JP2001274229A

JP2001274229A - 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

Info

Publication number: JP2001274229A
Application number: JP2000083972A
Authority: JP
Inventors: Yasuji Hiramatsu; 靖二平松; Yasutaka Ito; 康隆伊藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2001-10-05

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】平均の厚さに対して厚さのバラツキが−
１０〜＋１０％の範囲にある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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】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
ーンシートの厚さのバラツキに問題があり、このグリー
ンシートの厚さのバラツキを平均の厚さに対して−１０
〜＋１０％の範囲に収めることにより、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
ことを見い出した。

【０００７】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。

【０００８】すなわち、本発明の静電チャックの製造方
法は、平均の厚さに対して厚さのバラツキが−１０〜＋
１０％の範囲にある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
ことを特徴とし、本発明のセラミックヒータの製造方法
は、平均の厚さに対して厚さのバラツキが−１０〜＋１
０％の範囲にある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。

【０００９】従来の静電チャックやセラミックヒータの
製造方法においては、図１２に示したような、厚さのバ
ラツキが−１０〜＋１０％の範囲を超えるような大きな
バラツキを有するグリーンシート９１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。このようなグリーンシートに導体ペースト
層９２を形成すると、形成された導体ペースト層９２
も、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やセラミックヒータの
抵抗発熱体も、厚さにバラツキが生じ、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。

【００１０】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。また、使用しているグリーンシートもその厚
さが５０〜１５０μｍ程度であり、グリーンシートの厚
さにムラがあったとしても大きな問題にはならなかっ
た。

【００１１】しかし、本発明の静電チャックやセラミッ
クヒータの製造方法においては、グリーンシートの厚さ
のバラツキに注意を払い、厚さのバラツキが平均の厚さ
に対して−１０〜＋１０％の範囲にある比較的一定した
厚さの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ク
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、厚さにバラツキが生じることは
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。

【００１２】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。

【００１３】本発明のセラミックヒータの製造方法は、
平均の厚さに対して厚さのバラツキが−１０〜＋１０％
の範囲にある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】上記抵抗発熱体の場所による発熱量のバラ
ツキも、セラミック基板の表面の温度や加熱面に載置し
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。抵抗発熱体の場所に
よる発熱量のバラツキも、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。

【００１６】

【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
同様である。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。

【００１７】本発明の静電チャックの製造方法は、平均
の厚さに対して厚さのバラツキが−１０〜＋１０％の範
囲にある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。

【００１８】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、平均の厚さに対して厚さのバラツキが
−１０〜＋１０％の範囲にあるグリーンシート５０を作
製する。

【００１９】グリーンシートの厚さのバラツキを、平均
の厚さに対して−１０〜＋１０％の範囲内に設定するの
は、厚さのバラツキが−１０〜＋１０％の範囲を超える
と、グリーンシートの厚さのバラツキが大きすぎるた
め、導体ペーストのグリーンシートと接する部分にも厚
さにムラが生じ、これに起因して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
厚さのバラツキは、平均の厚さに対して−５〜５％の範
囲がより好ましい。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】また、必要に応じて、イットリア、アルミ
ナ、シリカ、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。

【００２６】最も簡単にグリーンシート表面の厚さのバ
ラツキを調整する方法は、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 ｃＰ（１０
〜４０Ｐａ・ｓ）である場合、５０〜２００℃で１０〜
６０分、最初の乾燥温度を１５０℃未満の条件で乾燥す
ることにより、グリーンシートの厚さのバラツキを−１
０〜＋１０％の範囲内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。

【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て焼成することもできる。

【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、グリーンシートの厚さのバラツキ
を少なくし、その厚さを平均値に対して−１０〜＋１０
％の範囲内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 ｃＰ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を超えると、ブレード等を用いてグリー
ンシートを均一な厚さにすることが困難となり、その厚
さが平均値に対して−１０〜＋１０％の範囲を超えてし
まう場合がある。

【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の厚さの平均は、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を作製する。

【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２００ｍｍ以
上が望ましい。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ＪＩＳＺ８７２１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
抵抗発熱体５が設けられた構成の静電チャック１０１、
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３０
１、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、平均の厚さに対して厚さのバラツキが−１０〜
＋１０％の範囲にある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】図示はしないが、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）空気中、５００℃で焼成した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５３
０重量部を混合した粘度が１０⁴ 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い、乾燥を行う
ことにより、平均厚さが０．４７ｍｍのグリーンシート
を得た。このグリーンシートの厚みのバラツキおよび乾
燥条件は、表１に示した通りである。

【０１１１】（２）次に、パンチングにより直径１．８
ｍｍ、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）静電チャック（図１参
照）の製造グリーンシートの厚さのバラツキおよびグリーンシート
の乾燥条件を、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】（比較例１）（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒
径：０．６μｍ）１００重量部、酸化イットリウム（Ｙ
₂ Ｏ₃ 、平均粒径：０．４μｍ）４重量部、アクリルバ
インダ（メタクリル酸メチル−アクリル酸共重合体Ｋ
Ｃ−６００共栄社製ガラス転移点：−２０℃）１０
重量部をエタノールに分散混合させ、スプレードライ法
で顆粒にした。（２）（１）で製造した顆粒を成形型に入れて１ｔ／ｃ
ｍ² の圧力でプレス成型し、平均厚さが４７０μｍのグ
リーンシートとした。（３）このグリーンシートを用い、この後、実施例１と
同様の方法により静電チャックを製造した。

