JP2001319756A

JP2001319756A - セラミック基板

Info

Publication number: JP2001319756A
Application number: JP2000136201A
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: 2000-05-09
Filing date: 2000-05-09
Publication date: 2001-11-16

Abstract

(57)【要約】【課題】高温領域で使用しても、抵抗発熱体（回路）
と外部端子との接続部分に劣化が生ずることがなく、抵
抗発熱体（回路）と外部端子との接続信頼性を長期間に
わたり維持することができるセラミック基板を提供す
る。【解決手段】１または２以上の回路からなる抵抗発熱
体が配設され、前記回路に外部端子が接続されてなるセ
ラミック基板であって、前記回路と前記外部端子とが、
ろう材により接合されていることを特徴とするセラミッ
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、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、特に抵抗発熱体と外部端子との接続信頼性に優れ
るセラミック基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製品は、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、その代表的製品であ
る半導体チップは、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
リコンウエハ上に種々の回路等を形成することにより製
造される。

【０００３】この種の回路等を形成するには、シリコン
ウエハ上に、感光性樹脂を塗布し、これを露光、現像処
理した後、ポストキュアさせたり、スパッタリングによ
り導体層を形成する工程が必要である。このためには、
シリコンウエハを加熱する必要がある。

【０００４】かかるシリコンウエハを加熱するためのヒ
ータとして、従来から、アルミニウム製の基板の裏側に
電気的抵抗体等の抵抗発熱体を備えたものが多用されて
いたが、アルミニウム製の基板は、厚さ１５ｍｍ程度を
要するので、重量が大きくなり、また、嵩張るために取
扱いが容易ではなく、さらに、通電電流に対する温度追
従性という観点でも温度制御性が不充分であり、シリコ
ンウエハを均一に加熱することは容易ではなかった。

【０００５】そこで、最近では、窒化アルミニウム等の
セラミックを基板として用いたセラミックヒータが開発
されている。これらのヒータでは、曲げ強度等の機械的
特性に優れるため、その厚さを薄くすることにより、熱
容量を小さくすることができるため、温度追従性等の諸
特性に優れる。

【０００６】このようなセラミックヒータにおいて、抵
抗発熱体（回路）の端部と外部端子とは、通常、半田に
より接続、固定されている（特開平１１−４０３３０号
公報）が、このセラミックヒータを長期間使用している
と、次第に半田の劣化が進行し、そのために外部端子が
抵抗発熱体（回路）の端部から離れやすくなり、脱落し
てしまうという問題があった。

【０００７】また、半田は、その融点が最も高いもので
も４００℃程度と低いため、セラミック基板をこのよう
な温度付近またはそれ以上の温度に加熱しようとする
と、半田により外部端子を接合するとことは困難であっ
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した問題
に鑑みてなされたものであり、高温領域で使用しても、
抵抗発熱体（回路）と外部端子との接続部分に劣化が生
ずることがなく、抵抗発熱体（回路）と外部端子との接
続信頼性を長期間にわたり維持することができるセラミ
ック基板を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、１または２以
上の回路からなる抵抗発熱体が配設され、上記回路に外
部端子が接続されてなるセラミック基板であって、上記
回路と上記外部端子とが、ろう材により接合されている
ことを特徴とするものである。

【００１０】本発明のセラミック基板では、抵抗発熱体
と外部端子とが、半田に比べて融点が高く、耐久性に優
れるろう材により接合されているため、例えば、セラミ
ック基板の温度を４００〜５００℃程度の高温にした場
合にも、外部端子の接合部分の酸化等による劣化は殆ど
進行せず、接続信頼性の高いセラミック基板となる。

【００１１】上記セラミック基板において、上記ろう材
は、銀ろう、アルミニウム合金ろう、金ろうまたはパラ
ジウムろうからなることが望ましく、そのなかでも特
に、Ｎｉを１８．５〜１７．５重量％含有するＡｕ−Ｎ
ｉ合金からなる金ろうであることが望ましい。融点が９
６０〜１０００℃と高く、特に真空中や減圧下でも劣化
しにくいからである。

【００１２】銀ろうとしては、ＪＩＳＺ３２６１−
１９７６に記載されているようなものを使用することが
できる。例えば、Ａｇ：４４〜４６重量％、Ｃｕ：１４
〜１６重量％、Ｚｎ：１４〜１８重量％、Ｃｄ：２３〜
２５重量％、その他の元素の合計：０．１５重量％以下
の組成のものを使用することができる。アルミニウム合
金のろう材としては、ＪＩＳＺ３２３６−１９７７
に記載されているものを使用することができ、例えば、
Ｃｕ：０．２５重量％以下、Ｓｉ：６．８〜８．２重量
％、Ｆｅ：０．８重量％以下、Ｍｎ：０．１重量％以
下、Ｚｎ：０．２重量％以下、残部がＡｌの組成のもの
を使用することができる。パラジウム合金のろう材とし
ては、ＪＩＳＺ３２６７−１９７６に記載されてい
るものを使用することができ、例えば、Ｐｄ：４．５〜
５．５重量％、Ａｇ：６８〜６９重量％、Ｃｕ：２６〜
２７重量％の組成のものを使用することができる。ま
た、上記セラミック基板は、窒化物セラミックまたは炭
化物セラミックからなるものであることが望ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明のセラミック基板は、１ま
たは２以上の回路からなる抵抗発熱体が配設され、上記
回路に外部端子が接続されてなるセラミック基板であっ
て、上記回路と上記外部端子とが、ろう材により接合さ
れていることを特徴とする。本発明のセラミック基板
は、１００℃以上に加熱されることが望ましく、２００
℃以上に加熱されることがより望ましい。

