合には、複数層設けてもよい。この
場合は、各層のパターンは相互に補完するように形成さ
れて、加熱面からみるとどこかの層にパターンが形成さ
れた状態が望ましい。例えば、互いに千鳥の配置になっ
ている構造である。本発明のセラミックヒータでは、表
面にチャックトップ導体層を設け、内部にガード電極、
グランド電極を形成し、ウエハプローバとしてもよく、
静電電極を形成して静電チャックとしてもよい。また、
セラミックヒータは、半導体ウエハを直接載置して加熱
してもよく、５０〜２０００μｍ程度離間させて加熱し
てもよい。
【０１１０】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。 （実施例１）静電チャック（図１参照）の製造 （１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径
０．６μｍ）１０００重量部、イットリア（平均粒径：
０．４μｍ）４０重量部、アクリルバインダ１１５重量
部、分散剤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５３０重量部を混合した粘度が２
万ｃＰのペーストを用い、ドクターブレード法による成
形を行った後、表１に示した条件で乾燥させ、厚さ０．
４７ｍｍのグリーンシートを得た。このグリーンシート
表面の粗度は、表１に示した通りである。なお、表１に
示した乾燥条件については、上段の条件で乾燥させた
後、２段目の条件で再び乾燥させたことを示す。
【０１１１】（２）次に、このグリーンシートを８０℃
で５時間乾燥させた後、パンチングにより直径１．８ｍ
ｍ、３．０ｍｍ、５．０ｍｍの半導体ウエハ支持ピンを
挿入する貫通孔となる部分、外部端子と接続するための
スルーホールとなる部分を設けた。
【０１１２】（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、アクリル系樹脂バインダ
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、アクリル系樹脂バインダ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。
【０１１３】この導電性ペーストＡをグリーンシートに
スクリーン印刷で印刷し、抵抗発熱体用の導体ペースト
層を形成した。印刷パターンは、同心円形状のパターン
とし、その幅を１０ｍｍ、その厚さを１２μｍとした。
また、他のグリーンシートに図３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。この導
体ペースト層の厚さは、１０μｍであった。
【０１１４】さらに、外部端子を接続するためのスルー
ホール用の貫通孔に導体ペーストＢを充填した。上記処
理の終わったグリーンシート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℃、８０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で
圧着して積層体を形成した（図１（ａ））。
【０１１５】（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２３０ｍｍ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１（ｂ））。
【０１１６】（５）次に、（４）で得られた板状体を、
ダイヤモンド砥石で研磨した後、マスクを載置し、Ｓｉ
Ｃ等によるブラスト処理で表面に熱電対のための有底孔
（直径：１．２ｍｍ、深さ：２．０ｍｍ）を設けた。
【０１１７】（６）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３５、３６とし（図１
（ｃ））、この袋孔３５、３６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１（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。
【０１１８】（７）次に、温度制御のための複数の熱電
対を有底孔に埋め込み、抵抗発熱体を有する静電チャッ
クの製造を完了した。
【０１１９】（実施例２〜３および比較例１）静電チャ
ック（図１参照）の製造 乾燥条件および面粗度を表１に示した通りとしたほか
は、実施例１と同様にして静電チャックを製造した。
【０１２０】このようにして製造した実施例１〜３およ
び比較例１に係る静電チャックにシリコンウエハ９を載
置して吸着させた後、通電を行ってセラミック基板の温
度を上昇させ、セラミック基板の温度を４００℃にした
後、シリコンウエハ表面の各部分の温度を、サーモビュ
ア（日本データム社製 ＩＲ６２０１２−００１２）を
用いて測定し、最低温度と最高温度との温度差を求め
た。その結果を下記の表１に示した。
【０１２１】また、シリコンウエハを１２分割して、静
