JP2001319964A

JP2001319964A - 半導体製造・検査装置

Info

Publication number: JP2001319964A
Application number: JP2000136199A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Ito; 淳伊藤
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】セラミック基板の温度を上げても、支持容器
に嵌め込まれたセラミック基板が傾くことがなく、被加
熱物を均一に加熱することができ、被加熱物に種々の処
理を適切に施すことができる半導体製造・検査装置を提
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
体が設けられたセラミック基板と、略円筒形状の外枠部
および前記外枠部の内側上部に設けられた円環形状の基
板受け部を含んで構成される支持容器と、上面の一部に
複数の切り欠き部を有する断熱リングとからなり、前記
断熱リングを介して前記セラミック基板が前記支持容器
に嵌め込まれていることを特徴とする半導体製造・検査
装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、抵抗発熱体を有す
るセラミック基板を備え、主に、ホットプレート（セラ
ミックヒータ）、静電チャック、ウエハプローバなどの
装置とすることができる半導体製造・検査装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】エッチング装置や、化学的気相成長装置
等を含む半導体製造・検査装置等においては、従来、ス
テンレス鋼やアルミニウム合金などの金属製基材を用い
たヒータやウエハプローバ等が用いられてきた。

【０００３】ところが、このような金属製のヒータは、
以下のような問題があった。まず、金属製であるため、
ヒータ板の厚みは、１５ｍｍ程度と厚くしなければなら
ない。なぜなら、薄い金属板では、加熱に起因する熱膨
張により、反り、歪み等が発生していまい、金属板上に
載置したシリコンウエハが破損したり傾いたりしてしま
うからである。しかしながら、ヒータ板の厚みを厚くす
ると、ヒータの重量が重くなり、また、嵩張ってしまう
という問題があった。

【０００４】また、抵抗発熱体に印加する電圧や電流量
を変えることにより、半導体ウエハ等の被加熱物を加熱
する面（以下、加熱面という）の温度を制御するのであ
るが、金属板が厚いために、電圧や電流量の変化に対し
てヒータ板の温度が迅速に追従せず、温度制御しにくい
という問題もあった。

【０００５】そこで、特開平４−３２４２７６号公報で
は、基板として、熱伝導率が高く、強度も大きい非酸化
物セラミックである窒化アルミニウムを使用し、この窒
化アルミニウム基板中に抵抗発熱体とタングステンから
なるスルーホールとが形成され、これらに外部端子とし
て二クロム線がろう付けされたセラミックヒータが提案
されている。

【０００６】このようなセラミックヒータでは、高温に
おいても機械的な強度の大きいセラミック基板を用いて
いるため、セラミック基板の厚さを薄くして熱容量を小
さくすることができ、その結果、電圧や電流量の変化に
対してセラミック基板の温度を迅速に追従させることが
できる。

【０００７】通常、この種のセラミックヒータでは、セ
ラミック基板の表面または内部に測温素子を取り付け、
このセラミック基板を樹脂製の断熱リングを介して金属
製の支持容器に嵌め込んだ後、測温素子からの配線や抵
抗発熱体からの配線を制御装置に接続し、測温素子によ
り測定される温度に基づいて抵抗発熱体に電圧を印加
し、セラミック基板の温度を制御している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成のセラミックヒータを使用する際に加熱すると、断熱
リングとセラミック基板と支持容器とのそれぞれ熱膨張
係数が相違することに起因して、熱膨張率の大きい断熱
リングに歪みが発生してセラミック基板を押し上げ、嵌
め込まれているセラミック基板が傾いてしまうことがあ
る。このような場合には、被加熱物であるシリコンウエ
ハ等を均一に加熱することができない。