【００１４】図１（ａ）は、本発明のセラミック基板の
一例であるセラミックヒータを模式的に示す平面図であ
り、（ｂ）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。

【００１５】セラミック基板１１は、円板形状に形成さ
れており、抵抗発熱体１２は、セラミック基板１１内部
の底面１１ｂに近い部分に同心円形状のパターンに形成
されている。また、抵抗発熱体１２は、互いに近い二重
の同心円同士が１組として、１本の線になるように接続
されて１つの回路を構成しており、その端部の直下に
は、スルーホール１８が形成されている。

【００１６】抵抗発熱体１２が底面１１ｂに近い部分に
形成されているのは、抵抗発熱体１２から発生した熱が
セラミック基板１１の内部を伝搬するうちに拡散し、加
熱面１１ａ全体の温度が均一になりやすいからである。
一方、セラミック基板１１の底面には袋孔１７が形成さ
れ、この袋孔１７にスルーホール１８が露出しており、
露出したスルーホール１８に、ろう材２６を介して外部
端子１３を接続することにより、抵抗発熱体１２との接
続を行っている。

【００１７】また、中央に近い部分には、リフターピン
１６を挿入するための貫通孔１５が形成され、さらに、
測温素子を挿入するための有底孔１４が形成されてい
る。このリフターピン１６は、その上にシリコンウエハ
９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９を図示しない搬送機
に渡したり、搬送機からシリコンウエハ９を受け取った
りすることができるほか、セラミック基板１１の加熱面
１１ａから５０〜５０００μｍ離間させた状態で保持し
ながら加熱することができるようになっている。

【００１８】また、セラミック基板１１に貫通孔または
凹部を設け、この貫通孔または凹部に先端が尖塔状また
は半球状の支持ピンを挿入した後、この支持ピンをセラ
ミック基板よりわずかに突出させた状態で固定し、この
支持ピンでシリコンウエハを支持することにより、加熱
面から５０〜２０００μｍ離間させた状態でシリコンウ
エハを支持し、加熱することもできる。

【００１９】図１、２に示した本発明のセラミックヒー
タでは、ろう材を介して抵抗発熱体と外部端子とが接続
されているため、このセラミックヒータが高温で使用す
るものであっても、抵抗発熱体と外部端子との接合部分
は劣化せず、長期間にわたって接続信頼性を確保するこ
とができる。

【００２０】本発明において使用するろう材は特に限定
されず、例えば、銀ろう、パラジウムろう、アルミニウ
ムろう、金ろう等が挙げられる。これらのなかでは、金
ろうが好ましい。高温での耐久性に優れるセラミックヒ
ータを得ることができるからである。金ろうとしては、
Ａｕ−Ｎｉ合金が望ましい。Ａｕ−Ｎｉ合金は、スルー
ホールの材料として最もよく使用されるタングステンと
の密着性に優れるからである。このＡｕ−Ｎｉ合金にお
けるＡｕ／Ｎｉの比率は、〔８１．５〜８２．５（重量
％）〕／〔１８．５〜１７．５（重量％）〕が望まし
い。

【００２１】ろう材２６の層の厚さは、０．１〜５０μ
ｍが好ましい。０．１μｍ未満では、ろう材２６の層の
厚さが薄すぎるため、外部端子１３を接合、固定するこ
とができず、一方、その厚さが５０μｍを超えると、ろ
う材の厚さが厚くなりすぎ、また、固定の効果は、その
厚さが５０μｍまたはその近傍の場合と余り変わらない
ため、不経済となる。

【００２２】なお、１０^-6〜１０^-5Ｐａの高真空で５０
０〜１０００℃の高温で使用するとＡｕ−Ｃｕ合金では
劣化する場合があるが、Ａｕ−Ｎｉ合金ではこのような
劣化がないため有利である。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。