電チャック上に載置し、４００℃まで昇温して１ｋＶ印
加し、各区画のチャック力をロードセル（島津製作所製
オートグラフ ＡＧＳ−５０）で測定し、最大と最小
との差を求めた。面粗度Ｒｍａｘは、表面形状測定器
（ＫＬＡ・Ｔｅｎｃｏｒ社製 Ｐ−１１）を用い、測定
長：５０００μｍ、走査速度：５０μｍ／秒、荷重：３
ｍｇ、Ｓａｍｐｌｉｇ Ｒａｔｅ １００Ｈｚ、Ｗａｖ
ｉｎｅｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ：８０μｍの条件で測定し
た。
【０１２２】
【表１】
【０１２３】上記表１に示した結果より明らかなよう
に、表面の粗度がＲｍａｘで２００μｍ以下のグリーン
シートを用いた実施例１〜３に係る静電チャックでは、
シリコンウエハ表面温度のバラツキ（最低温度と最高温
度との差）が７℃以下と小さいのに対し、表面の粗度が
Ｒｍａｘで２１０μｍのグリーンシートを用いた比較例
１に係る静電チャックでは、シリコンウエハ表面温度の
バラツキが１８℃と大きくなっており、静電電極のチャ
ック力については、場所によるバラツキが存在してい
た。
【０１２４】（実施例４〜６）セラミックヒータの製造
（図１１参照） （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（Ｙ
2 Ｏ3 ：イットリア、平均粒径：０．４μｍ）４重量
部、アクリルバインダ１１．５重量部、分散剤０．５重
量部および１−ブタノールとエタノールとからなるアル
コール５３重量部を混合した粘度が２万ｃＰ（２０Ｐａ
・ｓ）のペーストを用い、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。このグリーンシート表面の粗度および乾燥条
件は、表２に示した通りである。
【０１２５】（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となる部分およびスル
ーホールとなる部分等をパンチングにより形成した。
【０１２６】（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。
【０１２７】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。そして、スルー
ホール用の貫通孔に導体ペーストＢを充填した後、導体
ペーストＡをグリーンシート上にスクリーン印刷で印刷
し、抵抗発熱体６２用の導体ペースト層を形成した。印
刷パターンは、同心円形状パターンとし、導体ペースト
層の幅を１０ｍｍ、その厚さを１２μｍとした。
【０１２８】上記処理の終わったグリーンシートに、タ
ングステンペーストを印刷しないグリーンシートを上側
（加熱面）に３７枚、下側に１３枚、１３０℃、８０ｋ
ｇ／ｃｍ2 の圧力で積層した。
【０１２９】（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
窒化アルミニウム焼結体を得た。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６２を有するセラミ
ック基板とした。
【０１３０】（５）次に、（４）で得られた板状体を、
ダイヤモンド砥石で研磨した後、マスクを載置し、Ｓｉ
Ｃ等によるブラスト処理で表面に熱電対のための有底孔
を設けた。
【０１３１】（６）さらに、板状体にドリル加工を施し
て袋孔とし、この袋孔に断面がＴ字形状の外部端子６３
を挿入した後、Ｎｉ−Ａｕ合金（Ａｕ：８１．５重量
％、Ｎｉ：１８．４重量％、不純物：０．１重量％）か
らなる金ろうを用い、９７０℃で加熱リフローすること
により、外部端子６３をろう付けし、抵抗発熱体６２の
端部と接続した。
【０１３２】（７）温度制御のための複数の熱電対を有
底孔に埋め込み、ポリイミド樹脂を充填し、１９０℃で
２時間硬化させ、セラミックヒータを製造した。
【０１３３】（比較例２）セラミックヒータの製造（図
１１参照） 作製したグリーンシート表面の粗度をＲｍａｘで２１０
μｍ、乾燥条件を表２に示したとおりとしたほかは、実
施例４と同様にしてセラミックヒータを製造した。
【０１３４】このようにして製造した実施例４〜６およ
び比較例２に係るセラミックヒータに通電し、セラミッ
ク基板の加熱面を４００℃に保持しながら、加熱面の各
部分の温度を、サーモビュア（日本データム社製 ＩＲ
６２０１２−００１２）を用いて測定し、最低温度と最
高温度との温度差を求めた。その結果を下記の表２に示
す。
【０１３５】
【表２】
【０１３６】その結果、上記表２に示したように、実施
例４〜６に係るセラミックヒータでは、温度差が４〜５
℃であったのに対し、比較例２に係るセラミックヒータ
では、温度差が１５℃と大きかった。
【０１３７】試験例１ 静電チャックを構成するセラミック基板の直径を１５０
ｍｍとしたほかは、比較例１と同様にして、静電チャッ
クを製造した。その後、静電チャックを４００℃まで昇
温し、１ｋＶの電圧を印加した後、シリコンウエハ表面
