JP2002170870A - Ceramic substrate and electrostatic chuck for semiconductor fabrication/inspection equipment - Google Patents

Ceramic substrate and electrostatic chuck for semiconductor fabrication/inspection equipment

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JP2002170870A
JP2002170870A JP2000367541A JP2000367541A JP2002170870A JP 2002170870 A JP2002170870 A JP 2002170870A JP 2000367541 A JP2000367541 A JP 2000367541A JP 2000367541 A JP2000367541 A JP 2000367541A JP 2002170870 A JP2002170870 A JP 2002170870A
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JP
Japan
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ceramic substrate
ceramic
layer
electrostatic
weight
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JP2000367541A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasutaka Ito
康隆 伊藤
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Ibiden Co Ltd
Original Assignee
Ibiden Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic substrate for a semiconductor fabrication/ inspection equipment that does not adhere any particles on an object to be treated such as silicon wafer or the like, and does not generate short circuit between the conductor circuits formed therein. SOLUTION: The ceramic substrate for the semiconductor fabrication/ inspection equipment comprises a ceramic substrate 1 having conductors 2, 3 and 5 formed therein, and a ceramic layer including the conductors and neighbors thereof, and a ceramic layer lower than the conductor that shows the property of an intragrain fracture when they are fractured, and other ceramic layers those show property of inter grain fracture when they are fractured.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、主に、半導体製造
・検査装置に用いられるセラミック基板、および、主
に、半導体製造に用いられる静電チャックに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic substrate used mainly in a semiconductor manufacturing / inspection apparatus, and to an electrostatic chuck mainly used in a semiconductor manufacturing.

【0002】[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種々の回路等
を形成することにより製造される。このような半導体チ
ップの製造工程において、例えば、静電チャック、ホッ
トプレート、ウエハプローバ、サセプタ等、セラミック
基板をベースとして使用する半導体製造装置が盛んに用
いられている。
2. Description of the Related Art Semiconductors are extremely important products required in various industries.
The silicon wafer is manufactured by slicing a silicon single crystal to a predetermined thickness to produce a silicon wafer, and then forming various circuits and the like on the silicon wafer. In the process of manufacturing such a semiconductor chip, for example, a semiconductor manufacturing apparatus using a ceramic substrate as a base, such as an electrostatic chuck, a hot plate, a wafer prober, and a susceptor, is actively used.

【0003】このような半導体製造装置として、例え
ば、特許第2587289号公報、特開平10−722
60号公報等には、これらの用途に使用されるセラミッ
ク基板が開示されている。
As such a semiconductor manufacturing apparatus, for example, Japanese Patent No. 2587289, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-722
No. 60 discloses a ceramic substrate used for these applications.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このようなセラミック
ヒータでは、加熱の際に熱膨張しても、セラミック基板
に反り、歪み等は発生しにくく、印加電圧や電流量の変
化に対する温度追従性も良好であった。
In such a ceramic heater, even if it expands thermally during heating, the ceramic substrate is unlikely to be warped or distorted, and has a temperature followability to changes in applied voltage and current. It was good.

【0005】しかしながら、上記公報等に開示されてい
るセラミック基板を用いたセラミックヒータによりシリ
コンウエハ等の被加熱物を加熱すると、しばしば、セラ
ミック基板からセラミック粒子が脱落して、これがシリ
コンウエハ等の被加熱物に付着してパーティクルとな
り、シリコンウエハ上に形成される回路の短絡や断線等
を発生させるため、不良発生の原因となったり、シリコ
ンウエハとセラミック基板との密着を妨げることによ
り、シリコンウエハの加熱が不均一になることがあっ
た。
However, when an object to be heated such as a silicon wafer is heated by a ceramic heater using a ceramic substrate disclosed in the above-mentioned publications, ceramic particles often fall off the ceramic substrate, and this causes the ceramic particles to be removed from the ceramic substrate. It adheres to heated objects and becomes particles, which causes short-circuits or breaks in circuits formed on the silicon wafer, causing defects or preventing adhesion between the silicon wafer and the ceramic substrate. Was sometimes unevenly heated.

【0006】一方、このような粒子の脱落を防止するた
めに、粒子の脱落が発生しないような構造のセラミック
基板を製造すると、セラミック基板内の気孔の割合が多
くなり、セラミック基板内の主面に平行な方向に導体が
隣接する場合や、セラミック基板の主面に垂直な方向に
導体が隣接して形成された静電チャックのような場合、
導体間(例えば、隣接する抵抗発熱体の間や静電電極と
抵抗発熱体との間)に存在する気孔中を電子が飛跳する
ことによる短絡等が発生することがあった。
On the other hand, when a ceramic substrate having a structure in which no particles are dropped is manufactured in order to prevent the particles from falling, the proportion of pores in the ceramic substrate increases, and the main surface in the ceramic substrate becomes large. When conductors are adjacent to each other in a direction parallel to, or in the case of an electrostatic chuck in which conductors are formed adjacent to each other in a direction perpendicular to the main surface of the ceramic substrate,
In some cases, a short circuit or the like occurs due to electrons jumping in pores existing between conductors (for example, between adjacent resistance heating elements or between an electrostatic electrode and a resistance heating element).

【0007】本発明は、上述した問題点に鑑みてなされ
たものであり、セラミック基板における半導体ウエハ等
の被処理物を載置等する面やその近傍からセラミック粒
子が脱落することがなく、また、セラミック基板内部の
基板主面に垂直な方向および平行な方向に隣接する導体
間で短絡が発生することのない半導体製造・検査装置用
セラミック基板、および、静電チャックを得ることを目
的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and does not cause ceramic particles to fall off from a surface of a ceramic substrate on which an object to be processed such as a semiconductor wafer is placed or the vicinity thereof. It is an object of the present invention to obtain a ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus in which a short circuit does not occur between conductors adjacent in a direction perpendicular and parallel to a main surface of a substrate inside a ceramic substrate, and an electrostatic chuck. .

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達するために検討を行った結果、短絡のおそれがあ
る、セラミック基板内部の導体およびその近傍を含む
層、および、上記導体より下のセラミック層(以下、下
層ともいう)は、内部に気孔の少ない、破壊時に粒界破
壊の性状を呈すような層とし、一方、その他の層、すな
わち、セラミック粒子の脱落が被処理物の不良発生につ
ながるセラミック層(以下、上層ともいう)では、破壊
時に粒子内破壊の性状を呈するような層とすることによ
り、セラミック基板の被処理物を載置等して加熱する面
(以下、加熱面という)やその近傍からの粒子の脱落を
防ぎ、被処理物へのパーティクルの付着を防止するとと
もに、内部の導体間の短絡を防止す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。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have studied to achieve the above object, and as a result, have found that there is a possibility of short-circuiting, the conductor inside the ceramic substrate and the layer including the vicinity thereof, and the above-mentioned conductor. The lower ceramic layer (hereinafter, also referred to as a lower layer) is a layer having a small number of pores therein and exhibiting the property of grain boundary destruction at the time of destruction. The ceramic layer (hereinafter, also referred to as an upper layer) which leads to the occurrence of a defect is formed as a layer exhibiting the property of intra-particle destruction at the time of destruction. It has been found that particles can be prevented from falling off from the heating surface and its vicinity, and that particles can be prevented from adhering to the object to be processed and a short circuit between internal conductors can be prevented. This has led to the formation.