【００２３】外部端子１３の材料としては特に限定され
ず、例えば、ニッケル、コバール等の金属が挙げられ
る。外部端子１３の形状は、断面視Ｔ字型のものであっ
てもよく、通常の導電線からなるものであってもよい。
また、そのサイズは、使用するセラミック基板１１の大
きさ、抵抗発熱体１２の大きさ等によって適宜調整され
るため特に限定されないが、断面視Ｔ字型のものである
場合、軸部分の直径は０．５〜５ｍｍ、軸部分の長さは
１〜１０ｍｍが好ましい。また、導電線である場合に
は、その直径は、０．５〜５ｍｍが好ましい。

【００２４】スルーホール１８は、タングステン、モリ
ブデン等の金属、または、これらの炭化物等からなり、
その直径は、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することができるからで
ある。

【００２５】上記導電線を用いる場合には、図３に示す
ように、セラミック基板１１に形成した袋孔１７の内部
に、緩衝材である肉厚円筒形状のワッシャー２５を挿入
し、さらに、ワッシャー２５の孔の中に導電線２３を挿
入した後、ろう材２６を用いてワッシャー２５および導
電線２３を袋孔１７に固定することにより、スルーホー
ル１８を介して外部端子１３を抵抗発熱体１２に接続す
ることができる。

【００２６】上記緩衝材は、導電線とセラミック基板と
の間の膨張係数を有し、この緩衝材を介して導電線を接
合することにより、たとえ、導電線の熱膨張率がセラミ
ック基板より大きいものであっても、セラミック基板や
導電線にクラックやその他の不都合が発生するのを防止
することができる。

【００２７】なお、上記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てもよい。この場合に
は、抵抗発熱体が酸化されて抵抗値が変化するのを防止
するために、抵抗発熱体に金属被覆層を形成することが
望ましい。金属被覆層の厚さは、０．１〜１０μｍが好
ましい。

【００２８】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、この金属被覆層１２ａは、電解メッ
キ、無電解メッキ、スパッタリング等の方法により形成
される。

【００２９】この場合には、抵抗発熱体の端部に、直
接、上述したろう材を介して外部端子を接続、固定す
る。この際のろう材の厚さは、０．１〜５０μｍが好ま
しい。

【００３０】本発明において、抵抗発熱体は、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。

【００３１】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１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、抵抗発熱体１２の厚さは、１〜５０μｍが望まし
く、その幅は、５〜２０ｍｍが好ましい。

【００３２】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、上述し
た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。

【００３３】セラミック基板の内部に抵抗発熱体を形成
する際には、底面からセラミック基板の厚さの６０％ま
での位置に形成することが望ましい。発熱体から生じる
熱を加熱面まで伝搬する間に拡散させることができ、そ
の結果、セラミック基板の加熱面における温度を均一化
することができるからである。

【００３４】ただし、抵抗発熱体を内部に設けると、抵
抗発熱体を底面に設けた場合と比較して加熱面と抵抗発
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、
窒化物セラミック等との密着性を考慮する必要性がなく
なる。

【００３５】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。なお、抵抗発
熱体は螺旋形状でもよい。

【００３６】本発明のセラミック基板の底面または内部
に抵抗発熱体を形成するためには、金属や導電性セラミ
ックを含む導体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、抵抗発熱体を作製する。

【００３７】一方、図１に示すようにセラミック基板の
内部に抵抗発熱体を形成する場合には、グリーンシート
上に上記導体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。グリーンシート上に抵抗発熱体となる金属線を載
置した後、グリーンシートを積層してもよい。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】上記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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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１
０重量％以上であると、面積抵抗率が５０ｍΩ／□を超
えてしまい、発熱量が大きくなりすぎて温度制御が困難
となり、温度分布の均一性が低下する。

【００４９】本発明のセラミック基板には、抵抗発熱体
が設けられているが、抵抗発熱体のみが設けられた場合
には、上記セラミック基板は、セラミックヒータ（ホッ
トプレート）として機能し、シリコンウエハ等の被加熱
物を所定の温度に加熱する目的に使用することができ
る。

【００５０】本発明において、上記セラミック基板が抵
抗発熱体を有するとともに、その内部に静電電極を有す
る場合には、このセラミック基板は静電チャックとして
機能し、また、上記セラミック基板がその内部にガード
電極やグランド電極を有し、上面にチャックトップ導体
層を有する場合には、このセラミック基板はウエハプロ
ーバとして機能する。

【００５１】以下においては、上記セラミック基板を構
成する材料等、上述した事項以外の事項について説明
し、続いて、このセラミック基板を用いた静電チャック
やウエハプローバについて説明する。

【００５２】本発明のセラミック基板を構成する材料は
特に限定されないが、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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】これらのセラミックの中では、窒化物セラ
ミック、炭化物セラミックの方が酸化物セラミックに比
べて望ましく、窒化物セラミックが特に望ましい。熱伝
導率が高いからである。また、窒化物セラミックの中で
は窒化アルミニウムが最も好適である。熱伝導率が１８
０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高いからである。

