JP2001308163A

JP2001308163A - 半導体製造・検査装置用セラミック基板

Info

Publication number: JP2001308163A
Application number: JP2001032368A
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: 2000-02-08
Filing date: 2001-02-08
Publication date: 2001-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】焼結性が良好で高密度であり、内部の気孔径
が小さく、焼結体を構成する粒子同士が強固に接合され
ているので、研磨によっても粒子が殆ど脱落せず、平坦
な表面が形成された半導体製造・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または表面に導電
体が形成されたセラミック基板において、前記セラミッ
ク基板の表面の光沢度は、２％以上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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

〔発明の詳細な説明〕

【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
る。そのため、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。また、セラミック基板内部
に発熱体を埋設してセラミックホットプレートとし、半
導体ウエハを加熱する場合がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このセラミック誘電体
膜やセラミック基板の材質として、従来から窒化物セラ
ミックが使用されているが、焼結性が余り良好でなく、
焼結密度も余り上がらず、内部に気孔を含んでいた。例
えば、特開平５−８１４０号公報には、最大気孔径が５
μｍ以下のセラミック誘電体を持つ静電チャックが開示
されている。

【０００５】通常、セラミック誘電体膜の表面を平坦に
するために研磨を行うが、研磨を行っても、内部の気孔
が露出するため完全な平坦面が形成されず、シリコンウ
エハと吸着面あるいは加熱面との接触が点接触になり、
吸着力や昇温性能が充分ではなく、また、研磨時に発生
する応力に起因してセラミック誘電体膜の表面を構成す
る粒子が剥がれやすくなり、シリコンウエハ表面にパー
ティクルが付着しやすいという問題があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】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、窒化物セラミック
または炭化物セラミックの場合は、酸素を含有させるこ
とにより、また、酸化物セラミックの場合は、酸化物の
複合成分とすることでセラミックの焼結性を向上させる
ことができ、その結果、セラミック誘電体膜やセラミッ
ク基板表面の気孔をほぼ無くすか、あるいは気孔径を小
さくすることができ、また、セラミック誘電体膜を緻密
で粒子同士の結合を強くすることができる結果、研磨を
行っても粒子の脱落を防止することができ、表面の光沢
度を向上させ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。

【０００７】すなわち本発明は、セラミック基板の内部
または表面に導電体が形成されたセラミック基板であっ
て、上記セラミック基板の表面の光沢度は、２％以上で
あることを特徴とするセラミック基板である。本発明に
おいて、上記セラミック基板は、酸素含有の窒化物セラ
ミックから選ばれる少なくとも１種からなることが望ま
しい。また、上記セラミック基板は、複数の酸化物から
なる酸化物セラミックであることが望ましい。また、上
記セラミック基板は、酸素含有の炭化物セラミックから
選ばれる少なくとも１種からなることが望ましい。ま
た、本発明は、１００〜７００℃で使用されることが望
ましい。

【０００８】上記セラミック基板の内部または表面に設
けられる導電体は、静電電極（チャック力を誘起する電
極）、抵抗発熱体として機能する。上記導電体が静電電
極である場合は、本発明の半導体製造・検査装置用セラ
ミック基板は、その内部に静電電極が埋設された静電チ
ャックとなる。上記静電電極上のセラミック層を、本明
細書ではセラミック誘電体膜ということにするが、本発
明では、このセラミック誘電体膜の表面の光沢度が、２
％以上である。

【０００９】また、導電体が抵抗発熱体である場合は、
本発明の半導体製造・検査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導電体が形成されたホ
ットプレートとなる。そして、この場合、上記セラミッ
ク基板のシリコンウエハを加熱する面の光沢度は、２％
以上となる。

【００１０】

【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（以下、単にセラミック基板という）
は、セラミック基板の内部または表面に導電体が形成さ
れたセラミック基板であって、上記セラミック基板の表
面の光沢度は、２％以上であることを特徴とする。この
ような光沢度を持つセラミック基板は、シリコンウエハ
との接触面積が大きく、ほぼ完全な面接触となり、静電
チャックの場合は高い吸着力が得られ、また、ホットプ
レートの場合は、シリコンウエハの昇温特性、均熱性に
優れる。さらに、ホットプレートの加熱面から５０〜５
００μｍ離間させてシリコンウエハを加熱する場合に、
加熱面の凹凸の深さ、密度が小さいため、シリコンウエ
ハと加熱面との距離のバラツキが少なく、シリコンウエ
ハの均熱性にも優れる。

【００１１】なお、特許掲載公報第２５１３９９５号な
どでは、Ｒａ（面粗度）で１μｍ以下の平滑な表面が形
成することができることを開示しているが、Ｒａは、凹
凸の深さの情報であるが、凹凸の密度について規定する
ものではない。光沢度は、凹凸の密度を示す情報であ
り、仮にＲａが１μｍであったとしても、凹凸の密度が
高い場合には、光沢度は小さくなり、逆に凹凸の密度が
少ない場合は、光沢度が大きくなる。このようにＲａや
Ｒｍａｘは、凹凸の深さの情報であるのに対して、光沢
度は、凹凸の密度の情報であり、両者は全く異質なもの
である。また、この公報にかかる技術では酸素等を含有
させたわけではないのだから、粒子粒界に生じる未焼結
部分に起因する窪みや粒子の脱落による窪みが発生する
ため、このような窪みの密集が存在するとピンホールが
ないとしても、光沢度２％以上を達成することは困難で
ある。