【0009】すなわち本発明は、その内部に導体が形成
されたセラミック基板であって、上記導体およびその近
傍を含むセラミック層、および、上記導体より下のセラ
ミック層は、破壊時に粒界破壊の性状を呈し、その他の
セラミック層は、破壊時に粒子内破壊の性状を呈するこ
とを特徴とする半導体製造・検査装置用セラミック基板
である。ここで、上記粒子内破壊とは、破壊断面を観察
した際、セラミック粒子間の境界ではなく、セラミック
粒子の内部で破壊が生じている場合を指し、粒内破壊と
同義である。一方、上記粒界破壊とは、破壊断面を観察
した際、セラミック粒子の境界で破壊が生じている場合
を指す。
That is, the present invention relates to a ceramic substrate having a conductor formed therein, wherein the ceramic layer including the conductor and the vicinity thereof and the ceramic layer below the conductor are characterized in that they have a property of grain boundary destruction when broken. And the other ceramic layer is a ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus, characterized by exhibiting the property of intra-particle destruction at the time of destruction. Here, the above-mentioned intragranular fracture refers to a case where, when a fracture cross section is observed, a fracture occurs inside the ceramic particles, not at a boundary between the ceramic particles, and is synonymous with intragranular fracture. On the other hand, the above-mentioned grain boundary fracture refers to a case where a fracture occurs at a boundary of ceramic particles when a fracture cross section is observed.

【0010】本発明においては、セラミック基板の上層
では、例えば、原料粉末中に焼結助剤である希土類元素
等の不純物元素をごく微量添加するか、または、Al2
3 、CaO等の酸化物を焼結助剤として使用すること
により、セラミックを構成する粒子を強固に密着させ、
破壊時に粒子内破壊の性状を呈すような構造の層として
セラミック粒子の脱落を防ぎ、一方、セラミック基板の
下層では、例えば、希土類元素等の不純物元素の量を多
くして、焼結を進行させ、気孔の数を減らし、内部の導
体間の短絡を防止する。このように希土類元素等の不純
物元素の量を多くした場合には、破壊時には粒界破壊の
性状を呈するような層となる。
In the present invention, in the upper layer of the ceramic substrate, for example, a very small amount of an impurity element such as a rare earth element as a sintering aid is added to the raw material powder, or Al 2
By using oxides such as O 3 and CaO as sintering aids, the particles constituting the ceramic are firmly adhered to each other,
Prevents the ceramic particles from falling off as a layer having a structure that exhibits the property of intra-particle fracture at the time of fracture, while, in the lower layer of the ceramic substrate, for example, increasing the amount of impurity elements such as rare earth elements, Reduce the number of pores and prevent short circuit between internal conductors. When the amount of the impurity element such as a rare earth element is increased as described above, the layer becomes a layer exhibiting the property of grain boundary destruction at the time of destruction.

【0011】上述したように、上記セラミック基板の上
層は、破壊時に粒子内破壊の性状を呈するような構造の
層である。このような構造の層は、粒子同士が強固に結
合しており、大きな力が作用した場合、粒子間よりも結
合の弱い粒子内の一定の結晶面で結晶が破断する。この
ように粒子同士の結合力が大きいため、この層の表面か
ら粒子(パーティクル)は脱落しにくく、脱落したパー
ティクルが半導体ウエハ等の被処理物上に付着して回路
の短絡や断線等が発生したり、不良発生の原因となった
りすることがない。また、半導体ウエハ等を加熱する場
合、脱落したパーティクルが、半導体ウエハとセラミッ
ク板との密着を妨げることにより、半導体ウエハの加熱
が不均一になることもない。なお、上層では、気孔の数
が下層に比べて多くなるが、これは、半導体ウエハ等の
被処理物の脱着を容易に行うことができるため、好都合
となる場合がある。
[0011] As described above, the upper layer of the ceramic substrate is a layer having a structure exhibiting the property of intra-particle destruction at the time of destruction. In the layer having such a structure, the particles are strongly bonded to each other, and when a large force is applied, the crystal is broken at a certain crystal plane in the particles having a weaker bond than between the particles. Since the bonding force between the particles is large, the particles (particles) hardly fall off from the surface of this layer, and the dropped particles adhere to an object to be processed such as a semiconductor wafer, thereby causing a short circuit or disconnection of a circuit. Or cause failure. Further, when heating a semiconductor wafer or the like, the dropped particles do not hinder the close contact between the semiconductor wafer and the ceramic plate, so that heating of the semiconductor wafer does not become uneven. Note that the number of pores in the upper layer is larger than that in the lower layer, which may be convenient because an object to be processed such as a semiconductor wafer can be easily detached.

【0012】一方、上記セラミック基板の下層は、希土
類元素等の不純物(焼結助剤)を多く添加して焼結を行
い、焼結を進行させ、破壊時には粒界破壊の性状を呈す
るような層とする。このとき形成された層は、内部に存
在する気孔の割合が少なく、セラミック基板の主面に平
行な導体間(例えば、静電電極の正極と負極との間)や
セラミック基板の主面に垂直な導体(静電電極と抵抗発
熱体との間)間で、気孔に起因する短絡が発生しにくく
なる。
On the other hand, the lower layer of the ceramic substrate is sintered by adding a large amount of impurities (sintering aids) such as rare earth elements and the like, and sintering is advanced. Layers. The layer formed at this time has a small proportion of pores present therein and is perpendicular to the main surface of the ceramic substrate between conductors parallel to the main surface of the ceramic substrate (for example, between the positive electrode and the negative electrode of the electrostatic electrode). Shorts due to pores are less likely to occur between conductive conductors (between electrostatic electrodes and resistance heating elements).

【0013】上記セラミック基板が、その内部に静電電
極および抵抗発熱体が形成されたセラミック基板である
場合、このセラミック基板は静電チャックとして機能す
る。
When the ceramic substrate is a ceramic substrate in which an electrostatic electrode and a resistance heating element are formed, the ceramic substrate functions as an electrostatic chuck.