【００５６】本発明において、セラミック基板を構成す
る焼結体中には、焼結助剤を含有することが望ましい。
この焼結助剤としては、例えば、アルカリ金属酸化物、
アルカリ土類金属酸化物、希土類酸化物を使用すること
ができ、特にＣａＯ、Ｙ₂ Ｏ₃、Ｎａ₂ Ｏ、Ｌｉ₂ Ｏ、
Ｒｂ₂ Ｏが好適である。また、その含有量としては、
０．１〜１０重量％が望ましい。またアルミナを添加し
てもよい。

【００５７】本発明に係るセラミック基板は、明度がＪ
ＩＳＺ８７２１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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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、ある程度、結晶性（非晶性）の程度を調整すること
もできる。

【００６１】本発明のセラミック基板は、円板形状であ
り、直径２００ｍｍ以上が望ましく、２５０ｍｍ以上が
最適である。半導体の製造や検査に用いられる装置は、
シリコンウエハの大型化に伴い、直径の大きな基板が要
求されるからである。

【００６２】本発明のセラミック基板の厚さは、５０ｍ
ｍ以下が好ましく、２０ｍｍ以下がより好ましい。ま
た、１〜５ｍｍが最適である。厚みは、薄すぎると高温
での反りが発生しやすく、厚すぎると熱容量が大きくな
り過ぎて昇温降温特性が低下するからである。また、本
発明のセラミック基板の気孔率は、０または５％以下が
望ましい。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。

【００６３】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。

【００６４】本発明で、最大気孔の気孔径は、５０μｍ
以下であることが望ましい。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、１０μ
ｍ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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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、
電流量を変えて、温度を制御することができるからであ
る。

【００６８】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。

【００６９】上述したように、本発明のセラミック基板
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３（ａ）は、この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。この静電チャック６
０では、セラミック基板６１の内部にチャック正負極静
電層６２、６３が埋設され、その電極上にセラミック誘
電体膜６４が形成されている。また、セラミック基板６
１の内部には、抵抗発熱体６６が設けられ、シリコンウ
エハ９を加熱することができるようになっており、この
抵抗発熱体６６の端部にスルーホールが設けられてい
る。なお、図示はしていないが、セラミック基板６１の
底面には、上記スルーホールが露出するように袋孔が形
成され、この袋孔に外部端子が挿入され、上述したろう
材２６と同様の組成からなるろう材の層を介して抵抗発
熱体６６と上記外部端子とが接続されている。なお、セ
ラミック基板６１には、必要に応じて、ＲＦ電極が埋設
されていてもよい。

【００７０】また、（ｂ）に示したように、静電チャッ
ク６０は、通常、平面視円形状に形成されており、窒化
アルミニウム基板６１の内部に（ｂ）に示した半円弧状
部６２ａと櫛歯部６２ｂとからなるチャック正極静電層
６２と、同じく半円弧状部６３ａと櫛歯部６３ｂとから
なるチャック負極静電層６３とが、互いに櫛歯部６２
ｂ、６３ｂを交差するように対向して配置されている。

【００７１】チャック正負静電層６２、６３と外部端子
との接続は、上述したセラミックヒータと同様にスルー
ホールが露出するように袋孔を設け、上記袋孔に外部端
子を挿入し、上述したろう材と同様の組成からなるろう
材の層を介して上記スルーホールと接続さていることが
望ましい。

【００７２】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６２とチャック負極静電層６３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
シリコンウエハ９が静電的に吸着されることになる。

【００７３】上記静電電極に用いる金属としては、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。また、
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。

【００７４】図４および図５は、他の静電チャックにお
ける静電電極を模式的に示した水平断面図であり、図４
に示す静電チャック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とが形成されており、図５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とが形成されている。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。

【００７５】また、上述したように、本発明のセラミッ
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。

【００７６】図６は、本発明のウエハプローバの一実施
形態を模式的に示した断面図であり、図７は、その平面
図であり、図８は、図６に示したウエハプローバにおけ
るＡ−Ａ線断面図である。

【００７７】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。

【００７８】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８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、符号５２は、電極非形成部を示し
ている。このような矩形状の電極非形成部５２をガード
電極５の内部に形成しているのは、ガード電極５を挟ん
だ上下のセラミック基板３をしっかりと接着させるため
である。

【００７９】さらに、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
示したような平面視同心円形状の抵抗発熱体５１が設け
られており、抵抗発熱体５１の両端には、外部端子（図
示せず）が上述したろう材と同様の組成からなるろう材
の層を介して接続、固定されている。

【００８０】また、図示はしていないが、ガード電極５
やグランド電極６と接続されたスルーホール５６、５７
の下部には、袋孔が設けられ、この袋孔に外部端子が挿
入され、上述したろう材と同様の組成からなるろう材の
層を介して接続、固定されていることが望ましい。

【００８１】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するこ
とにより、半導体ウエハの導通テストを行うことができ
る。