【００１２】また、本発明のセラミック基板では、焼結
性が良好で高密度であり、内部の気孔径が従来に比べて
小さくなっている。また、セラミック基板（セラミック
誘電体膜）が緻密化されていることに起因して、焼結体
を構成する粒子同士が強固に接合されているので、研磨
によっても粒子が殆ど脱落せず、平坦な表面を形成する
ことができ、パーティクルが発生せず、光沢度を２％以
上に保つことができる。さらに、セラミック誘電体膜が
緻密化され、気孔率が低く、気孔径も小さいため、耐電
圧が大きくなる。

【００１３】本発明のセラミック基板は、１００〜７０
０℃で使用されることが望ましい。このような温度領域
では、耐電圧が低下するからである。

【００１４】以下においては、まず、上記セラミック基
板として、静電チャックを例にとって説明する。図１
は、本発明の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。

【００１５】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の表面に、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形成さ
れ、この静電電極層を被覆するように、酸素を含有する
窒化物セラミックからなり、その表面光沢度が２％以上
と、表面平坦性の高いセラミック誘電体膜４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。

【００１６】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。

【００１７】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、外部端子ピン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
リフターピン（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。

【００１８】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２２とチャック負極静電層２３
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。

【００１９】本発明の静電チャック１０１では、セラミ
ック誘電体膜４の表面に研磨が施され、その表面光沢度
が２％以上と、非常に平坦であるので、セラミック誘電
体膜４とシリコンウエハ９との接触が理想的な面接触と
なり、接触面積が大きくなり、セラミック誘電体膜４の
表面にシリコンウエハがしっかりと吸着する。なお、表
面光沢度とは、ＪＩＳＫ７１０５（プラスチックの
光学的特性試験方法）の５．２項に準拠した方法により
測定される光沢度である。この方法は、プラスチック表
面の光沢度を測定するものであるが、セラミックの表面
光沢度も同様の原理で測定することができる。

【００２０】この方法では、６０°の角度で試料面に光
を照射して正反射成分を受光器で測定するものであり、
鏡面光沢度の基準として、屈折率１．５６７のガラス表
面を採用し、この場合の値を１００％とする。

【００２１】本発明に係る静電チャックは、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、上記静電チャックを構成する各部材、および、
本発明の静電チャックの他の実施形態について、順次、
詳細に説明していくことにする。

【００２２】本発明のセラミック基板は、直径２００ｍ
ｍ以上、厚さ２５ｍｍ以下であることが望ましい。直径
が２００ｍｍ未満の場合は、温度が比較的均一になりや
すいため、表面の光沢度が表面温度の均一性に影響を及
ぼしにくく、厚さが２５ｍｍを超えると、熱容量が大き
くなり、昇降温の応答性が低下するからである。

【００２３】上記セラミック基板は、複数のリフターピ
ン用の貫通孔を有することが望ましい。このような貫通
孔を有している場合、リフターピンの上下動でウエハを
搬送するため、仮にウエハがセラミック基板に接触した
としても、パーティクルが発生しにくいからである。

【００２４】セラミック基板を構成するセラミック誘電
体膜の表面光沢度は、２％以上である。セラミック誘電
体膜の表面光沢度が２％未満であると、上記セラミック
誘電体膜の上に載置するシリコンウエハとの接触面積が
小さくなるため、セラミック誘電体膜の表面にシリコン
ウエハがしっかりと吸着されず、外力が作用するとずれ
やすくなる。また、表面光沢度が２％未満であるという
ことは、セラミック誘電体膜の内部の気孔の割合やその
数が多く、焼結が完全に進行していないことを意味し、
そのため、誘電体膜の耐電圧も小さくなり、絶縁破壊し
やすくなる。また、パーティクルも発生しやすくなる。

【００２５】本発明の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。

【００２６】これらのセラミックの中では、窒化物セラ
ミック、炭化物セラミック、酸化物セラミックが好まし
い。窒化物セラミックまたは炭化物セラミックの場合に
は、酸素を含有させることにより、また、酸化物セラミ
ックの場合には、複数の酸化物セラミックからなるセラ
ミックとすることにより、高密度とすることができ、表
面光沢度を上げることができるからである。また、窒化
物セラミックの中では窒化アルミニウムが最も好適であ
る。熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高いからであ
る。

【００２７】また、上記窒化物セラミックに酸素を含有
させると、焼結が進行しやすくなり、気孔率が大きく減
少し、残留する気孔の気孔径も小さくなり、耐電圧が向
上する。上記炭化物セラミックに酸素を含有させた場合
も同様である。