【０００９】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、半導体製造・検査装置に通電してセラミック
基板の温度を上げても、支持容器に嵌め込まれたセラミ
ック基板が傾くことがなく、被加熱物であるシリコンウ
エハ等を均一に加熱することができ、また、被加熱物に
種々の処理を適切に施すことができる半導体製造・検査
装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【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設けられたセラミック基
板と、略円筒形状の外枠部および上記外枠部の内側上部
に設けられた円環形状の基板受け部を含んで構成される
支持容器と、上面の一部に複数の切り欠き部を有する断
熱リングとからなり、上記断熱リングを介して上記セラ
ミック基板が上記支持容器に嵌め込まれていることを特
徴とする半導体製造・検査装置である。

【００１１】上記半導体製造・検査装置においては、上
記断熱リングの切り欠き部およびセラミック基板の両方
に掛かるように固定用部材が載置され、上記固定用部材
および上記断熱リングに形成された貫通孔に連結部材が
挿通し、上記連結部材および上記固定用部材を介して上
記セラミック基板が上記支持容器に固定されていること
が望ましい。これにより、セラミック基板に損傷を与え
ず、セラミック基板を支持容器に固定することができる
からである。

【００１２】また、上記断熱リングの切り欠き部には、
板状体が嵌め込まれていることが望ましい。上記板状体
により、上記断熱リングをよりしっかりと支持容器に固
定することができるからである。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の半導体製造・検査装置
は、１または２以上の回路からなる抵抗発熱体が設けら
れたセラミック基板と、略円筒形状の外枠部および上記
外枠部の内側上部に設けられた円環形状の基板受け部を
含んで構成される支持容器と、上面の一部に複数の切り
欠き部を有する断熱リングとからなり、上記断熱リング
を介して上記セラミック基板が上記支持容器に嵌め込ま
れていることを特徴とする。

【００１４】本発明の半導体製造・検査装置では、上述
のように、上記断熱リングの上面に切り欠き部を設けて
おり、その部分に固定用部材を載置し、連結部材を用い
ることにより、支持容器にセラミック基板を固定するこ
とができるが、この場合、図２（ｂ）に示したように、
連結部材１３０を用いて固定用部材１３をセラミック基
板１１に強く押しつけても、固定用部材１３は、断熱リ
ング２１側に傾くため、セラミック基板１１が割れるこ
とはない。

【００１５】また、本発明では、上記連結部材および上
記固定用部材により断熱リングが支持容器の基板受け部
に押しつけられ、しっかりと固定されるため、セラミッ
ク基板の温度が上昇しても、断熱リングに殆ど歪みが発
生せず、セラミック基板を押し上げることはない。従っ
て、セラミック基板が傾くこともなく、被加熱物の適切
な処理が可能となる。上記板状体を用いることにより、
よりしっかりと断熱リングを支持容器に固定することが
できる。

【００１６】以下、本発明の半導体製造・検査装置につ
いて、図面に基づいて説明する。以下においては、固定
用部材および連結部材が用いられ、かつ、上記断熱リン
グの切り欠き部に板状体が嵌め込まれた半導体製造・検
査装置について説明するが、本発明は、下記する発明の
実施形態に限定されるものではない。

【００１７】図１は、本発明の半導体製造・検査装置の
一実施形態であるセラミックヒータの一例を模式的に示
す平面図であり、図２（ａ）は、その縦断面図であり、
図２（ｂ）は、上記セラミックヒーターを構成するセラ
ミック基板の一部を模式的に示す部分拡大断面図であ
る。また、図３は、断熱リングの一例を模式的に示す斜
視図である。なお、図１では、板状体２７を省略してい
る。

【００１８】図３に示すように、このセラミックヒータ
１０を構成する断熱リング２１は、その内側にセラミッ
ク基板を嵌め込むことができるように、断面視Ｌ字形状
をなしており（図２参照）、上面には複数の切り欠き部
２８が設けられ、この切り欠き部２８には、連結部材１
３０を挿通するために貫通孔２８ａが形成されるととも
に、断熱リング２１を抑え込む役割を果たすセラミック
製の板状体２７を嵌め込むことができるようになってい
る。