【００８２】次に、本発明のセラミック基板の製造方法
の一例として、表面に抵抗発熱体を有するセラミックヒ
ータの製造方法について説明する。

【００８３】次に、本発明のセラミック基板の製造方法
の他の一例として、内部に抵抗発熱体を有するセラミッ
クヒータの製造方法について説明する。図９（ａ）〜
（ｄ）は、セラミック基板の内部に抵抗発熱体を有する
セラミックヒータの製造方法を模式的に示した断面図で
ある。

【００８４】（１）セラミック基板の作製工程まず、窒化物セラミックや炭化物セラミック等の粉末を
バインダ、焼結助剤の粉末、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、窒化アルミニウムや炭
化ケイ素等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。また、グリーンシ
ートを作製する際、結晶質や非晶質のカーボンを添加し
てもよい。

【００８５】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。

【００８６】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リ
フター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
体の端部と外部端子とを接続するためのスルーホールと
なる部分等を形成する。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。

【００８７】（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
１２０を形成し、スルーホール用の貫通孔に導体ペース
ト１８０を充填する。これらの導体ペースト中には、金
属粒子または導電性セラミック粒子が含まれている。上
記金属粒子であるタングステン粒子またはモリブデン粒
子等の平均粒子径は、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。

【００８８】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。

【００８９】（３）グリーンシートの積層工程上記（１）の工程で作製した導体ペーストを印刷してい
ないグリーンシート５０を、上記（２）の工程で作製し
た導体ペースト層１２０を印刷したグリーンシート５０
の上下に積層する（図９（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１２の形
成位置を底面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。

【００９０】（４）グリーンシート積層体の焼成工程次に、グリーンシート積層体の脱脂を行った後、必要に
より、加圧しながらさらに高温での加熱を行い、セラミ
ック粉末や導体ペースト内部の金属を焼結させ、セラミ
ック基板１１を作製する（図９（ｂ））。加熱温度は、
１０００〜２０００℃が好ましく、加圧の圧力は、１０
０〜２００ｋｇ／ｃｍ² 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。

【００９１】得られたセラミック基板１１に、測温素子
を挿入するための有底孔１４や、シリコンウエハを支持
するためのリフターピンを挿入する貫通孔１５や、外部
端子１３を挿入するための袋孔１７等を設ける（図９
（ｃ））。有底孔１４、貫通孔１５および袋孔１７等
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。

【００９２】次に、袋孔１７より露出したスルーホール
１８に、タングステン製のワッシャー２５を挿入し、ろ
う材２６を用いてワッシャー２５および外部端子１３を
袋孔１７の内部に固定し、これによりスルーホール１８
を介して抵抗発熱体１２と外部端子１３とを接続する
（図９（ｄ））。さらに、有底孔の内部に測温素子とし
ての熱電対などを挿入し、耐熱性樹脂で封止し、セラミ
ックヒータとする。

【００９３】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。

【００９４】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
ッタリング法やメッキ法を用いることができ、これらを
併用してもよい。

【００９５】また、スプレイドライ法等を用いてセラミ
ック粉末等を含む顆粒状の粉末を作製し、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の生成形体
（グリーン）を作製した後、焼成することによっても、
セラミック基板を製造することができる。

【００９６】上記方法において、顆粒状の粉末を金型に
入れる際、同時に金属線等をそのなかに埋設することに
より、内部に抵抗発熱体を有するセラミック基板を製造
することができる。

【００９７】また、抵抗発熱体が埋設されていないセラ
ミック基板を製造した後、底面に導体ペーストを印刷
し、加熱、焼成することによって、底面に抵抗発熱体を
設けることができる。焼成の条件等は、上記したグリー
ンシートを用いる方法と同様であり、その後、必要に応
じて、シリコンウエハを支持するためのリフターピンを
挿入する貫通孔や熱電対などの測温素子を埋め込むため
の有底孔を形成し、測温素子等を配設する。

【００９８】上記顆粒を用いたセラミックヒータの製造
方法において、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。

【００９９】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メッキ法を用いることがで
き、これらを併用してもよい。

【０１００】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９
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。

【０１０１】（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
リフターピンを挿入するための貫通孔となる部分、スル
ーホールとなる部分１８０等をパンチングにより形成し
た。

【０１０２】（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。

【０１０３】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をグリーンシート上にスクリーン印刷で印刷し、抵
抗発熱体１２用の導体ペースト層１２０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のパター
ンとし、導体ペースト層の幅を１０ｍｍ、その厚さを１
２μｍとした。

【０１０４】また、グリーンシートのスルーホールを形
成する部分には、導体ペーストＢを充填し、充填層１８
０を形成した。上記処理の終わったグリーンシート５０
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３７枚、下側に１３枚、１３０
℃、８０ｋｇ／ｃｍ² の圧力で積層した（図９
（ａ））。

【０１０５】（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１２および直径３ｍ
ｍ、長さ５ｍｍのスルーホール１８を有するセラミック
ヒータとした（図９（ｂ））。