【００２８】上記セラミック基板は、０．０５〜１０重
量％、特に０．１〜５重量％の酸素を含有していること
が望ましい。特に、０．１重量％未満では、焼結性が悪
くまた耐電圧を確保することができない場合があり、逆
に５重量％を超えると酸化物の高温耐電圧特性の低下に
より、耐電圧はやはり低下してしまう場合があるからで
ある。また、酸素量が５重量％を超えると熱伝導率が低
下して昇温降温特性が低下する場合があるからである。
酸素は、焼結助剤を添加することにより導入するか、窒
化物セラミックまたは炭化物セラミックを空気中または
酸素中で焼成することにより導入する。また、上記窒化
物セラミックに酸素を含有させるため、通常、窒化物セ
ラミックの原料粉末中に金属酸化物を混合して焼成を行
う。上記炭化物セラミックに酸素を含有させる場合も同
様である。

【００２９】上記金属酸化物としては、アルカリ金属、
アルカリ土類金属、希土類金属の酸化物が挙げられ、具
体的には、例えば、イットリヤ（Ｙ₂ Ｏ₃ ）、アルミナ
（Ａｌ ₂ Ｏ₃ ）、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添加量は、窒化物
セラミックまたは炭化物セラミック１００重量部に対し
て、１〜１０重量部が好ましい。

【００３０】上記セラミック誘電体膜の厚さは、５０〜
５０００μｍ、気孔率は５％以下であることが望まし
い。また、気孔径の平均は、５μｍ以下が望ましい。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５０００μｍ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がより好ましい。

【００３１】また、上記気孔率が５％を超えると、研磨
を行った際に、気孔が表面に露出しやすくなるため、表
面平坦性に劣るようになる。また、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。気孔
率は、０．１〜１．０％程度が好ましく、平均気孔径
は、０．１〜３μｍが好ましい。

【００３２】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。

【００３３】また、気孔径の平均が５μｍを超えると、
セラミック誘電体膜の厚さに対する気孔径の比率が大き
くなり、気孔が表面に露出しやすくなるため、表面平坦
性に劣るようになる。平均気孔径の測定は、試料を５個
用意し、その表面を鏡面研磨し、２０００から５０００
倍の倍率で表面を電子顕微鏡で１０箇所撮影することに
より行う。そして、撮影された５０ショットの気孔径を
平均する。一つ一つの気孔径は、最も長い部分を気孔径
として測定する。

【００３４】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、導電性がある程度高い方が、高温域においては、
シリコンウエハの吸着能力が高くなる。添加するカーボ
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。非晶質のものを使用すると、高温における体積抵
抗率の低下を防止することができ、一方、結晶質のもの
を使用すると、高温における熱伝導率の添加を防止する
ことができる。

【００３５】セラミック基板上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。

【００３６】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。

【００３７】本発明のセラミック基板（静電チャック）
は、窒化物セラミック、炭化物セラミックおよび酸化物
セラミックに属するセラミックから選ばれる少なくとも
１種からなることが望ましい。

【００３８】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、炭化タンステン等が挙げられる。

【００３９】上記酸化物セラミックとしては、金属酸化
物セラミック、例えば、アルミナ、ジルコニア、コージ
ェライト、ムライト等、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ₂ 等が
挙げられる。本発明では、これらのセラミックを２種以
上を併用することが望ましい。例えば、アルミナ、シリ
カ、ＣａＯ、ＭｇＯなどの混合物酸化物が緻密体となり
やすい。

【００４０】これらのセラミックの中では、窒化物セラ
ミックが望ましい。窒化物セラミックは熱伝導率が高
く、抵抗発熱体で発生した熱を良好に伝達することがで
きるからである。また、セラミック誘電体膜と下のセラ
ミック層とは同じ材料であることが望ましい。同じ方法
で作製したグリーンシートを積層し、同一条件で焼成す
ることにより、容易に製造することができるからであ
る。また、窒化物セラミックの中では窒化アルミニウム
が最も好適である。熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋと最も
高いからである。

【００４１】上記セラミック基板中には、カーボンを５
０〜５０００ｐｐｍ含むことが望ましい。高輻射熱が得
られるからである。

【００４２】本発明に係る静電チャックでは、通常、図
１に示したように、抵抗発熱体等の温度制御手段が設け
られている。静電チャック上に載置したシリコンウエハ
の加熱等を行いながら、ＣＶＤ処理等を行う必要がある
からである。

【００４３】上記温度制御手段としては、図３に示した
抵抗発熱体５のほかに、ペルチェ素子（図６参照）が挙
げられる。抵抗発熱体は、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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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、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。

【００４９】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。

【００５０】また、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
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重量部が好ましい。
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。

【００５１】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１５の表面は、金属層１５０で被
覆されていることが望ましい（図４参照）。抵抗発熱体
１５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１５０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。

【００５２】金属層１５０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端子が必要であり、この端子は、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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】温度制御手段としてペルチェ素子を使用す
る場合は、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、図６に示すように、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。