【0014】この静電チャックでは、上層は誘電体膜と
して働き、上記セラミック基板上に載置された半導体ウ
エハ等の被処理物は、静電電極のクーロン力により、そ
の加熱面に吸着される。上記誘電体膜は、破壊時に粒子
内破壊の性状を呈するような構造の層であり、この層を
構成する粒子同士は強固に接合されているため、その表
面からセラミック粒子の脱落がなく、誘電体膜表面から
パーティクルが脱落し、被処理物に付着することによ
る、被処理物と静電チャックとの密着不良を防止するこ
とができる。
In this electrostatic chuck, the upper layer functions as a dielectric film, and an object to be processed such as a semiconductor wafer mounted on the ceramic substrate is attracted to the heated surface by the Coulomb force of the electrostatic electrode. . The dielectric film is a layer having such a structure as to exhibit the property of intra-particle destruction at the time of destruction.Because the particles constituting this layer are firmly joined to each other, the ceramic particles do not fall off from the surface, and the dielectric It is possible to prevent poor adhesion between the object to be processed and the electrostatic chuck due to particles falling off from the surface of the body film and adhering to the object to be processed.

【0015】一方、下層のセラミック層(上記静電電極
およびその近傍を含む層、および、上記静電電極より下
のセラミック層)は、破壊時に粒界破壊の性状を呈し、
気孔の割合が少ないため、静電電極間および抵抗発熱体
間、または、静電電極と下層の抵抗発熱体との間の短絡
を防止することができる。また、RF電極が存在する場
合、静電電極とRF電極、および、RF電極と抵抗発熱
体との間の短絡も防ぐことができる。
On the other hand, the lower ceramic layer (the layer including the above-mentioned electrostatic electrode and its vicinity, and the ceramic layer below the above-mentioned electrostatic electrode) exhibits the property of grain boundary destruction when broken,
Since the ratio of the pores is small, it is possible to prevent a short circuit between the electrostatic electrodes and between the resistance heating elements, or between the electrostatic electrodes and the lower resistance heating element. In addition, when the RF electrode exists, a short circuit between the electrostatic electrode and the RF electrode and between the RF electrode and the resistance heating element can be prevented.

【0016】なお、本発明では、破壊断面が粒子内破壊
か粒内破壊かどうかの確認は、2000〜5000倍の
電子顕微鏡写真により行う。破壊が粒子境界で生じ、破
壊断面が複雑で、表面に粒子の形状が現れている場合に
は、粒界破壊であり、一方、破壊が粒子内で生じ、破断
面が比較的平坦である場合には、粒子内破壊である。
In the present invention, whether or not the fracture cross section is intragranular fracture or intragranular fracture is confirmed by using an electron microscope photograph at a magnification of 2000 to 5000 times. If the fracture occurs at the grain boundary and the fracture cross section is complex and the shape of the particle appears on the surface, it is a grain boundary fracture, while the fracture occurs within the particle and the fracture surface is relatively flat There is intraparticle destruction.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に則し
て説明する。本発明のセラミック基板は、その内部に導
体が形成されたセラミック基板であって、上記導体およ
びその近傍を含むセラミック層、および、上記導体より
下のセラミック層は、破壊時に粒界破壊の性状を呈し、
その他のセラミック層は、破壊時に粒子内破壊の性状を
呈することを特徴とする。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments. The ceramic substrate of the present invention is a ceramic substrate having a conductor formed therein, wherein the ceramic layer including the conductor and the vicinity thereof, and the ceramic layer below the conductor exhibit the property of grain boundary destruction when broken. Present,
The other ceramic layers are characterized by exhibiting intra-particle fracture properties at the time of fracture.

【0018】また、本発明の静電チャックは、セラミッ
ク基板の内部に静電電極および抵抗発熱体が形成された
静電チャックであって、上記静電電極およびその近傍を
含む層、および、上記静電電極より下のセラミック層
は、破壊時に粒界破壊の性状を呈し、その他のセラミッ
ク層は、破壊時に粒子内破壊の性状を呈することを特徴
とする。
Further, the electrostatic chuck of the present invention is an electrostatic chuck in which an electrostatic electrode and a resistance heating element are formed inside a ceramic substrate, wherein the layer including the electrostatic electrode and its vicinity is provided. The ceramic layer below the electrostatic electrode exhibits a property of grain boundary fracture at the time of fracture, and the other ceramic layers exhibit a property of intra-particle fracture at the time of fracture.

【0019】本発明のセラミック基板は、その内部に形
成された導体が、静電電極および抵抗発熱体である場
合、本発明の静電チャックとして機能するものである。
従って、以下の説明においては、本発明のセラミック基
板の一実施形態である静電チャックを中心に行うことと
する。
The ceramic substrate of the present invention functions as the electrostatic chuck of the present invention when the conductor formed therein is an electrostatic electrode and a resistance heating element.
Therefore, in the following description, the description will focus on the electrostatic chuck which is one embodiment of the ceramic substrate of the present invention.

【0020】図1は、本発明の静電チャックを模式的に
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。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing the electrostatic chuck of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of the electrostatic chuck shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 2 is a sectional view taken along line BB of the electrostatic chuck shown in FIG. 1.

【0021】この静電チャック101では、円板形状の
セラミック基板1の表面に、半円弧状部2aと櫛歯部2
bとからなるチャック正極静電層2と、同じく半円弧状
部3aと櫛歯部3bとからなるチャック負極静電層3と
からなる静電電極層が、櫛歯部2bと櫛歯部3bとを交
差させるように対向して形成されており、この静電電極
層の上に薄いセラミック誘電体膜4が形成されている。
また、図示はしないが、セラミック基板1は、その破壊
断面の性状が異なる上層と下層との2層から構成されて
いる。
In this electrostatic chuck 101, a semicircular arc portion 2a and a comb tooth portion 2 are formed on the surface of a disc-shaped ceramic substrate 1.
b, and an electrostatic electrode layer composed of a chuck negative electrode electrostatic layer 3 also composed of a semicircular arc-shaped part 3a and a comb tooth part 3b, and a comb tooth part 2b and a comb tooth part 3b And a thin ceramic dielectric film 4 is formed on this electrostatic electrode layer.
Although not shown, the ceramic substrate 1 is composed of two layers, an upper layer and a lower layer, whose fracture cross sections have different properties.

【0022】また、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。また、この静電チャック101上には、シリコ
ンウエハ9が載置され、接地されている。
The chuck positive electrode electrostatic layer 2 and the chuck negative electrode electrostatic layer 3 have a positive side and a negative side of a DC power supply, respectively.
Is connected to the side, the DC voltage V 2 is adapted to be applied. A silicon wafer 9 is mounted on the electrostatic chuck 101 and is grounded.