【０１０６】（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、ＳｉＣ等を用いたサンド
ブラストにより、リフターピン用の貫通孔１５を設け、
底面には熱電対を埋設するための有底孔１４等を設け
た。

【０１０７】（６）さらに、スルーホール１８の下にザ
グリ加工で直径５．２ｍｍ、深さ０．５ｍｍの袋孔１７
を形成し（図９（ｃ））、この袋孔１７にタングステン
製のワッシャー２５を挿入し、ワッシャー２５の中心孔
にＮｉ製の外部端子１３（導電線）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、リフローさせて、外部端子１３を接続
した。（図９（ｄ））。

【０１０８】（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、セラミックヒータの製造を完了した。（８）この後、このセラミックヒータに通電し、３００
時間の間、セラミック基板３１を連続的に４５０℃の温
度に保持する耐久性試験を行った。この耐久性試験の後
においても、セラミックヒータは充分にヒータとして機
能し、特に変化はなかった。

【０１０９】また、この試験の後、外部端子１３が接続
された部分を切断し、接続部分を観察したが、接続部分
は全く異常がなく、ボイドや気泡等は観察されずしっか
りと接続されていた。

【０１１０】（実施例２）セラミックヒータの製造（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、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１１．５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。（２）次に、この顆粒状の粉末を金型に入れ、平板状に
成形して生成形体（グリーン）を得た。（３）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。

【０１１１】次に、この板状体にドリル加工を施し、半
導体ウエハのリフター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：
１．１ｍｍ、深さ：２ｍｍ）を形成した。

【０１１２】（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ＰＳ６０
３Ｄを使用した。

【０１１３】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。

【０１１４】（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
９２を形成した。銀−鉛の抵抗発熱体９２は、厚さが５
μｍ、幅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−鉛の抵抗発熱体の表面に厚さ１μｍ
の金属被覆層（ニッケル層）９２ａを析出させた。

【０１１５】（７）電源との接続を確保するために、Ａ
ｇ：４４ｗｔ％、Ｃｕ：１４ｗｔ％、Ｚｎ：１４ｗｔ
％、Ｃｄ：２３ｗｔ％、残部はその他の金属からなる銀
ろうを用い、抵抗発熱体（回路）９２の端部に先端の断
面がＴ字形状のコバール製の外部端子９３を載置して、
７６０℃で加熱リフローし、ろう材９４を介して抵抗発
熱体９２の端部と外部端子９３とを接続した。

【０１１６】（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、図２（ｂ）に示すような底面に抵抗発熱体９２
が形成され、この抵抗発熱体９２にろう材９４を介して
外部端子９３が接合されたセラミックヒータ９０を得
た。

【０１１７】（９）この後、このセラミックヒータに通
電し、３００時間の間、セラミック基板１１を連続的に
２５０℃の温度に保持する耐久性試験を行った。この耐
久性試験の後においても、セラミックヒータは充分にヒ
ータとして機能し、特に変化はなかった。

【０１１８】また、この試験の後、外部端子１３が接続
された部分を切断し、接続部分を観察したが、接続部分
は全く異常がなく、ボイドや気泡等は観察されずしっか
りと接続されていた。

【０１１９】（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。

【０１２０】（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。

【０１２１】（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。この導体ペースト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。

【０１２２】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に、さらに、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／ｃｍ² の圧力で圧着して積層体を形成した。

【０１２３】（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。

【０１２４】（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。

【０１２５】（６）さらに、抵抗発熱体や静電電極直下
の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−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、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。

【０１２６】（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。（８）この後、この静電チャックに通電し、３００時間
の間、セラミック基板１１を連続的に３００℃の温度に
保持する耐久性試験を行った。この耐久性試験の後にお
いても、静電チャックの性能に殆ど変化はなかった。ま
た、この試験の後、外部端子が接続された部分を切断
し、接続部分を観察したが、接続部分は全く異常がな
く、ボイドや気泡等は観察されずしっかりと接続されて
いた。

【０１２７】（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、アクリルバインダ１１．５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。

【０１２８】（２）次に、このグリーンシートを８０℃
で５時間乾燥させた後、パンチングにて発熱体と外部端
子と接続するためのスルーホール用の貫通孔を設けた。

【０１２９】（３）平均粒子径１μｍのタングステンカ
ーバイド粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０
重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量および分散
剤０．３重量部を混合して導体ペーストＡとした。ま
た、平均粒子径３μｍのタングステン粒子１００重量
部、アクリル系バインダ１．９重量部、α−テルピネオ
ール溶媒を３．７重量部、分散剤０．２重量部を混合し
て導体ペーストＢとした。

【０１３０】次に、グリーンシートに、この導体ペース
トＡを用いたスクリーン印刷で、格子状のガード電極用
印刷体、グランド電極用印刷体を印刷した。また、外部
端子と接続するためのスルーホール用の貫通孔に導体ペ
ーストＢを充填した。