【００１９】一方、図１、２に示すように、金属製の支
持容器２０は、略円筒形状の外枠部２２と、この外枠部
２２の内側上部にセラミック基板１１を支持するために
設けられた円環形状の基板受け部２５と、この基板受け
部２５の下方に遮熱板２４を支持するために設けられた
円環形状の遮熱板受け部２４０とから構成されている。
なお、遮熱板２４と支持容器２０とは、一体化されてい
てもよい。

【００２０】そして、円板形状に形成されたセラミック
基板１１が、図３に示した形状の断熱リング２１を介し
て支持容器２０の上部に嵌合されている。

【００２１】このセラミック基板１１上の外周部近傍に
は、セラミック基板１１および断熱リング２１の両方に
掛かるように固定用部材１３が載置され、これら固定用
部材１３、板状体２７および断熱リング２１に形成され
た貫通孔には、ボルト等からなる連結部材１３０が挿通
されている。また、この連結部材１３０は、支持容器２
０の基板受け部２５に挿通されており、固定用部材１３
および断熱リング２１を介して、セラミック基板１１が
支持容器２０（基板受け部２５）に固定されている。

【００２２】さらに、上記のように、連結部材１３０
は、断熱リング２１の切り欠き部２８に嵌め込まれた板
状体２７の貫通孔２７ａをも挿通しており、従って、固
定用部材１３は、この板状体２７を介して断熱リング２
１を押さえ込み、断熱リング２１が熱膨張のために歪ん
でセラミック基板１１を押し上げるのを防止する役割を
も果している。

【００２３】断熱リング２１の材質は、特に限定される
ものではないが、４００℃程度の温度にも耐え得る材質
のものが好ましく、例えば、ポリイミド樹脂、ポリベン
ゾイミダゾール樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。ま
た、固定用部材１３の材質も特に限定されるものではな
いが、同様に、耐熱性を有するものが好ましく、例え
ば、ポリイミド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、フ
ッ素樹脂等の耐熱性樹脂、ＳＵＳ等の金属等が挙げられ
る。

【００２４】次に、セラミック基板に設けられたヒータ
等について説明する。セラミック基板１１の内部には、
複数の回路からなる抵抗発熱体１２が埋設されている。
この抵抗発熱体１２は、図１に示したように、同心円形
状のパターンに形成され、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、
また、これら回路の両端部分が露出するように、セラミ
ック基板１１の底面１１ｂには袋孔２３が設けられてい
る。

【００２５】これら袋孔２３には、ワッシャー１７が嵌
め込まれ、ワッシャー１７の中心孔に導電線１６が挿入
され、金ろう等によりろう付けされ、導電線１６と抵抗
発熱体端部１２ａとがスルーホール１２５を介して接続
されている。

【００２６】また、セラミック基板１１の中央に近い部
分には、リフターピン（図示せず）を挿通するための貫
通孔１５が形成され、さらに、底面１１ｂには有底孔１
４が形成され、この有底孔１４に測温素子１８が挿入さ
れ、耐熱性樹脂または無機充填材等が充填されることに
より固定されている。なお、図１、２では図示していな
いが、貫通孔１５に挿通されたリフターピンは、半導体
ウエハ等の被加熱物を支持して搬送装置等から被加熱物
を受け取ったり、搬送装置等に被加熱物を受け渡す役割
を有しており、また、セラミック基板１１の加熱面と一
定の間隔を保った状態で被加熱物を支持する役割も有し
ている。このようにセラミック基板１１より離間させた
状態で被加熱物を加熱することにより、被加熱物をより
均一に加熱することができる。

【００２７】なお、セラミック基板に凹部や貫通孔を設
け、この凹部や貫通孔に先端が尖塔状や半球上の支持ピ
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、セラミック基板の表面
から一定の間隔を保っ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。