【0023】一方、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13が接
続、固定され、電圧V1 が印加されるようになってい
る。また、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14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15とが形成されている。
On the other hand, a resistance heating element 5 having a concentric circular shape in plan view as shown in FIG. 3 is provided inside the ceramic substrate 1 for controlling the temperature of the silicon wafer 9. at both ends of the external terminals 13 connected, is fixed, so that the voltages V 1 is applied. Although not shown in FIGS. 1 and 2, this ceramic substrate 1 supports and raises and lowers a bottomed hole 14 for inserting a temperature measuring element and a silicon wafer 9 as shown in FIG. A through hole 15 for inserting a lifter pin (not shown) is formed.

【0024】そして、チャック正極静電層2とチャック
負極静電層3との間に直流電圧V2 を印加すると、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(クーロン力)により、セラ
ミック誘電体膜4に吸着され、固定される。
When a DC voltage V 2 is applied between the chucking positive electrode electrostatic layer 2 and the chucking negative electrode electrostatic layer 3, the silicon wafer 9 moves between the chucking positive electrode electrostatic layer 2 and the chucking negative electrode electrostatic layer 3. It is adsorbed and fixed to the ceramic dielectric film 4 by an electrostatic action (Coulomb force).

【0025】本発明の静電チャックは、上述した構成を
有し、例えば、図1〜3に示したような実施形態を有す
るものである。以下においては、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
施形態等について、順次、詳細に説明していくことにす
る。
The electrostatic chuck according to the present invention has the above-described configuration, and has, for example, an embodiment as shown in FIGS. In the following, each member constituting the electrostatic chuck and other embodiments of the electrostatic chuck of the present invention will be sequentially described in detail.

【0026】本発明の静電チャックを構成するセラミッ
ク基板では、その上層には、セラミック基板を構成する
元素以外の元素(例えば、ホウ素、ナトリウム、カルシ
ウム、ケイ素、酸素あるいは後述する焼結助剤である希
土類元素等の不純物元素)が微量存在し、この上層を構
成するセラミックを破壊した際、粒子内破壊の性状を呈
する構造となっている。一方、セラミック基板の下層に
は、セラミック基板を構成する元素以外の元素がセラミ
ック粒子の粒界に微量偏在するため、この下層を構成す
るセラミックを破壊した際、粒界破壊の性状を呈する構
造となっている。
In the ceramic substrate constituting the electrostatic chuck of the present invention, an element other than the element constituting the ceramic substrate (for example, boron, sodium, calcium, silicon, oxygen or a sintering aid described later) There is a trace amount of an impurity element such as a rare earth element), and when the ceramic constituting the upper layer is broken, the structure exhibits the property of intraparticle breakage. On the other hand, in the lower layer of the ceramic substrate, elements other than the elements constituting the ceramic substrate are minutely localized at the grain boundaries of the ceramic particles, so that when the ceramic forming the lower layer is broken, the structure exhibits the property of grain boundary destruction. Has become.

【0027】セラミック基板は、上述のように上層と下
層とから構成されているが、これらの層を構成するセラ
ミック材料は、例えば、希土類元素等の不純物の含有量
が異なるほか、主成分は同一の材料よりなる。
The ceramic substrate is composed of the upper layer and the lower layer as described above. The ceramic materials constituting these layers differ in the content of impurities such as rare earth elements, and have the same main components. It consists of material.

【0028】セラミック基板を構成するセラミック材料
の主成分として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。
The main component of the ceramic material constituting the ceramic substrate is not particularly limited, and examples thereof include a nitride ceramic, a carbide ceramic, and an oxide ceramic.

【0029】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。
Examples of the nitride ceramic include metal nitride ceramics, for example, aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, titanium nitride and the like. Further, as the carbide ceramic, metal carbide ceramic,
For example, silicon carbide, zirconium carbide, titanium carbide,
Examples include tantalum carbide and tungsten carbide.

【0030】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。
Examples of the oxide ceramic include metal oxide ceramics such as alumina, zirconia, cordierite, and mullite. These ceramics may be used alone or in combination of two or more.

【0031】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。
Among these ceramics, nitride ceramics and carbide ceramics are more preferable than oxide ceramics. This is because the thermal conductivity is high. Also, among nitride ceramics, aluminum nitride is most preferred. This is because the thermal conductivity is the highest at 180 W / m · K.

【0032】また、これらの材料からなるセラミック基
板を製造する際に用いる原料セラミック粉末の平均粒子
径は、0.2〜1.5μm程度が望ましい。平均粒子径
が0.2μm未満と小さすぎると成形体の嵩密度が低下
しすぎて焼結が良好に進行しにくくなったり、異常粒成
長が発生し、一方、原料セラミック粉末の平均粒子径が
1.5μmを超えると、焼結後のセラミック粒子の粒径
が大きくなりすぎ、上層では粒界破壊の性状を呈し、下
層では、焼結体の曲げ強度、破壊靱性値が低くなる。
The average particle size of the raw material ceramic powder used for producing a ceramic substrate made of these materials is desirably about 0.2 to 1.5 μm. If the average particle size is too small as less than 0.2 μm, the bulk density of the molded body will be too low and sintering will not easily proceed well, or abnormal grain growth will occur, while the average particle size of the raw ceramic powder is If it exceeds 1.5 μm, the particle size of the ceramic particles after sintering becomes too large, the upper layer exhibits the property of grain boundary fracture, and the lower layer has low flexural strength and fracture toughness of the sintered body.

【0033】上記希土類元素等の不純物は、通常、原料
セラミック粉末を焼成する際、その焼結性を高めるため
に添加するものであるが、例えば、上記添加する不純物
がイットリアである場合、上記セラミック基板の上層と
なるグリーンシートを作製する際の上記イットリアの添
加量は、原料セラミック粉末100重量部に対して1.
0重量部以下であることが望ましい。1.0重量部を超
えると、上層を構成するセラミックを破壊した際、粒界
破壊の性状を呈し、セラミック粒子が脱落し、半導体ウ
エハ等の被吸着物にパーティクルを発生させる。上記イ
ットリアの添加量は、原料セラミック粉末100重量部
に対して0.5重量部以下であることがより望ましい。
The above-mentioned impurities such as rare earth elements are usually added in order to enhance the sinterability of the raw material ceramic powder when it is fired. For example, when the added impurities are yttria, The amount of the above-mentioned yttria added when producing the green sheet to be the upper layer of the substrate is 1.
It is desirable that the content be 0 parts by weight or less. When the content exceeds 1.0 part by weight, when the ceramic constituting the upper layer is broken, the property of grain boundary destruction is exhibited, the ceramic particles fall off, and particles are generated on an adsorbed object such as a semiconductor wafer. The addition amount of the above yttria is more preferably 0.5 part by weight or less based on 100 parts by weight of the raw ceramic powder.