【００５６】本発明における静電チャックとしては、例
えば、図１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４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１５が設けられた構成の静電チャック２０１、
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。

【００５７】本発明では、図１〜６に示したように、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。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。

【００５８】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ピン６、１８を
接続する（図７（ｄ）参照）。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】本発明では、必要に応じて、セラミック基
板１の有底孔１２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。

【００６２】図１０は、以上のような構成の本発明の静
電チャックを配設するための支持容器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。

【００６３】次に、本発明の静電チャックの製造方法の
一例を図１０（ａ）〜（ｄ）に示した断面図に基づき説
明する。（１）まず、酸化物セラミック、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粉体をバインダおよ
び溶剤と混合してグリーンシート５０を得る。前述した
セラミック粉体としては、例えば、窒化アルミニウム、
炭化ケイ素などを使用することができ、必要により、イ
ットリヤ（Ｙ₂ Ｏ₃ ）等の焼結助剤を添加する。

【００６４】なお、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４とな
る層であるので、窒化物の粉末に酸化物の粉末を混合し
たものとする。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、焼成条件を同じすることができるからである。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。

【００６５】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５０を作製する。

【００６６】グリーンシート５０に、必要に応じてシリ
コンウエハのリフター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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。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。

【００７０】次に、図７（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。
抵抗発熱体形成側に印刷体を有さないグリーンシート３
０′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。

【００７１】（２）次に、図７（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。この後、焼結体の表面を平
面研削機で研磨する。さらに♯１００〜♯８０００のダ
イヤモンド砥石で研磨する。つぎに、平均粒子径０．１
〜１０μｍのダイヤモンドスラリーやコロイダルシリ
カ、アルミナ懸濁液でポリッシングして表面の光沢度を
調整する。

【００７２】（３）次に、図７（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。

【００７３】（４）最後に、図７（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。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。

【００７４】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、静電チャック２０１（図４
参照）を製造する場合は、静電電極層を有するセラミッ
ク板を製造した後、このセラミック板の底面に導体ペー
ストを印刷、焼成し、抵抗発熱体１５を形成し、この
後、無電解めっき等により金属層１５０を形成すればよ
い。また、静電チャック３０１（図５参照）を製造する
場合は、セラミック粉末中に金属箔、金属線を静電電極
や抵抗発熱体にして埋め込み、焼結すればよい。さら
に、静電チャック４０１（図６参照）を製造する場合
は、静電電極層を有するセラミック板を製造した後、こ
のセラミック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。

【００７５】また、本発明のセラミック基板は、上記し
たように、ホットプレートとしても使用することができ
る。この場合、半導体ウエハをセラミック基板の一面に
接触させた状態で載置するほか、半導体ウエハをリフタ
ーピンなどで支持し、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。図１１は、本発明の
セラミック基板の一実施形態であるホットプレートを模
式的に示した断面図である。

【００７６】このホットプレート９０では、貫通孔９５
にリフターピン９６が挿入され、シリコンウエハ９を保
持している。そして、リフターピン９６を上下すること
により、図示しない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９１上に
載置したり、シリコンウエハ９を支持したまま加熱した
りすることができる。また、セラミック基板９１の底面
９１ａには、抵抗発熱体９２が形成され、その抵抗発熱
体９２の表面には金属被覆層９２ａが設けられている。
また、有底孔９４が設けられているが、ここには熱電対
を挿入する。また、抵抗発熱体はセラミック基板９１の
内部に設けてもよい。シリコンウエハ９は、ウエハ処理
面９１ｂ側で加熱される。

【００７７】本発明に係るホットプレートでは、ウエハ
加熱面の光沢度が２％以上であるため、シリコンウエハ
９をウエハ処理面９１ｂに載置した最には、シリコンウ
エハ９との接触面積が大きくなり、シリコンウエハ９の
昇温特性に優れる。また、シリコンウエハ９をウエハ処
理面９１ｂから１００μｍ程度離間させて保持して加熱
する場合でも、誤ってシリコンウエハ９がウエハ処理面
９１ｂに接触することがない。

【００７８】

【実施例】以下、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）空気中で５００℃、１時間焼成した窒化アルミニ
ウム粉末（トクヤマ製、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
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０．４７ｍｍのグリー
ンシートを得た。

【００７９】（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の半導体ウエハリフターピ
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。

【００８０】（３）平均粒子径１μｍのタングステンカ
ーバイト粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０
重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部および分
散剤０．３重量部を混合して導体ペーストＡを調製し
た。平均粒子径３μｍのタングステン粒子１００重量
部、アクリル系バインダ１．９重量部、α−テルピネオ
ール溶媒３．７重量部および分散剤０．２重量部を混合
して導体ペーストＢを調製した。この導電性ペーストＡ
をグリーンシートにスクリーン印刷で印刷し、導体ペー
スト層を形成した。印刷パターンは、同心円パターンと
した。また、他のグリーンシートに図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。