の最高と最低との温度差を測定した。その結果、温度差
は、９℃であった。
【０１３８】試験例２ セラミックヒータを構成するセラミック基板の直径を１
５０ｍｍとしたほかは、比較例２と同様にして、セラミ
ックヒータを製造した。４００℃まで昇温し、シリコン
ウエハ表面の最高と最低との温度差を測定した。その結
果、温度差は、７℃であった。
【０１３９】（実施例７）静電チャック（図１参照）の
製造 （１）アルミナ：９３重量部、ＳｉＯ2 ：５重量部、Ｃ
ａＯ：０．５重量部、ＭｇＯ：０．５重量部、ＴｉＯ
2 ：０．５重量部、アクリルバインダ１１．５重量部、
分散剤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重量部を混合した粘度が４万ｃＰ
（４０Ｐａ・ｓ）のペーストを用い、ドクターブレード
法による成形を行ってシート状物を作製した後、６０℃
で２０分、１００℃で２０分乾燥させ、厚さ０．４７ｍ
ｍ、面粗度Ｒｍａｘ＝１０μｍのグリーンシートを得
た。
【０１４０】（２）次に、このグリーンシートを８０℃
で５時間乾燥させた後、加工か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。
【０１４１】（３）平均粒子径３μｍのタングステン粒
子１００重量部、アクリル系樹脂バインダ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。
【０１４２】この導電性ペーストＢをグリーンシートに
スクリーン印刷で印刷し、抵抗発熱体用の導体ペースト
層を形成した。印刷パターンは、同心円形状のパターン
とした。また、別のグリーンシートに双曲の静電電極用
のパターンを印刷した。
【０１４３】（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、静電電極のパターンが印刷され
たグリーンシートに、さらに、タングステンペーストを
印刷しないグリーンシートを上側（加熱面）に３４〜６
０枚、下側に１３〜３０枚積層し、これらを１３０℃、
８０ｋｇ／ｃｍ2の圧力で圧着して積層体を形成した。
【０１４４】（５）次に、得られた積層体を空気中、６
００℃で５時間脱脂し、１６００℃、圧力１５０ｋｇ／
ｃｍ2 で３時間ホットプレスし、厚さが３ｍｍで直径が
２１０ｍｍのアルミナ板状体を得た。この基板には、内
部に厚さが６μｍ、幅が１０ｍｍの抵抗発熱体が形成さ
れていた。
【０１４５】（６）次に、（５）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。
【０１４６】（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。
【０１４７】（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、静電電極を有するホットプレー
トの製造を完了した。
【０１４８】（比較例３）グリーンシートを１００℃で
１５分、１５０℃で１５分乾燥させて、厚さ０．４７ｍ
ｍ、面粗度Ｒｍａｘ：２１０μｍのグリーンシートとし
たほかは、実施例７と同様にして静電電極を有するホッ
トプレートを製造した。
【０１４９】実施例７および比較例３に係るホットプレ
ートについて、実施例１〜３と同様にチャック力の差を
測定したところ、実施例７の場合、チャック力の差は、
２０ｇ／ｃｍ2 、１５０℃に昇温した場合のシリコンウ
エハ表面の温度差は６℃であり、比較例３の場合、チャ
ック力の差は、４０ｇ／ｃｍ2 、１５０℃に昇温した場
合のシリコンウエハ表面の温度差は２０℃であった。ア
ルミナは熱伝導率は低いが、使用温度も１５０℃と低温
であるため、温度差自体は、窒化アルミニウムと大きく
異なることはない。
【０１５０】このように、本発明では、セラミック基板
の直径が１５０ｍｍを超える静電チャックやセラミック
ヒータを製造した際に顕著な効果を奏する。
【０１５１】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の静電チ
ャックの製造方法では、グリーンシートの表面粗度をＲ
ｍａｘで２００μｍ以下に設定しているので、製造され
る静電チャックのチャック力に場所によるバラツキがな
くなり、半導体ウエハを均一に吸着することができる。
【０１５２】また、本発明のセラミックヒータの製造方
法では、グリーンシートの表面粗度をＲｍａｘで２００
μｍ以下に設定しているので、抵抗発熱体の発熱量に場
所によるバラツキがなくなり、半導体ウエハを均一に加
熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の静電チャックの製
造方法における製造工程の一部を模式的に示す断面図で
ある。
【図２】本発明の製造方法により製造された静電チャッ
クの一例を模式的に示す断面図である。
【図３】図２に示した静電チャックのＡ−Ａ線断面図で
ある。
【図４】図２に示した静電チャックのＢ−Ｂ線断面図で