【0034】一方、セラミック基板の下層では、上記イ
ットリアの添加量は、原料セラミック粉末100重量部
に対して1.0〜20重量部程度であることが望まし
い。1.0重量部未満であると、その破壊断面が粒子内
破壊の性状を呈し、セラミック粉末の焼結が不充分であ
るため、その内部に多くの気孔が存在し、この気孔中を
電子が飛跳することによる短絡が発生することがあり、
一方、20重量部を超えると、焼成されたセラミック基
板の強度や熱伝導率が低下してしまう場合がある。
On the other hand, in the lower layer of the ceramic substrate, the amount of the above-mentioned yttria is desirably about 1.0 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw ceramic powder. If the amount is less than 1.0 part by weight, the fractured cross section exhibits the property of intra-particle fracture, and the sintering of the ceramic powder is insufficient, so that many pores are present inside the pores and electrons are passed through the pores. Short circuit may occur by jumping,
On the other hand, if it exceeds 20 parts by weight, the strength and thermal conductivity of the fired ceramic substrate may be reduced.

【0035】セラミック基板の上層を構成するセラミッ
ク粒子の平均粒子径は、2μm以下に制御され、下層を
構成するセラミック粒子の平均粒子径は、2〜10μm
の範囲に制御されていることが望ましい。セラミック粒
子の平均粒子径をこのような範囲に制御することで、セ
ラミック基板の上層では粒子内破壊の性状を呈し、下層
では粒界破壊の性状を呈するからである。
The average particle diameter of the ceramic particles constituting the upper layer of the ceramic substrate is controlled to 2 μm or less, and the average particle diameter of the ceramic particles constituting the lower layer is 2 to 10 μm.
Is desirably controlled within the range. By controlling the average particle diameter of the ceramic particles in such a range, the upper layer of the ceramic substrate exhibits the property of intra-particle fracture and the lower layer exhibits the property of grain boundary fracture.

【0036】なお、上記セラミック粒子の平均粒子径の
測定は以下の通りにして求める。まず、5つの試料を用
意し、一つの試料につき、10箇所を電子顕微鏡で撮影
し、粒子一つについて、最大の直径と最小の直径とから
その平均を求め、これをこの粒子の粒子径とし、同様に
して画像中の粒子について粒子径の平均を求めて一画像
の平均の粒子径を測定する。次に、他の画像について、
同様にして平均の粒子径を求め、これらの平均の粒子径
を平均することで、セラミック基板のセラミック粒子の
平均粒子径とする。
The average particle size of the ceramic particles is measured as follows. First, five samples are prepared, and 10 points are photographed with an electron microscope for each sample, and the average of the maximum diameter and the minimum diameter is obtained for one particle, and this is defined as the particle diameter of the particle. Similarly, the average of the particle diameters of the particles in the image is obtained, and the average particle diameter of one image is measured. Next, for other images,
Similarly, the average particle diameter is determined, and the average particle diameter is averaged to obtain the average particle diameter of the ceramic particles of the ceramic substrate.

【0037】このような平均粒子径のセラミック基板を
製造する方法は、特に限定されるものではないが、上述
したような条件で焼結助剤(イットリア)0.5重量%
以下を添加した後、焼成処理を施す際、その焼成温度を
1600℃以上、1800℃未満に保つことにより製造
することができる。焼成温度が1600℃未満である
と、セラミック粒子の焼結の進行が不充分である場合が
あり、一方、焼成温度が1800℃以上であると、セラ
ミック基板の上層ではセラミック粒子の平均粒子径が2
μmを超え、下層では10μmを超えるものとなる場合
がある。
The method for producing a ceramic substrate having such an average particle diameter is not particularly limited, but 0.5% by weight of a sintering aid (yttria) under the conditions described above.
After the addition of the following, it can be manufactured by maintaining the firing temperature at 1600 ° C. or higher and lower than 1800 ° C. when performing the firing process. If the firing temperature is lower than 1600 ° C., the progress of sintering of the ceramic particles may be insufficient. On the other hand, if the firing temperature is 1800 ° C. or higher, the average particle diameter of the ceramic particles in the upper layer of the ceramic substrate may be reduced. 2
In some cases, it may exceed 10 μm in the lower layer.

【0038】なお、上記上層となるグリーンシートを作
製する際に添加されたイットリアは、焼結体中に、殆ど
存在しない場合もある。例えば、窒化アルミニウム焼結
体を製造する際に、0.5重量%以下のイットリアを添
加した場合、焼結過程においてイットリアは外部に向か
って拡散し、表面から飛散するため、焼結体内に殆ど残
留していない。上記上層は、このように粒界に存在する
焼結助剤等の不純物の量が非常に少ないため、上層を構
成するセラミック粒子同士が強固に結合している。従っ
て、この上層に大きな力を作用させても、粒子境界で破
壊が発生せず、粒子内の原子同士の結合が比較的弱い結
晶面で破壊が進行するのである。
In some cases, the yttria added when producing the green sheet as the upper layer is hardly present in the sintered body. For example, when 0.5% by weight or less of yttria is added when manufacturing an aluminum nitride sintered body, the yttria diffuses outward during the sintering process and scatters from the surface, so that almost no yttria is contained in the sintered body. No residue. Since the amount of impurities such as the sintering aid present at the grain boundaries is very small in the upper layer, the ceramic particles constituting the upper layer are strongly bonded to each other. Therefore, even if a large force is applied to this upper layer, no destruction occurs at the grain boundaries, and destruction proceeds on the crystal plane where the bonds between atoms in the grains are relatively weak.

【0039】また、セラミック基板の上層は、酸化性雰
囲気で焼成したセラミック粉末を用いることによっても
形成することができる。この場合、上述したような原料
セラミック粉末を、酸素または空気中で500〜100
0℃で加熱することが望ましい。
The upper layer of the ceramic substrate can also be formed by using ceramic powder fired in an oxidizing atmosphere. In this case, the raw material ceramic powder as described above is mixed with oxygen or air for 500 to 100 times.
It is desirable to heat at 0 ° C.