【００８１】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７（ａ））。

【００８２】（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７（ｂ））。

【００８３】（５）次に、（４）で得られた板状体を、
平面研削機で表面加工し、さらに♯２０００のダイヤモ
ンド砥石（マルトー製ダイヤモンドパッド）で研磨し
た。ついで、粒度０．２５μｍダイヤモンドスラリー
（マルトー製）を用いてフェルトクロスでポリッシング
した。さらにマスクを載置し、ＳｉＣ等によるブラスト
処理で表面に熱電対のための有底孔（直径：１．２ｍ
ｍ、深さ：２．０ｍｍ）を設けた。

【００８４】（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１３、１４とし（図７
（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７（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。

【００８５】（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。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のセラミック誘電体膜の厚さ、
表面光沢度、面粗度、酸素量、チャック力、シリコンウ
エハの均熱性および平均気孔径を下記の方法により測定
した。さらに、シリコンウエハに付着したパーティクル
の量を測定した。その結果を下記の表１に示した。

【００８６】（８）次に、この静電チャック１０１を図
１０の断面形状を有するステンレス製の支持容器４１に
セラミックファイバー（イビデン社製商品名イビウ
ール）からなる断熱材４５を介して嵌め込み、その表面
にシリコンウエハを載置し、通電を行ってシリコンウエ
ハを吸着させた。その結果、シリコンウエハは、しっか
りと静電チャック１０１の表面に吸着、固定され、外力
が作用してもずれることはなかった。

【００８７】なお、この支持容器４１は冷却ガスの冷媒
吹き出し口４２を有し、静電チャック１０１の温度調整
を行うことができる。そこで、この支持容器４１に嵌め
込まれた静電チャック１０１の抵抗発熱体１５に通電を
行って、温度を上げ、また、支持容器に冷媒を流して静
電チャック２０１の温度を制御したが、極めて良好に温
度を制御することができた。

【００８８】（実施例２）静電チャック（図２参照）の
製造（１）空気中で５００℃、１時間焼成した窒化アルミニ
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、ショ糖０．２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０．４７ｍｍのグリーンシートを得た。

【００８９】（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の半導体ウエハリフターピ
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。

【００９０】（３）平均粒子径１μｍのタングステンカ
ーバイト粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０
重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部および分
散剤０．３重量部を混合して導体ペーストＡを調製し
た。平均粒子径３μｍのタングステン粒子１００重量
部、アクリル系バインダ１．９重量部、α−テルピネオ
ール溶媒３．７重量部および分散剤０．２重量部を混合
して導体ペーストＢを調製した。この導電性ペーストＡ
をグリーンシートにスクリーン印刷で印刷し、図９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。

【００９１】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２枚、下側に４８枚積層し、これらを１３
０℃、８０ｋｇ／ｃｍ² の圧力で圧着して積層体を形成
した。

【００９２】（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１２μｍのチャック正極静電
層２および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。

【００９３】（５）上記（４）で得た板状体の表面（上
面）を、平面研削機で表面加工し、さらに♯２０００の
ダイヤモンド砥石（マルトー製ダイヤモンドパッド）
で研磨した。ついで、粒度３．０μｍダイヤモンドスラ
リー（マルトー製）を用いてフェルトクロスでポリッシ
ングした。研磨した後、底面にマスクを載置し、ＳｉＣ
等によるブラスト処理で表面に熱電対のための凹部（図
示せず）等を設けた。

【００９４】（６）次に、ウエハ載置面に対向する面
（底面）に抵抗発熱体１５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１００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。

【００９５】（７）導電ペーストを印刷した板状体を７
８０℃で加熱焼成して、導電ペースト中の銀、鉛を焼結
させるとともにセラミック基板に焼き付けた。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板状体を浸漬
して、銀の焼結体１５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１５０を析出させた。
この後、板状体に、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抵抗発熱体は、厚さが５
μｍ、幅２．４ｍｍであり、面積抵抗率が７．７ｍΩ／
□であった。

【００９６】（８）次に、セラミック基板にスルーホー
ル１６を露出させるための袋孔を設けた。この袋孔にＮ
ｉ−Ａｕ合金（Ａｕ８１．５重量％、Ｎｉ１８．４重量
％、不純物０．１重量％）からなる金ろうを用い、９７
０℃で加熱リフローしてコバール製の外部端子ピンを接
続させた。また、抵抗発熱体に半田（スズ９／鉛１）を
介してコバール製の外部端子ピンを形成した。

【００９７】（９）次に、温度制御のための複数熱電対
を凹部に埋め込み、静電チャック２０１を得た。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のセ
ラミック誘電体膜の厚さ、表面光沢度、面粗度、酸素
量、チャック力、シリコンウエハの均熱性および平均気
孔径を下記の方法により測定した。さらに、シリコンウ
エハに付着したパーティクルの量を測定した。その結果
を下記の表１に示した。