【０１３１】さらに、印刷されたグリーンシートおよび
印刷がされていないグリーンシートを５０枚積層して１
３０℃、８０ｋｇ／ｃｍ² の圧力で一体化することによ
り積層体を作製した。

【０１３２】（４）次に、この積層体を窒素ガス中で６
００℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５０ｋｇ／
ｃｍ² で３時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍの窒化アル
ミニウム板状体を得た。得られた板状体を、直径３００
ｍｍの円形状に切り出してセラミック製の板状体とし
た。スルーホール１６の大きさは、直径０．２ｍｍ、深
さ０．２ｍｍであった。

【０１３３】また、ガード電極、グランド電極の厚さは
１０μｍ、ガード電極の形成位置は、ウエハ載置面から
１ｍｍ、グランド電極の形成位置は、ウエハ載置面から
１．２ｍｍであった。また、ガード電極およびグランド
電極の導体非形成領域の１辺の大きさは、０．５ｍｍで
あった。

【０１３４】（５）上記（４）で得た板状体を、ダイア
モンド砥石で研磨した後、マスクを載置し、ＳｉＣ等に
よるブラスト処理で表面に熱電対のための凹部およびウ
エハ吸着用の溝（幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍ）を設
けた。

【０１３５】（６）さらに、ウエハ載置面に対向する面
に発熱体を形成するための層を印刷した。印刷は導電ペ
ーストを用いた。導電ペーストは、プリント配線板のス
ルーホール形成に使用されている徳力化学研究所製のソ
ルベストＰＳ６０３Ｄを使用した。この導電ペースト
は、銀／鉛ペーストであり、酸化鉛、酸化亜鉛、シリ
カ、酸化ホウ素、アルミナからなる金属酸化物（それぞ
れの重量比率は、５／５５／１０／２５／５）を銀１０
０重量部に対して７．５重量部含むものであった。ま
た、銀の形状は平均粒径４．５μｍでリン片状のもので
あった。

【０１３６】（７）導電ペーストを印刷したセラミック
基板を７８０℃で加熱焼成して、導電ペースト中の銀、
鉛を焼結させるとともにセラミック基板に焼き付けた。
さらに硫酸ニッケル３０ｇ／ｌ、ほう酸３０ｇ／ｌ、塩
化アンモニウム３０ｇ／ｌおよびロッシェル塩６０ｇ／
ｌを含む水溶液からなる無電解ニッケルめっき浴にヒー
タ板を浸漬して、銀の焼結体からなる抵抗発熱体の表面
に厚さ１μｍ、ホウ素の含有量が１重量％以下のニッケ
ル層（図示せず）を析出させた。この後、ヒータ板は、
１２０℃で３時間アニーリング処理を施した。銀の焼結
体からなる発熱体は、厚さが５μｍ、幅２．４ｍｍであ
り、面積抵抗率が７．７ｍΩ／□であった。

【０１３７】（８）溝が形成された面に、スパッタリン
グ法により、順次、チタン層、モリブデン層、ニッケル
層を形成した。スパッタリングのための装置は、日本真
空技術株式会社製のＳＶ−４５４０を使用した。スパッ
タリングの条件は気圧０．６Ｐａ、温度１００℃、電力
２００Ｗであり、スパッタリング時間は、３０秒から１
分の範囲内で、各金属によって調整した。得られた膜の
厚さは、蛍光Ｘ線分析計の画像から、チタン層は０．３
μｍ、モリブデン層は２μｍ、ニッケル層は１μｍであ
った。

【０１３８】（９）硫酸ニッケル３０ｇ／ｌ、ほう酸３
０ｇ／ｌ、塩化アンモニウム３０ｇ／ｌおよびロッシェ
ル塩６０ｇ／ｌを含む水溶液からなる無電解ニッケルめ
っき浴に、上記（８）で得られたセラミック板を浸漬
し、スパッタリングにより形成された金属層の表面に厚
さ７μｍ、ホウ素の含有量が１重量％以下のニッケル層
を析出させ、１２０℃で３時間アニーリングした。発熱
体表面は、電流を流さず、電解ニッケルめっきで被覆さ
れない。

【０１３９】さらに、表面にシアン化金カリウム２ｇ／
ｌ、塩化アンモニウム７５ｇ／ｌ、クエン酸ナトリウム
５０ｇ／ｌおよび次亜リン酸ナトリウム１０ｇ／ｌを含
む無電解金めっき液に、９３℃の条件で１分間浸漬し、
ニッケルめっき層上に厚さ１μｍの金めっき層を形成し
た。

【０１４０】（１０）溝から裏面に抜ける空気の吸引孔
をドリル加工により形成し、さらにスルーホールを露出
させるための袋孔（図示せず）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を接続さ
せた。また、抵抗発熱体に外部端子を接続するため、パ
ラジウム合金からなるろう材（Ｐｄ：４．５ｗｔ％、Ａ
ｇ：６８ｗｔ％、Ｃｕ：２６ｗｔ％、残部：その他の金
属）からなる金ろうを用いて７００℃で加熱リフローさ
せ、抵抗発熱体にコバール製の外部端子を接続させた。