【0040】セラミック基板の上層は、5〜5000μ
mの厚さであることが望ましい。これは、上記静電チャ
ックのセラミック誘電体膜と同程度の厚さである。ただ
し、上層と静電電極との間に、2〜2000μm程度の
下層と同じ組成のものが存在していてもよい。これは、
例えば、静電電極の正極と負極との間の短絡を防止する
必要がある場合があるからである。従って、そのような
おそれがない場合には、静電電極の下部近傍の5〜50
00μmの範囲内にも、上層が存在してもよい。そし
て、セラミック基板から上記上層を除いた部分が、セラ
ミック基板の下層となる。この下層部分には、セラミッ
ク基板中に形成された抵抗発熱体、または、抵抗発熱体
と静電電極とが埋設されている。
The upper layer of the ceramic substrate has a thickness of 5 to 5000 μm.
m. This is about the same thickness as the ceramic dielectric film of the electrostatic chuck. However, a material having the same composition as that of the lower layer of about 2 to 2000 μm may exist between the upper layer and the electrostatic electrode. this is,
For example, it is necessary to prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode of the electrostatic electrode in some cases. Therefore, when there is no such fear, 5 to 50 near the lower part of the electrostatic electrode is used.
An upper layer may be present in the range of 00 μm. Then, the portion excluding the upper layer from the ceramic substrate becomes the lower layer of the ceramic substrate. In this lower layer portion, a resistance heating element formed in a ceramic substrate, or a resistance heating element and an electrostatic electrode are embedded.

【0041】また、上層は、0.05〜10重量%の酸
素を含有していることが望ましい。これにより、粒子同
士の結合が強くなる。上層に酸素を含有させるために
は、例えば、窒化アルミニウムの粉末を酸化性雰囲気で
焼成し、表面に酸素(アルミナ)を有する粉末とした
後、焼成する方法、窒化アルミニウムの粉末を酸化性雰
囲気で焼成し、表面に酸素(アルミナ)を有する粉末と
した後、CaOの粉末を添加し焼成する方法、窒化アル
ミニウムの粉末にCaOの粉末を添加し、酸化性雰囲気
で焼成する方法等が望ましい。酸素含有量が0.05重
量%未満では、焼結が進まず粒子境界で破壊が生じ、ま
た、欠陥が生ずるため、高温での曲げ強度が低下し、一
方、10重量%を超えると、粒子境界に偏析した酸素等
が欠陥となり、やはり、高温での曲げ強度が低下する。
The upper layer desirably contains 0.05 to 10% by weight of oxygen. Thereby, the bonding between the particles is strengthened. In order to contain oxygen in the upper layer, for example, a method of baking aluminum nitride powder in an oxidizing atmosphere to obtain a powder having oxygen (alumina) on the surface and then baking the aluminum nitride powder in an oxidizing atmosphere After baking to obtain a powder having oxygen (alumina) on the surface, a method of adding CaO powder and baking, a method of adding CaO powder to aluminum nitride powder and baking in an oxidizing atmosphere are desirable. If the oxygen content is less than 0.05% by weight, sintering does not proceed, and fracture occurs at the grain boundaries, and defects occur, so that the flexural strength at high temperatures decreases. Oxygen or the like segregated at the boundary becomes a defect, and the bending strength at high temperatures also decreases.

【0042】上記上層は、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。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難し
くなるからである。また、上記気孔径は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。なお、上記のように、セラミック
誘電体膜である上層中にある程度の気孔があってもよい
としているのは、上記セラミック誘電体膜の表面にある
程度の開気孔が存在する方が、シリコンウエハ等の被吸
着物のデチャックをスムーズに行うことができるからで
ある。
The upper layer has a maximum pore size of 50 μm.
And a porosity of 5% or less. If the pore diameter of the largest pore exceeds 50 μm, it becomes difficult to secure the withstand voltage characteristics at high temperatures (especially at 200 ° C. or higher). More preferably, the pore diameter is 10 μm or less. This is because the amount of warpage at 200 ° C. or higher is reduced. Note that, as described above, a certain amount of pores may be present in the upper layer which is a ceramic dielectric film, because the presence of a certain amount of open pores on the surface of the ceramic dielectric film means that a silicon wafer or the like exists. This is because the object to be sucked can be smoothly dechucked.

【0043】一方、下層は全く気孔が存在しないか、気
孔が存在する場合はその気孔率は5%以下であることが
望ましく、最大気孔の気孔径は50μm以下であること
が望ましい。上記気孔率が5%を超えると、この気孔中
を電子が飛跳してしまい、下層中に形成された静電電極
間および抵抗発熱体間、および、静電電極と抵抗発熱体
との間の絶縁性を確保することができない。
On the other hand, the lower layer has no porosity or, if porosity exists, its porosity is preferably 5% or less, and the maximum pore size is preferably 50 μm or less. If the porosity exceeds 5%, electrons jump in the pores, and between the electrostatic electrodes and the resistance heating elements formed in the lower layer, and between the electrostatic electrodes and the resistance heating elements. Cannot ensure the insulation properties of

【0044】なお、本発明の静電チャックを構成するセ
ラミック基板の上層と下層とでは、気孔率が異なってい
るが、セラミック基板全体として気孔率は、5%以下
で、最大気孔の気孔径が50μm以下であることが望ま
しい。上記気孔率が5%を超えると、セラミック基板中
の気孔数が増加し、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り、このような構造
のセラミック基板では、耐電圧が低下してしまうからで
ある。また、最大気孔の気孔径が50μmを超えると、
セラミック基板の厚さに対する気孔径の比率が大きくな
り、また、気孔同士か連通する割合も多くなるため、や
はり耐電圧が低下してしまうからである。気孔率は、0
または3%以下がより好ましく、最大気孔の気孔径は、
0または10μm以下がより好ましい。
The porosity differs between the upper layer and the lower layer of the ceramic substrate constituting the electrostatic chuck of the present invention. The porosity of the ceramic substrate as a whole is 5% or less, and the maximum pore diameter is It is desirable that it is 50 μm or less. If the porosity exceeds 5%, the number of pores in the ceramic substrate increases, and the pore diameter becomes too large. As a result, the pores easily communicate with each other. This is because the voltage drops. Further, when the pore diameter of the maximum pore exceeds 50 μm,
This is because the ratio of the pore diameter to the thickness of the ceramic substrate increases, and the proportion of the pores communicating with each other also increases, so that the withstand voltage also decreases. The porosity is 0
Or 3% or less is more preferable, and the pore diameter of the maximum pore is
0 or 10 μm or less is more preferable.

【0045】上記気孔率は、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。
The porosity is measured by the Archimedes method. Pulverize the sintered body, put the pulverized material in an organic solvent or mercury, measure the volume, calculate the true specific gravity from the weight and volume of the pulverized material, and calculate the porosity from the true specific gravity and the apparent specific gravity .

【0046】上記最大気孔の気孔径を測定するには、試
料を5個用意し、その表面を鏡面研磨し、2000〜5
000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、5
0ショットの平均を最大気孔の気孔径とする。
In order to measure the pore diameter of the maximum pore, five samples are prepared, and the surfaces thereof are mirror-polished and
The surface is photographed at 10 times with an electron microscope at a magnification of 000 times. Then, the largest pore diameter is selected from the photographed photograph, and 5
The average of 0 shots is defined as the maximum pore diameter.