【００２８】一方、有底孔１４に配設された測温素子１
８からのリード線２６は、制御部（図示せず）に接続さ
れており、測温素子１８からの温度情報を受け取った上
記制御部では、セラミック基板１１の温度に応じた電圧
（電流）を抵抗発熱体１２に印加することにより、セラ
ミック基板１１の温度をコントロールしている。

【００２９】さらに、このセラミックヒータ１０の底部
には、ヒータ部分からの放熱を防止し、被加熱物を効率
よく加熱することができるように遮熱板２４が設けられ
ている。なお、このセラミックヒータ１０では、冷却時
に冷媒導入管２９より、矢印で示すようにエアー等の冷
却気体が導入され、セラミック基板１１が冷却されるよ
うになっている。

【００３０】このように構成されたセラミックヒータ１
０において、セラミック基板１１は、連結部材１３０お
よび固定用部材１３により断熱リング２１を介して基板
受け部２５に固定されており、断熱リング２１は、固定
用部材１３および板状体２７により押さえ込まれてい
る。そのため、セラミック基板の温度が上昇した際に、
何ら力が働かない場合には、熱膨張に起因する歪みによ
りセラミック基板１１を押し上げてしまう断熱リング２
１も、板状体２７で押さえ込まれることにより歪みが殆
ど発生せず、セラミック基板１１が傾いてしまうことも
ない。従って、セラミック基板１１上で被加熱物を加熱
する等、種々の処理を的確に行うことができる。なお、
図１、２において、抵抗発熱体１２は、セラミック基板
１１の内部に形成されているが、セラミック基板１１の
底面１１ｂに設けられていてもよい。

【００３１】本発明において、抵抗発熱体１２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。

【００３２】また、抵抗発熱体１２は、セラミック基板
１１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。

【００３３】抵抗発熱体１２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、こ
の範囲か最も実用的だからである。抵抗発熱体１２の抵
抗値は、その厚さが薄く、また、その幅が狭くなるほど
大きくなる。

【００３４】なお、抵抗発熱体１２を内部に設けると、
加熱面１１ａと抵抗発熱体１２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１２自体
の幅を広げる必要がある。また、セラミック基板１１の
内部に抵抗発熱体１２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１２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２１ａ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１２は螺旋形状でもよい。

【００３６】本発明の半導体装置を構成するセラミック
基板の底面または内部に抵抗発熱体１２を形成するため
には、金属や導電性セラミックからなる導電ペーストを
用いることが好ましい。

【００３７】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、抵抗発熱体を形成する。一
方、図１、２に示したように、セラミック基板１１の内
部に抵抗発熱体１２を形成する場合には、グリーンシー
ト上に上記導電ペースト層を形成した後、グリーンシー
トを積層、焼成することにより、内部に抵抗発熱体１２
を形成する。

【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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】上記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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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１８０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高いからであ
る。

【００５５】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、上記酸素量が０．１重量％未満であ
ると、緻密な焼結体を形成することが難しくなり、一
方、上記酸素量が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。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を空気中または酸素中で加熱す
るか、原料粉末中に金属酸化物を混合して焼成を行う。

【００５６】上記焼結助剤としては、例えば、アルカリ
金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類酸化物等
が挙げられる。これらの焼結助剤のなかでは、ＣａＯ、
Ｙ₂ Ｏ ₃ 、Ｎａ₂ Ｏ、Ｌｉ₂ Ｏ、Ｒｂ₂ Ｏが好ましい。
これらの含有量としては、０．１〜１０重量％が好まし
い。また、アルミナを含有していてもよい。

【００５７】上記セラミック基板の気孔率は、０または
５％以下であることが望ましい。気孔率が５％を超える
と熱伝導率が低下したり、高温で反りが発生する場合が
あるからである。また、気孔が存在しない場合は、高温
での耐電圧が極めて高くなり、逆に気孔が存在する場合
は、破壊靱性値が高くなる。このため、どららの設計に
するかは、要求特性を考慮して決定すればよい。