ある。
【図５】本発明の製造方法により製造される静電チャッ
クの一例を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の製造方法により製造される静電チャッ
クの一例を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の製造方法により製造される静電チャッ
クの一例を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明の製造方法により製造される静電チャッ
クを構成する静電電極の形状を模式的に示した水平断面
図である。
【図９】本発明の製造方法により製造される静電チャッ
クを構成する静電電極の形状を模式的に示した水平断面
図である。
【図１０】本発明の製造方法により製造される静電チャ
ックを支持容器に嵌め込んだ状態を模式的に示した断面
図である。
【図１１】本発明の製造方法により製造されるセラミッ
クヒータの一部を模式的に示した部分拡大断面図であ
る。
【図１２】従来の静電チャックの製造方法において、作
製したグリーンシート上に形成した導体ペースト層を模
式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１、６１ 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、１２、２５、６２ 抵抗発熱体 ６、１８、６３ 外部端子 ７ 金属線 ８ ペルチェ素子 ９ シリコンウエハ ２０、３０、１０１、２０１、３０１、４０１ 静電チ
ャック １６、１７、６９ スルーホール ２５ａ 金属被覆層 ３５、３６ 袋孔 ４１ 支持容器 ４２ 冷媒吹き出し口 ４３ 吸入口 ４４ 冷媒注入口 ４５ 断熱材 ５０、５０′グリーンシート ５１ 静電電極層印刷体 ５２ 抵抗発熱体層印刷体 ５３、５４ スルーホール印刷体 ６０ セラミックヒータ ６１ａ 加熱面 ６１ｂ 底面 ６４ 有底孔 ６５ 貫通孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｂ 3/16 Ｂ２８Ｂ 11/00 Ｚ ５Ｆ０３１ 3/20 ３２８ Ｃ０４Ｂ 35/00 Ｇ 3/68 Ｈ Ｆターム(参考） 3C016 GA10 3K034 AA04 AA05 AA08 AA10 AA13 AA15 AA16 AA19 AA22 AA34 AA35 AA37 BA02 BA06 BA13 BA14 BA16 BB06 BB14 BC04 BC12 BC17 CA02 CA17 CA24 CA27 FA14 HA10 JA01 JA10 3K092 PP20 QA05 QB02 QB31 QB43 QB75 QB76 QC02 QC20 QC25 QC49 QC52 RF03 RF17 RF19 RF22 RF26 VV40 4G030 AA07 AA08 AA12 AA16 AA36 AA37 AA51 BA01 CA03 CA08 GA24 GA29 GA32 4G055 AA08 AB01 AC01 AC09 BA14 BA22 5F031 CA02 HA03 HA17 HA37 MA28

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 表面の粗度がＲｍａｘで２００μｍ以下
    のグリーンシートに電極用の導体ペーストを印刷し、次
    いで、前記グリーンシートに他のグリーンシートを積層
    して積層体を作製した後、焼結させることを特徴とする
    静電チャックの製造方法。
  2. 【請求項２】 製造する静電チャックは、直径１５０ｍ
    ｍを超える円板状のものである請求項１に記載の静電チ
    ャックの製造方法。
  3. 【請求項３】 表面の粗度がＲｍａｘで２００μｍ以下
    のグリーンシートに抵抗発熱体用の導体ペーストを印刷
    し、次いで、前記グリーンシートに他のグリーンシート
    を積層して積層体を作製した後、焼結させることを特徴
    とするセラミックヒータの製造方法。
  4. 【請求項４】 製造するセラミックヒータは、直径１５
    ０ｍｍを超える円板状のものである請求項３に記載の静
    電チャックの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101541051B1 (ko) * 2014-03-24 2015-07-31 (주)보부하이테크 다층 전극 구조를 갖는 정전척의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다층 전극 구조를 갖는 정전척
JP2017054698A (ja) * 2015-09-09 2017-03-16 イビデン株式会社 セラミックヒーターの製造方法

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