【0047】次に、上述した上層と下層とからなるセラ
ミック基板全体の特性について説明する。上記セラミッ
ク基板は、明度がJIS Z 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。
Next, the characteristics of the entire ceramic substrate including the above-described upper layer and lower layer will be described. It is preferable that the ceramic substrate has a brightness of N4 or less as a value based on the specification of JIS Z 8721. This is because a material having such brightness is excellent in radiant heat and concealing property. Further, such a ceramic substrate can accurately measure the surface temperature by using a thermoviewer.

【0048】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など歩
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〜
N10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。
Here, the lightness N is defined as 0 for an ideal black lightness, 10 for an ideal white lightness, and a brightness of the color between these black lightness and white lightness. Each color is divided into 10 so that the perception of the color becomes a constant rate, and displayed by symbols N0 to N10. And the actual measurement is N0
The comparison is performed with the color chart corresponding to N10. In this case, the first decimal place is 0 or 5.

【0049】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などに応じて適宜カー
ボンの種類を選択することができる。
The ceramic substrate having such characteristics has a carbon content of 100 to 5000 p in the ceramic substrate.
pm. There are two types of carbon, amorphous and crystalline.Amorphous carbon can suppress a decrease in volume resistivity of a ceramic substrate at a high temperature. Since the decrease in thermal conductivity at high temperatures can be suppressed, the type of carbon can be appropriately selected according to the purpose of the substrate to be manufactured.

【0050】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、グラファイト粉末など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、結晶性(非晶性)の程度を調整することもでき
る。
The amorphous carbon is, for example, C, H, O
Hydrocarbons, preferably saccharides, can be obtained by calcining in air, and graphite powder or the like can be used as the crystalline carbon. In addition, carbon can be obtained by thermally decomposing the acrylic resin under an inert atmosphere and then heating and pressurizing. However, by changing the acid value of the acrylic resin, it is possible to obtain a crystalline (non-crystalline) material. Can be adjusted.

【0051】また、上記セラミック基板の厚さは、20
mm以下であることが望ましい。セラミック基板の厚さ
が20mm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、セラミック基板を加熱、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するか
らである。また、その厚さは、0.5mm以上であるこ
とが望ましい。0.5mmより薄いと、セラミック基板
の強度自体が低下するため破損しやすくなる。より望ま
しくは、1.5mmを超え5mm以下である。5mmよ
り厚くなると、熱が伝搬しにくくなり、加熱の効率が低
下する傾向が生じ、一方、1.5mm以下であると、セ
ラミック基板中を伝搬する熱が充分に拡散しないため加
熱面に温度のばらつきが発生することがあり、また、セ
ラミック基板の強度が低下して破損する場合があるから
である。
The thickness of the ceramic substrate is 20
mm or less. If the thickness of the ceramic substrate exceeds 20 mm, the heat capacity of the ceramic substrate may be too large, and if the ceramic substrate is heated and cooled, the temperature followability is reduced due to the large heat capacity. Further, its thickness is desirably 0.5 mm or more. When the thickness is smaller than 0.5 mm, the strength of the ceramic substrate itself is reduced, so that the ceramic substrate is easily broken. More preferably, it is more than 1.5 mm and 5 mm or less. When the thickness is more than 5 mm, the heat becomes difficult to propagate, and the heating efficiency tends to decrease. On the other hand, when the thickness is less than 1.5 mm, the heat propagating in the ceramic substrate is not sufficiently diffused, so that the temperature of the heating surface is reduced. This is because variations may occur, and the strength of the ceramic substrate may be reduced to cause breakage.

【0052】上記セラミック基板は、その直径は190
mmを超えるものが望ましい。特に12インチ(300
mm)以上であることが望ましい。次世代のシリコンウ
エハの主流となるからである。また、上記セラミック基
板は、円板であることが望ましい。通常、シリコンウエ
ハなどの円形の被処理物を吸着、加熱するからである。
The ceramic substrate has a diameter of 190.
mm is desirable. Especially 12 inches (300
mm) or more. This is because it will become the mainstream of next-generation silicon wafers. Further, the ceramic substrate is desirably a disk. This is because a circular object to be processed such as a silicon wafer is usually attracted and heated.

【0053】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
りセラミック基板(静電チャック)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。
In the present invention, a thermocouple can be embedded in the ceramic substrate as required. This is because the temperature of the ceramic substrate (electrostatic chuck) can be measured with a thermocouple, and the voltage and current amount can be changed based on the data to control the temperature.

【0054】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、S型、E型、J型、T型熱電対が挙
げられる。
The size of the junction of the metal wires of the thermocouple is preferably equal to or larger than the element diameter of each metal wire and 0.5 mm or less. With such a configuration, the heat capacity of the junction is reduced, and the temperature is accurately and quickly converted to a current value. For this reason, the temperature controllability is improved and the temperature distribution on the heated surface of the wafer is reduced. Examples of the thermocouple include J
As listed in IS-C-1602 (1980),
K-type, R-type, B-type, S-type, E-type, J-type, and T-type thermocouples are exemplified.

【0055】本発明の静電チャックにおいて形成される
静電電極としては、図2に示したような形状の静電電極
が挙げられ、その材質としては、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。
As the electrostatic electrode formed in the electrostatic chuck of the present invention, an electrostatic electrode having a shape as shown in FIG. 2 can be mentioned. Body, metal foil and the like.

【0056】上記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。また、上記金属箔も、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。
As the metal sintered body, tungsten,
Those composed of at least one selected from molybdenum are preferred. Further, it is desirable that the metal foil is also made of the same material as the metal sintered body. This is because these metals are relatively hard to be oxidized and have sufficient conductivity as electrodes.
As the conductive ceramic, at least one selected from carbides of tungsten and molybdenum can be used.

【0057】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
に示した静電チャック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5に示した静電チャッ
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33a、33bは、それぞれ交差するように形成され
ている。静電チャックには、RF電極を設けておいても
よい。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。
FIGS. 4 and 5 are horizontal sectional views schematically showing electrostatic electrodes in another electrostatic chuck.
In the electrostatic chuck 20 shown in FIG. 5, a semicircular chuck positive electrode electrostatic layer 22 and a chuck negative electrode electrostatic layer 23 are formed inside the ceramic substrate 1, and in the electrostatic chuck shown in FIG. Inside 1 are formed chuck positive electrostatic layers 32a and 32b and chuck negative electrostatic layers 33a and 33b each having a shape obtained by dividing a circle into four parts. Further, the two positive electrode electrostatic layers 22a and 22b and the two chuck negative electrode electrostatic layers 33a and 33b are formed to cross each other. An RF electrode may be provided on the electrostatic chuck. In the case of forming an electrode in which a circular electrode or the like is divided, the number of divisions is not particularly limited, and may be five or more, and the shape is not limited to a sector.