【００５８】気孔が存在することにより破壊靱性値が高
くなる理由は明確ではないが、クラックの伸展が気孔に
より止められるためであると推定している。気孔率は、
アルキメデス法により測定することが望ましい。この方
法では、焼結体を粉砕して比重を求め、真比重と見かけ
の比重とから気孔率を計算する。

【００５９】上記セラミック基板に気孔が存在する場合
は、その最大気孔の気孔径が５０μｍ以下であることが
望ましい。最大気孔の気孔径が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こと
ができなくなる場合があるからである。最大気孔の気孔
径は１０μｍ以下であることがより望ましい。２００℃
以上での反り量が小さくなるからである。

【００６０】上記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。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。

【００６１】最大気孔の気孔径の測定は、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。

【００６２】上記セラミック基板は、明度がＪＩＳＺ
８７２１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。

【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。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。

【００６４】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。カーボンの含有量
は、２００〜２０００ｐｐｍが好ましい。

【００６５】非晶質のカーボンとしては、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（窒化ガ
ス、アルゴンガス）下で熱分解させた後、加熱加圧する
ことによりカーボンを得ることができるが、このアクリ
ル系樹脂の酸価を変化させることにより、結晶性（非晶
性）の程度を調整することができる。

【００６６】本発明の半導体装置に用いられるセラミッ
ク基板は、円板形状であることが望ましく、その直径
は、２００ｍｍ以上が望ましく、２５０ｍｍ以上が最適
である。円板形状のセラミック基板は、温度の均一性が
要求されるが、直径の大きな基板ほど、温度が不均一に
なりやすいからである。

【００６７】上記セラミック基板の厚さは、５０ｍｍ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
半導体装置用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。

【００６８】本発明では、測温素子１８として、熱電対
を用いることができる。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、ＪＩＳ−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】本発明の半導体製造・検査装置の具体例と
しては、例えば、静電チャック、ウエハプローバ、サセ
プタ、ホットプレート（セラミックヒータ）等が挙げら
れる。これらの装置に用いられるセラミック基板はいず
れも、例えば、図１で説明したような構成の抵抗発熱体
を備えており、上記セラミック基板が支持容器に嵌め込
まれ、測温素子や抵抗発熱体等からの配線が制御部に接
続され、セラミック基板の温度をコントロールすること
ができるようになっている。

【００７０】上記ホットプレート（セラミックヒータ）
は、セラミック基板の内部に抵抗発熱体のみが設けられ
た装置であり、これにより、半導体ウエハ等の被加熱物
を所定の温度に加熱することができる。

【００７１】本発明では、抵抗発熱体を備えたセラミッ
ク基板の内部に静電電極を設けることにより、静電チャ
ックとすることもできる。上記静電電極を構成する金属
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。

【００７２】図４（ａ）は、静電チャックを構成するセ
ラミック基板を模式的に示す縦断面図であり、（ｂ）
は、（ａ）に示したセラミック基板のＡ−Ａ線断面図で
ある。この場合には、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６１の内部には、抵抗発熱体６６が設けられ
ている。

【００７３】また、（ｂ）に示したように、セラミック
基板６１は、通常、平面視円形状に形成されており、セ
ラミック基板６１の内部に（ｂ）に示した半円弧状部６
２ａ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６２ｂ、６
３ｂを交差するように対向して配置されている。

【００７４】このようなセラミック基板６２を備えた静
電チャックを使用する場合には、チャック正極静電層６
２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半導体ウエハが静電的
に吸着されることになる。

【００７５】図５および図６は、他の静電チャックを構
成するセラミック基板における静電電極を模式的に示し
た水平断面図であり、図５に示すセラミック基板７１で
は、その内部に半円形状のチャック正極静電層７２とチ
ャック負極静電層７３が形成されており、図６に示すセ
ラミック基板８１では、その内部に円を４分割した形状
のチャック正極静電層８２ａ、８２ｂとチャック負極静
電層８３ａ、８３ｂが形成されている。また、２枚の正
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。