【０１２１】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４５０℃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。

【０１２２】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。グリーンシートの厚さのバラツキは、
マイクロメータで任意の１０点の厚さを測定して平均を
求め、各測定値のうち、平均から最も外れている値をバ
ラツキ量（％）とした。すなわち、厚さのバラツキ量
は、下記の式（１）に示したようになる。厚さのバラツキ量（％）＝〔（厚さの測定値の最大または最小値−厚さの平均値）×１００〕／厚さの平均値・・・・・（１）

【０１２３】

【表１】

【０１２４】上記表１に示した結果より明らかなよう
に、グリーンシートの平均の厚さに対する厚さのバラツ
キが−１０〜＋１０％の範囲にある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、厚さのバラツキが−１０
〜＋１０％の範囲を超えた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、また、静電電
極のチャック力に場所によるバラツキが存在していた。

【０１２５】（実施例４）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：０．６μｍ）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２×１０⁴ ｃＰのペースト
を用い、ドクターブレード法により成形を行い、表２の
条件で乾燥させ、平均厚さ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の平均の厚さに
対する厚さのバラツキは、−５〜＋５％の範囲内にあっ
た。

【０１２６】（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。

【０１２７】（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。

【０１２８】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。

【０１２９】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。

【０１３０】（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。

【０１３１】（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。

【０１３２】（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。

【０１３３】（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。

【０１３４】（実施例５〜６）乾燥条件を表２に示した
ように設定したほかは、実施例４と同様にしてセラミッ
クヒータを製造した。

【０１３５】（比較例２）（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒
径：０．６μｍ）１００重量部、酸化イットリウム（Ｙ
₂ Ｏ₃ 、平均粒径：０．４μｍ）４重量部、アクリルバ
インダ（メタクリル酸メチル−アクリル酸共重合体Ｋ
Ｃ−６００共栄社製ガラス転移点：−２０℃）１０
重量部をエタノールに分散混合させ、スプレードライ法
で顆粒にした。（２）（１）で製造した顆粒を成形型に入れて１ｔ／ｃ
ｍ² の圧力でプレス成型し、平均厚さが４７０μｍのグ
リーンシートとした。（３）この後、実施例４と同様の方法によりセラミック
ヒータを製造した。

【０１３６】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４５０℃に保持しながら、シリコンウ
エハを載置し、加熱した。そして、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ＩＲ６２０１
２−００１２）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。

【０１３７】

【表２】

【０１３８】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５℃以下であった
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。

【０１３９】（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１５０ｍｍ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。

【０１４０】（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１５０ｍｍ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。４０
０℃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。このように、本発明では、直径が１５０ｍｍを超え
るセラミック基板とした場合に顕著な効果を奏する。

【０１４１】（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、６
０℃で２０分、１００℃で２０分乾燥させ、平均厚さ
０．４７ｍｍ、厚さのバラツキが５％のグリーンシート
を得た。

【０１４２】（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。

【０１４３】（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。

【０１４４】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。

【０１４５】（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。

【０１４６】（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。

【０１４７】（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。

【０１４８】（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。

【０１４９】（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。

【０１５０】（比較例３）静電チャックの製造（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（メタクリル酸メ
チル−アクリル酸共重合体ＫＣ−６００共栄社製
ガラス転移点：−２０℃）１０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重量部を混合した後、スプレードライ法によ
り、顆粒を製造し、得られた顆粒を成形型に入れて１ｔ
／ｃｍ² の圧力でプレスし、厚さが４７０μｍ、厚さの
バラツキが１５％のグリーンシートとした。（２）この後、このグリーンシートを用い、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得た。

【０１５１】実施例７および比較例３に係る静電電極を
有するホットプレートについて、実施例１〜３と同様に
チャック力を測定したところ、実施例７の場合のチャッ
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最高温度と最低温度との温度差
は、６℃であった。また、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最高温度と最低温度との温度差は、
２０℃であり、いずれも実施例７の場合と比べて大きか
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
からなるセラミック基板と大きく異なることはない。

【０１５２】

【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、グリーンシートの平均の厚さに
対して厚さのバラツキを−１０〜＋１０％の範囲内に設
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。

【０１５３】また、本発明のセラミックヒータの製造方
法では、グリーンシートの平均の厚さに対して厚さのバ
ラツキを−１０〜＋１０％の範囲内に設定しているの
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Ｆターム(参考） 3K034 AA02 AA03 AA04 AA06 AA08 AA16 AA21 AA34 BA02 BA06 BB06 BC22 BC29 HA01 HA10 JA01 JA10 3K092 PP20 QA05 QB04 QB18 QB30 QB44 QB61 QB75 QB76 RF03 RF11 RF26 RF27 VV22 4G055 AA08 AC01 AC09 BA22 5F004 AA01 BB22 BB26 BC08 5F031 HA03 HA37 MA28 MA32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平均の厚さに対して厚さのバラツキが−
１０〜＋１０％の範囲にある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。
【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。
【請求項３】平均の厚さに対して厚さのバラツキが−
１０〜＋１０％の範囲にある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。
【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。