【００９８】（１０）次に、この静電チャック１０１を
図１０の断面形状を有するステンレス製の支持容器４１
にセラミックファイバー（イビデン社製商品名イビ
ウール）からなる断熱材４５を介して嵌め込み、その表
面にシリコンウエハを載置し、通電を行ってシリコンウ
エハを吸着させた。その結果、シリコンウエハは、しっ
かりと静電チャック１０１の表面に吸着、固定され、外
力が作用してもずれることはなかった。

【００９９】（実施例３）静電チャック３０１（図
５）の製造（１）厚さ１０μｍのタングステン箔を打抜き加工する
ことにより図８に示した形状の電極２枚を形成した。こ
の電極２枚とタングステン線を、空気中で５００℃、１
時間焼成した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重量部とともに、成形型中に入れて窒
素ガス中で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。これを直径２３０ｍｍの円状に切り出して板
状体とした。平面研削機でこの板状体の表面を加工し、
さらに♯２０００のアルミナ研磨材（マルトー製アラ
ンダム）で研磨した。ついで、粒度３．０μｍダイヤモ
ンドスラリーを用いてフェルトクロスでポリッシングし
た。このとき、静電電極層の厚さは、１０μｍであっ
た。

【０１００】（２）この板状体に対し、実施例１の
（５）〜（７）の工程を実施し、静電チャック３０１を
得た。このようにして製造した抵抗発熱体を有する静電
チャックのセラミック誘電体膜の厚さ、表面光沢度、面
粗度、酸素量、チャック力、シリコンウエハの均熱性お
よび平均気孔径を下記の方法により測定した。さらに、
シリコンウエハに付着したパーティクルの量を測定し
た。その結果を下記の表１に示した。

【０１０１】（３）次に、この静電チャック３０１を図
１０の断面形状を有するステンレス製の支持容器４１に
セラミックファイバー（イビデン社製商品名イビウ
ール）からなる断熱材４５を介して嵌め込み、その表面
にシリコンウエハを載置し、通電を行ってシリコンウエ
ハを吸着させた。その結果、シリコンウエハは、しっか
りと静電チャック１０１の表面に吸着、固定され、外力
が作用してもずれることはなかった。

【０１０２】（実施例４）静電チャック４０１（図
６）の製造実施例２の（１）〜（５）の工程を実施した後、さらに
底面にニッケルを溶射し、この後、鉛・テルル系のペル
チェ素子を接合させることにより、静電チャック４０１
を得た。但し、表面は♯２０００のダイヤモンド砥石で
の研磨にとどめた。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のセラミック誘電体膜の厚さ、表
面光沢度、面粗度、酸素量、チャック力、シリコンウエ
ハ均熱性および平均気孔径を下記の方法により測定し
た。さらに、シリコンウエハに付着したパーティクルの
量を測定した。その結果を下記の表１に示した。

【０１０３】（比較例１）基本的に実施例１と同様であ
るが、イットリアを入れずに焼結させた。（比較例２）基本的に実施例１と同様であるが、♯２０
００のダイヤモンド砥石による研磨を行わなかった。こ
のようにして製造した比較例１〜２に係る抵抗発熱体を
有する静電チャックのセラミック誘電体膜の厚さ、表面
光沢度、面粗度、酸素量、チャック力、表面温度の均一
性（均熱性）および平均気孔径を下記の方法により測定
した。さらに、シリコンウエハに付着したパーティクル
の量を測定した。その結果を下記の表１に示した。

【０１０４】（実施例５）アルミナホットプレート（１）アルミナ：９３重量％、ＳｉＯ₂ ：５重量％、Ｃ
ａＯ：０．５重量％、ＭｇＯ：０．５重量％、ＴｉＯ
₂ ：０．５重量％、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０．４７ｍｍのグリーンシートを得た。（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の半導体ウエハリフター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。

【０１０５】（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Ｂ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。

【０１０６】（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枚から６０枚、
下側に１３枚から３０枚積層し、これらを１３０℃、８
０ｋｇ／ｃｍ² の圧力で圧着して積層体を形成した。

【０１０７】（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２時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍのアルミナ
板状体を得た。平面研削機でこの板状体の表面を加工
し、さらに♯２０００のアルミナ研磨材（マルトー製
アランダム）で研磨した。ついで、粒度０．２５μｍダ
イヤモンドスラリーを用いてフェルトクロスでポリッシ
ングし、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの抵抗発熱体５
を有するアルミナ製の板状体とした。

【０１０８】（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。

【０１０９】（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。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。

【０１１０】（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ホットプレ
ート製造を完了した。このようにして製造したホットプ
レートの表面光沢度、面粗度、シリコンウエハの均熱性
および平均気孔径を下記の方法により測定した。さら
に、シリコンウエハに付着したパーティクルの量を測定
した。その結果を下記の表１に示した。

【０１１１】（比較例３）アルミナを常圧焼結させた以
外は、実施例５と同様にしてホットプレートを製造し
た。このようにして製造したホットプレートの表面光沢
度、面粗度、シリコンウエハの均熱性および平均気孔径
を下記の方法により測定した。さらに、シリコンウエハ
に付着したパーティクルの量を測定した。その結果を下
記の表１に示した。