【００７６】抵抗発熱体を有するセラミック基板の表面
にチャックトップ導体層を設け、内部にガード電極やグ
ランド電極を設けた場合には、ウエハプローバとして機
能する。図７は、本発明のウエハプローバを構成するセ
ラミック基板の一実施形態を模式的に示した断面図であ
り、図８は、その平面図であり、図９は、図７に示した
セラミック基板におけるＡ−Ａ線断面図である。

【００７７】このセラミック基板３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８が形成さ
れるとともに、溝８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９が設けられており、溝８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９に示した
ような格子形状のガード電極６とグランド電極７とが設
けられている。なお、ガード電極６の内部に矩形状の電
極非形成部５２が形成されているのは、ガード電極６の
上下に存在するセラミック基板をしっかりと密着させる
ためである。

【００７９】さらに、セラミック基板３の内部には、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、抵抗発熱体５
１と接続されたスルーホール５８が形成されている。

【００８０】このような構成のセラミック基板を備えた
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７載置した後、このシリコンウエハにテス
タピンを持つプローブカードを押しつけ、加熱、冷却し
ながら電圧を印加して導通テストを行うことができる。

【００８１】次に、本発明の半導体装置の一例であるセ
ラミックヒータの製造方法について説明する。図１０
（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の一部を模式的に
示した断面図である。

【００８２】（１）セラミック基板の作製工程まず、セラミックの粉末をバインダ、溶剤等と混合して
ペーストを調製し、これを用いてグリーンシートを作製
する。上述したセラミック粉末としては、窒化アルミニ
ウム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。

【００８３】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。

【００８４】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
体を外部の導電線と接続するためのスルーホールとなる
部分３８０等を形成する。後述するグリーンシート積層
体を形成した後に、上記加工を行ってもよい。

【００８５】なお、スルーホール３８となる部分を設け
た場合には、上記ペースト中にカーボンを加えておいた
ものを充填してもよい。グリーンシート中のカーボン
は、スルーホール中に充填されたタングステンやモリブ
デンと反応し、これらの炭化物が形成されるからであ
る。

【００８６】（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を形成する。これらの導電ペースト中には、金属
粒子または導電性セラミック粒子が含まれている。

【００８７】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を形成したグリーンシート５０
の上下に積層する（図１０（ａ））。このとき、上側に
積層するグリーンシート５０の数を下側に積層するグリ
ーンシート５０の数よりも多くして、抵抗発熱体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グリーンシート積層体の加熱、加圧を行い、グリーンシ
ート５０および内部の導体ペーストを焼結させる（図１
０（ｂ））。加熱温度は、１０００〜２０００℃が好ま
しく、加圧の圧力は、１００〜２００ｋｇ／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３１に、測温素子
を挿入するための有底孔（図示せず）や、ワッシャーを
挿入するための袋孔３７等を設ける（図１０（ｃ））。
有底孔および袋孔３７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、作製した袋孔３７の内部に金ろうペ
ーストを塗布し、ワッシャー２４を嵌め込んだ後、導電
線１３をワッシャー２４の中心孔に挿入し、金ろうペー
ストをリフローさせることによりろう付けを行って、抵
抗発熱体１２と導電線１３とスルーホール３８を介して
接続する（図１０（ｄ））。なお、加熱温度は、９００
〜１１００℃が好適である。

【００９３】さらに、ワッシャー２４の露出部と導電線
１３の少なくとも一部とにＮｉ−Ｂメッキ層（図示せ
ず）を形成し、測温素子としての熱電対などを有底孔に
耐熱性樹脂で封止し、抵抗発熱体１２を有するセラミッ
ク基板３１を製造する。この後、このセラミック基板３
１を図１、２に示した支持容器２２に断熱リング２１を
介して嵌め込み、連結部材１３０および固定用部材１３
を用いてセラミック基板１１を支持容器２０に固定する
とともに、断熱リング２１の切り欠き部２８に板状体を
２７を嵌め込み、連結部材１３０および固定用部材１３
を用いて断熱リング２１を押さえつける。その後、抵抗
発熱体１２や測温素子１８の配線等を行うことにより、
セラミックヒータの製造を終了する。