【０１４１】（１１）次に、温度制御のための複数熱電
対を凹部に埋め込み、ヒータ付きのウエハプローバヒー
タ２０１を得た。（１２）この後、このウエハプローバに通電し、３００
時間の間、セラミック基板１１を連続的に２００℃の温
度に保持する耐久性試験を行った。この耐久性試験の後
においても、ウエハプローバの性能に殆ど変化はなかっ
た。また、この試験の後、外部端子が接続された部分を
切断し、接続部分を観察したが、接続部分は全く異常が
なく、ボイドや気泡等は観察されずしっかりと接続され
ていた。

【０１４２】（比較例１）抵抗発熱体の端部と外部端子
との接続をスズ−鉛（スズ：９０ｗｔ％、鉛：８ｗｔ
％、Ａｇ：２ｗｔ％）半田ペーストを用い、２８８℃で
加熱、リフローさせることにより接続したほかは、実施
例２と同様にして、セラミックヒータを製造した。この
後、このセラミックヒータに通電し、セラミック基板３
１を連続的に２７０℃の温度に保持する耐久性試験を行
ったところ、１００時間で、半田が劣化（軟化）し、外
部端子が脱落してしまった。

【０１４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明のセラミック
基板によれば、高温領域で使用しても、抵抗発熱体（回
路）と外部端子との接続部分に劣化が生ずることがな
く、抵抗発熱体（回路）と外部端子との接続信頼性を長
期間にわたり維持することができるセラミック基板を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の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平面図であり、
（ｂ）は、その一部を模式的に示した部分拡大断面図で
ある。

【図２】（ａ）は、別の実施形態に係るセラミックヒー
タの一部を模式的に示す部分拡大断面図であり、（ｂ）
は、底面に抵抗発熱体が形成されたセラミックヒーター
を模式的に示す部分拡大断面図である。

【図３】（ａ）は、本発明のセラミック基板の一例であ
る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４】静電チャックの静電電極の形状の別の一例を模
式的に示す水平断面図である。

【図５】静電チャックの静電電極の形状のさらに別の一
例を模式的に示す水平断面図である。

【図６】本発明の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縦断面図である。

【図７】図６に示したウエハプローバの平面図である。

【図８】図６に示したウエハプローバのＡ−Ａ線断面図
である。

【図９】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のセラミック基板の
一例であるセラミックヒータの製造方法を模式的に示す
断面図である。

【符号の説明】

２チャックトップ導体層３、１１、６１、７１、８１セラミック基板６ガード電極７グランド電極８溝９吸引孔１０セラミックヒータ１１ａ加熱面１１ｂ底面１２、５１、６６、９２抵抗発熱体１３、９３外部端子１４有底孔１５貫通孔１６リフターピン１７袋孔１８スルーホール１９シリコンウエハ２３導電線２５ワッシャー２６、９４ろう材５６、５７、５８スルーホール６０、７０、８０静電チャック６２、７２、８２ａ、８２ｂチャック正極静電層６３、７３、８３ａ、８３ｂチャック負極静電層６２ａ、６３ａ半円弧状部６２ｂ、６３ｂ櫛歯部６４セラミック誘電体膜９２ａ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）Ｈ０５Ｂ 3/20 ３９３Ｈ０５Ｂ 3/68 3/68 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６７Ｆターム(参考） 3K034 AA02 AA21 AA22 AA34 AA37 BB06 BB14 BC01 BC17 CA18 CA26 CA39 DA04 DA08 EA07 HA01 HA10 JA01 JA02 3K092 PP20 QA05 QB02 QB17 QB44 QB45 QB74 QB76 QC02 QC04 QC07 QC42 QC43 QC52 QC62 RF03 RF11 RF17 RF22 RF27 UA05 UA18 UB04 VV31 4M106 AA01 DD01 5F046 KA04 5F103 AA08 BB33 BB42 RR07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１または２以上の回路からなる抵抗発熱
体が配設され、前記回路に外部端子が接続されてなるセ
ラミック基板であって、前記回路と前記外部端子とが、
ろう材により接合されていることを特徴とするセラミッ
ク基板。
【請求項２】前記ろう材は、銀ろう、アルミニウム合
金ろう、金ろうまたはパラジウムろうからなる請求項１
に記載のセラミック基板。
【請求項３】前記ろう材は、Ｎｉを１８．５〜１７．
５重量％含有するＡｕ−Ｎｉ合金からなる金ろうである
請求項１に記載のセラミック基板。
【請求項４】前記セラミック基板は、窒化物セラミッ
クまたは炭化物セラミックからなる請求項１〜３のいず
れかに記載のセラミック基板。