【０１１２】（実施例６）ホットプレート空気中で５００℃、１時間焼成した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 Ｏ₃ ：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１
１．５重量部を混合し、六角柱の成形型に入れて窒素雰
囲気中、１８９０℃、圧力１５０ｋｇ／ｃｍ²の条件で
３時間ホットプレスして窒化アルミニウム焼結体を得
た。

【０１１３】この窒化アルミニウム焼結体を円板状に加
工し、平面研削機でこの板状体の表面を加工し、さらに
♯２０００のアルミナ研磨材（マルトー製アランダ
ム）で研磨した。ついで、粒度１μｍダイヤモンドスラ
リー（マルトー製）を用いてフェルトクロスでポリッシ
ングした。（２）上記（１）で得た焼結体の底面に、スクリーン印
刷にて導体ペーストを印刷した。印刷パターンは、図７
に示したような同心円状のパターンとした。導体ペース
トとしては、プリント配線板のスルーホール形成に使用
されている徳力化学研究所製のソルベストＰＳ６０３Ｄ
を使用した。

【０１１４】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。

【０１１５】（３）次に、導体ペーストを印刷した焼結
体を７８０℃で加熱、焼成して、導体ペースト中の銀、
鉛を焼結させるとともに焼結体に焼き付け、発熱体９２
を形成した。銀−鉛の発熱体９２は、厚さが５μｍ、幅
２．４ｍｍ、面積抵抗率が７．７ｍΩ／□であった。（４）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（４）で作製した焼結体を
浸漬し、銀−鉛の発熱体９２の表面に厚さ１μｍの金属
被覆層９２ａ（ニッケル層）を析出させた。

【０１１６】（５）電源との接続を確保するための端子
を取り付ける部分に、スクリーン印刷により、銀−鉛半
田ペースト（田中貴金属製）を印刷して半田層を形成し
た。ついで、半田層の上にコバール製の端子ピン９３を
載置して、４２０℃で加熱リフローし、端子ピン９３を
発熱体９２の表面に取り付けた。（６）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９参照）を得た。このようにして
製造したホットプレートの表面光沢度、面粗度、シリコ
ンウエハの均熱性および平均気孔径を下記の方法により
測定した。その結果を下記の表１に示した。このヒータ
の加熱面から１００μｍ離間してシリコンウエハを保持
して４５０℃まで加熱したが、シリコンウエハと加熱面
が接触したり、あるいはシリコンウエハと加熱面との距
離が大きくなることにより、シリコンウエハ温度が不均
一になることはなかった。

【０１１７】（実施例７）空気中で５００℃、１時間焼
成した炭化ケイ素粉末（屋久島電工社製、平均粒径１．
１μｍ）１００重量部、アクリルバインダ（三井化学社
製、ＳＡ−５４５シリーズ）１１．５重量部、炭化ホウ
素４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、スプレードライ法で乾燥させて、顆粒状とし、これ
をホットプレスした。さらに、導体ペーストを印刷する
前に表面にガラスペーストを塗布し、１０００℃で焼成
して絶縁層を形成した後、この絶縁層上に導体ペースト
を印刷した。そして、上記のほかは、実施例６と同様に
してホットプレートを製造した。

【０１１８】（比較例４）炭化ケイ素粉末を焼成せずに
用いたほかは、実施例７と同様にしてホットプレートを
製造した。

【０１１９】評価方法（１）平均気孔径の測定試料を５個用意し、その表面を鏡面研磨し、２０００倍
の倍率で表面を電子顕微鏡で１０箇所撮影して、撮影さ
れた５０ショットの気孔径を平均した。

【０１２０】（２）シリコンウエハの均熱性の評価シリコンウエハを吸着させて設定温度４５０℃まで昇温
した場合に、シリコンウエハの最低温度と最高温度の差
をサーモビュア（日本データム社製ＩＲ１６２０１２
−００１２）を用いて測定した。（３）表面光沢度の測定光沢計（村上色彩製グロスメーターＧＭ−３Ｄ型）を
使用し、入射、反射角６０°とし、ＪＩＳＫ７１０５
５．２項に準じて測定した。基準面は屈折率１．５６
７のガラス表面を使用した。

【０１２１】（４）酸素含有量実施例および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、これの０．０１ｇ
を採取して試料加熱温度２２００℃、加熱時間３０秒の
条件で酸素・窒化同時分析装置（ＬＥＣＯ社製ＴＣ−
１３６型）で測定した。（５）Ｒａ（面粗度）の測定表面形状測定器（ＫＬＡ・Ｔｅｎｃｏｒ社製Ｐ−１
１）を使用し、測定長：５００００μｍ、走査速度：５
０μｍ／秒、荷重：３ｍｇで実施した。

【０１２２】（６）チャック力４５０℃まで昇温して、ロードセル（島津製作所製オ
ートグラフＡＧＳ−５０Ａ）を使用して測定した。（７）パーティクル数静電チャックにシリコンウエハをチャックするか、ホッ
トプレート上に載置して加熱した後、シリコンウエハの
任意の１０箇所を電子顕微鏡（２０００倍）で観察撮影
して粒子径０．２μｍ以上のものの個数を計測し、撮影
視野面積で除した。