【００９４】上記セラミック基板を製造する際に、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
ャック用のセラミック基板とすることができ、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
エハプローバ用のセラミック基板とすることができ、こ
のようなセラミック基板を静電チャック用の支持容器や
ウエハプローバ用の支持容器に嵌め込むことにより、静
電チャックやウエハプローバを作製することができる。

【００９５】

【実施例】以下、本発明をさらに詳細に説明する。（実施例１）セラミックヒータ１０の製造（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒
径：１．１μｍ）１００重量部、イットリア（平均粒
径：０．４μｍ）４重量部、アクリル系樹脂バインダ１
１．５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のグリーンシートを作製し
た。

【００９６】（２）次に、このグリーンシートを８０℃
で５時間乾燥させた後、図１に示すようなシリコンウエ
ハを支持するリフターピンを挿入するための貫通孔１５
となる部分、および、スルーホール３８となる部分をパ
ンチングにより形成した。

【００９７】（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。

【００９８】平均粒子径３μｍのタングステン粒子１０
０重量部、アクリル系バインダ１．９重量部、α−テル
ピネオール溶媒３．７重量部および分散剤０．２重量部
を混合して導体ペーストＢを調製した。この導体ペース
トＡをグリーンシート５０上にスクリーン印刷で印刷
し、抵抗発熱体用の導体ペースト層を形成した。印刷パ
ターンは、図１に示したような同心円パターンとし、導
体ペースト層の幅を１０ｍｍ、その厚さを１２μｍとし
た。

【００９９】上記処理の終わったグリーンシートに、導
体ペーストを印刷しないグリーンシートを上側（加熱
面）に３７枚、下側に１３枚、１３０℃、８０ｋｇ／ｃ
ｍ² の圧力で積層した。

【０１００】（４）次に、得られた積層体を窒素ガス
中、６００℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５０
ｋｇ／ｃｍ² で１０時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍの
窒化アルミニウム板状体を得た。これを２３０ｍｍの円
板状に切り出し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの抵抗
発熱体１２を有するセラミック基板１１とした。

【０１０１】（５）次に、（４）で得られたセラミック
基板１１を、ダイヤモンド砥石で研磨した後、マスクを
載置し、ガラスビーズによるブラスト処理で表面に熱電
対のための有底孔１４を設けた。

【０１０２】（６）さらに、セラミック基板１１の底面
にザグリ加工で直径５．２ｍｍ、深さ０．５ｍｍの袋孔
２３を形成し、この袋孔２３にタングステンからなるワ
ッシャー１７を嵌め込んだ後、ワッシャー１７の中心孔
に導電線１６を挿入し、Ｎｉ−Ａｕ合金（Ａｕ：８２重
量％、Ｎｉ：１８重量％）からなる金ろうを用い、１０
３０℃で加熱、リフローして、ニッケル製の導電線１６
をスルーホール３８を介して抵抗発熱体１２の端部と接
続した。

【０１０３】（７）次に、ワッシャー１７、金属層の露
出部および導電線１６の一部にＮｉメッキ層を形成し
た。そして、温度制御のための複数の測温素子１８（熱
電対）を有底孔１４に埋め込んで充填材を充填し、セラ
ミックヒータ１０用のセラミック基板１１の製造を完了
した。

【０１０４】（８）この後、このセラミック基板１１を
図１、２に示した支持容器２２に断熱リング２１を介し
て嵌め込み、連結部材１３０および固定用部材１３を用
いてセラミック基板１１を支持容器２０に固定するとと
もに、断熱リング２１の切り欠き部２８に板状体を２７
を嵌め込み、固定用部材１３および連結部材１３０を用
いて断熱リング２１を押さえつけた。その後、抵抗発熱
体１２や測温素子１８の配線等を行うことにより、セラ
ミックヒータの製造を終了した。この後、このセラミッ
クヒータに通電を行って、セラミックヒータの温度を４
５０℃に上昇させ、その状態で１００時間維持したが、
断熱リング２１に大きな歪みは発生せず、セラミック基
板１１は、傾かなかった。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明したような構成からなる本発明
の半導体製造・検査装置によれば、この半導体製造・検
査装置に通電してセラミック基板の温度を上げても、支
持容器に嵌め込まれたセラミック基板が傾くことがな
く、被加熱物であるシリコンウエハ等を均一に加熱する
ことができ、また、被加熱物に種々の処理を適切に施す
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミックヒータを模式的に示す平面
図である。

【図２】（ａ）は、図１に示したセラミックヒータの断
面図であり、（ｂ）は、上記セラミックヒーターを構成
するセラミック基板の一部を模式的に示す断面図であ
る。

【図３】図１に示したセラミックヒータを構成する断熱
リングを模式的に示す斜視図である。

【図４】（ａ）は、本発明の静電チャックを構成するセ
ラミック基板を模式的に示す縦断面図であり、（ｂ）
は、（ａ）に示した静電チャックのＡ−Ａ線断面図であ
る。

【図５】本発明の静電チャックを構成するセラミック基
板に埋設されている静電電極を模式的に示す水平断面図
である。

【図６】本発明の静電チャックを構成するセラミック基
板に埋設されている静電電極の別の一例を模式的に示す
水平断面図である。

【図７】本発明のウエハプローバを構成するセラミック
基板を模式的に示す断面図である。

【図８】図７に示したセラミック基板を模式的に示す平
面図である。

【図９】図７に示したセラミック基板におけるＡ−Ａ線
断面図である。

【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のセラミックヒー
タを構成するセラミック基板の製造方法を模式的に示す
断面図である。

【符号の説明】

３、１１、３１、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１２、５１、６６抵抗発熱体１２ａ抵抗発熱体端部１３固定用部材１４有底孔１５貫通孔１６導電線１７ワッシャー１８測温素子２０支持容器２１断熱リング２２外枠部２３袋孔２４遮熱板２５基板受け部２６リード線２７板状体２７ａ貫通孔２８切り欠き部２８ａ貫通孔２９冷媒導入管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１２５スルーホール１３０連結部材２４０遮熱板受け部

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｇ０１Ｒ 31/28 Ｋ５Ｆ０３１ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ９Ａ００１Ｆターム(参考） 2G003 AA10 AC01 AC03 AD02 AD03 AG03 AG04 2G011 AA10 AA16 AB10 AD01 AE03 AF07 2G032 AB02 AB13 AF02 4M106 AA01 BA01 BA14 DJ02 5F004 BB22 5F031 CA02 HA02 HA03 HA08 HA18 HA37 HA38 JA46 MA27 MA33 NA04 9A001 BZ05 KK54 KZ17 KZ31 LZ05

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
体が設けられたセラミック基板と、略円筒形状の外枠部
および前記外枠部の内側上部に設けられた円環形状の基
板受け部を含んで構成される支持容器と、上面の一部に
複数の切り欠き部を有する断熱リングとからなり、前記
断熱リングを介して前記セラミック基板が前記支持容器
に嵌め込まれていることを特徴とする半導体製造・検査
装置。
【請求項２】前記断熱リングの切り欠き部およびセラ
ミック基板の両方に掛かるように固定用部材が載置さ
れ、前記固定用部材および前記断熱リングに形成された
貫通孔に連結部材が挿通し、前記連結部材および前記固
定用部材を介して前記セラミック基板が前記支持容器に
固定されている請求項１に記載の半導体製造・検査装
置。
【請求項３】前記断熱リングの切り欠き部には、板状
体が嵌め込まれている請求項１または２に記載の半導体
製造・検査装置。