【０１２３】

【表１】

【０１２４】上記表１より明らかなように、実施例１〜
５に係る静電チャックでは、セラミック誘電体膜の表面
光沢度は、２％以上と極めて平坦であり、上記したよう
に、チャック力は４５０℃で約１ｋｇ／ｃｍ² 前後と高
い。また、シリコンウエハの温度分布も小さい。これは
シリコンウエハが加熱面に均一に密着しているからであ
る。

【０１２５】これに対し、比較例１〜３に係る静電チャ
ックでは、セラミック誘電体膜の表面光沢度は、２％未
満と余り平坦でなく、チャック力は４５０℃で５００ｇ
／ｃｍ ² 程度しか得られない。また、温度分布が大き
く、シリコンウエハが加熱面に均一に密着していないと
推定される。また、実施例１〜５では、パーティクル数
も３０個／ｃｍ² 前後であるのに対して、比較例１で
は、５００個／ｃｍ² と多くなる。

【０１２６】また、実施例７のホットプレートでは、光
沢度が３０％で、ウエハの温度均一性に優れており、パ
ーティクルの数も少なかった。一方、比較例４のホット
プレートでは、表面の光沢度が１．８％で、ウエハの温
度が不均一となっている。これは、表面の凹凸の密度が
高過ぎて、空気の流れが不均一になったためであると推
定された。なお、比較例１と実施例１の比較からわかる
ように、面粗度（Ｒａ）が小さいこと光沢度が高いこと
とは必ずしも比例しない。Ｒａは凹凸の深さの情報では
あるが、その密度の情報は含まれていない。これに対し
て、光沢度は凹凸の深さと密度の情報の両方を含んでい
ると考えられ、表面光沢度の方がより正確な表面情報で
あるといえる。

【０１２７】

【発明の効果】以上説明のように、本願発明のセラミッ
ク基板にかかる静電チャックでは、セラミック誘電体膜
が酸素を含有する窒化物セラミックからなり、表面の光
沢度は２％以上であるので、表面の凹凸の深さが小さく
密度が低いため、シリコンウエハ等との接触面積が大き
く、チャック力やシリコンウエハの均熱性に優れる。ま
た、シリコンウエハを加熱面から離間させて加熱した場
合でも、加熱面の凹凸が小さいのだから、シリコンウエ
ハと加熱面との距離のバラツキが小さく、シリコンウエ
ハの均熱性に優れるのである。さらに、このような光沢
度を有するセラミック基板は、焼結性が良好で高密度で
あり、内部の気孔径が従来に比べて小さくなる。また、
焼結体を構成する粒子同士が強固に接合されているの
で、研磨によっても粒子が殆ど脱落せず、パーティクル
が発生しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミック基板の応用である静電チャ
ックの一例を模式的に示す断面図である。

【図２】図１に示した静電チャックのＡ−Ａ線断面図で
ある。

【図３】図１に示した静電チャックのＢ−Ｂ線断面図で
ある。

【図４】本発明のセラミック基板の応用である静電チャ
ックの一例を模式的に示す断面図である。

【図５】本発明のセラミック基板の応用である静電チャ
ックの一例を模式的に示す断面図である。

【図６】本発明のセラミック基板の応用である静電チャ
ックの一例を模式的に示す断面図である。

【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の応用である静電チ
ャック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。

【図８】本発明の応用であ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】本発明の応用であ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】本発明の応用であ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】本発明のセラミック基板の一実施形態である
ホットプレートを模式的に示した断面図である。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、４０１静電チャック１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抵抗発熱体６、１８外部端子ピン７金属線８ペルチェ素子９シリコンウエハ１１有底孔１２貫通孔１３、１４袋孔１５抵抗発熱体１５０金属層１６、１７スルーホール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

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｃ０４Ｂ 35/581 Ｃ０４Ｂ 35/56 １０１ＤＨ０１Ｌ 21/205 １０１ＱＨ０５Ｂ 3/20 ３２８ 35/58 １０４Ｄ１０４Ｓ

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導電
体が形成されたセラミック基板であって、前記セラミッ
ク基板の表面の光沢度は、２％以上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。
【請求項２】前記セラミック基板は、酸素含有の窒化
物セラミックから選ばれる少なくとも１種からなる請求
項１に記載の半導体製造・検査装置用セラミック基板。
【請求項３】前記セラミック基板は、複数の酸化物か
らなる酸化物セラミックである請求項１に記載の半導体
製造・検査装置用セラミック基板。
【請求項４】前記セラミック基板は、酸素含有の炭化
物セラミックから選ばれる少なくとも１種からなる請求
項１に記載の半導体製造・検査装置用セラミック基板。
【請求項５】１００〜７００℃で使用される請求項１
〜４のいずれか１に記載の半導体製造・検査装置用セラ
ミック基板。