【0058】これらの静電電極は、上述した通り、セラ
ミック基板の下層中に形成されている。従って、これら
の静電電極と外部端子とを接続するための接続部(スル
ーホール)が必要となる。このスルーホールは、タング
ステンペースト、モリブデンペースト等の高融点金属、
タングステンカーバイト、モリブデンカーバイト等の導
電性セラミックを充填することにより形成される。
As described above, these electrostatic electrodes are formed in the lower layer of the ceramic substrate. Therefore, a connecting portion (through hole) for connecting these electrostatic electrodes to external terminals is required. This through hole is made of high melting point metal such as tungsten paste, molybdenum paste, etc.
It is formed by filling a conductive ceramic such as tungsten carbide or molybdenum carbide.

【0059】上記スルーホールの直径は、0.1〜10
mm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。このスルーホールを
接続パッドとして外部端子を接続する。
The diameter of the through hole is 0.1 to 10
mm is desirable. This is because cracks and distortion can be prevented while preventing disconnection. External terminals are connected using the through holes as connection pads.

【0060】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。
The connection is made by solder or brazing material. As brazing materials, silver brazing, palladium brazing, aluminum brazing,
Use gold brazing. As the gold solder, an Au-Ni alloy is desirable. This is because the Au-Ni alloy has excellent adhesion to tungsten.

【0061】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。
The ratio of Au / Ni is [81.5-82.
5 (% by weight)] / [18.5 to 17.5 (% by weight)] is desirable. The thickness of the Au—Ni layer is desirably 0.1 to 50 μm. This is because the range is sufficient to secure the connection.
Moreover, 500-1000 at a high vacuum of 10 -6 to 10 -5 Pa.
When used at high temperature of ℃, Au-Cu alloy deteriorates,
An Au-Ni alloy is advantageous without such deterioration.
The total amount of impurity elements in the Au—Ni alloy is 100%.
It is desirable that the amount be less than 1 part by weight when it is used as a part by weight.

【0062】上記セラミック基板の下層中に形成される
抵抗発熱体としては、図3に示したような互いに二重の
同心円同士が一組の回路として、一本の線になるように
形成されたパターンのもののほか、例えば、渦巻き、偏
心円、屈曲線等のパターンのものを挙げることができる
が、セラミック基板の全体の温度を均一にすることがで
きる点から、図3に示したような同心円状のものか、ま
たは、同心円と屈曲形状とを組み合わせたものが好まし
い。
As the resistance heating element formed in the lower layer of the ceramic substrate, double concentric circles as shown in FIG. 3 were formed as one set of circuits to form a single line. In addition to the pattern, for example, a pattern such as a spiral, an eccentric circle, a bent line, etc., can be cited. However, the concentric circle as shown in FIG. Or a combination of concentric circles and bent shapes.

【0063】また、上記抵抗発熱体の材質としては、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。
As the material of the resistance heating element, for example, a sintered body of metal or conductive ceramic, metal foil,
Metal wires and the like.

【0064】上記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。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。
As the metal sintered body, tungsten,
At least one selected from molybdenum is preferred. This is because these metals are relatively hard to oxidize and have a resistance value sufficient to generate heat. The metal particles used in the metal sintered body may be spherical, scaly, or a mixture of spherical and scaly.

【0065】また、上記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。
As the conductive ceramic, at least one selected from carbides of tungsten and molybdenum can be used.

【0066】上記金属焼結体中には、金属酸化物を添加
してもよい。この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。
A metal oxide may be added to the metal sintered body. The reason for using this metal oxide is to bring the ceramic substrate and the metal particles into close contact with each other. Although the reason why the metal oxide improves the adhesion between the ceramic substrate and the metal particles is not clear, the surface of the metal particles has a slight oxide film formed thereon, and the ceramic substrate is formed of an oxide. Of course, even if it is a non-oxide ceramic,
An oxide film is formed on the surface. Therefore, it is considered that this oxide film is sintered and integrated on the surface of the ceramic substrate via the metal oxide, so that the metal particles and the ceramic substrate adhere to each other.

【0067】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 23 )、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
密着性を改善することができるからである。
As the metal oxide, for example,
Lead, zinc oxide, silica, boron oxide (B Two OThree ), Al
At least one selected from Mina, Yttria and Titania
Species are preferred. These oxides have the resistance value of the resistance heating element.
Between the metal particles and the ceramic substrate without increasing the
This is because adhesion can be improved.

【0068】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。
It is desirable that the amount of the metal oxide is 0.1 to less than 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal particles. By using a metal oxide in this range,
This is because the resistance value does not become too large and the adhesion between the metal particles and the ceramic substrate can be improved.

【0069】また、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホ
ウ素(B23 )、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。
The ratios of lead oxide, zinc oxide, silica, boron oxide (B 2 O 3 ), alumina, yttria, and titania are such that when the total amount of metal oxide is 100 parts by weight, 10 parts by weight, 1 to 30 parts by weight of silica, 5 to 50 parts by weight of boron oxide, 20 to 7 parts of zinc oxide
0 parts by weight, alumina 1 to 10 parts by weight, yttria 1
-50 parts by weight and titania of 1-50 parts by weight are preferred.
However, it is desirable that the total be adjusted so that the total does not exceed 100 parts by weight. This is because these ranges can particularly improve the adhesion to the ceramic substrate.

【0070】上記金属箔としては、例えば、ニッケル
箔、ステンレス箔等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。また、上記金属線と
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。上記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。
As the above-mentioned metal foil, for example, it is desirable to use a nickel foil, a stainless steel foil or the like as a resistance heating element by patterning it by etching or the like. Examples of the metal wire include a tungsten wire and a molybdenum wire. The above patterned metal foils may be bonded together with a resin film or the like.

【0071】上記抵抗発熱体は、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。
The resistance heating element may be provided in a plurality of layers.
In this case, it is desirable that the patterns of the respective layers are formed so as to complement each other, and that the pattern is formed on any layer when viewed from the heating surface. For example, the structure is a staggered arrangement.

【0072】また、上記抵抗発熱体は、上記セラミック
基板の底面からその厚さの60%の範囲までに設けるこ
とが望ましい。熱が加熱面に到達するまでに拡散し、加
熱面の温度が均一になりやすいからである。
Further, it is desirable that the resistance heating element is provided within a range of 60% of the thickness from the bottom surface of the ceramic substrate. This is because heat is diffused before reaching the heating surface, and the temperature of the heating surface tends to be uniform.

【0073】上記抵抗発熱体の厚さは、1〜50μm程
度であることが好ましく、その幅は、5〜20μm程度
であることが好ましい。また、抵抗発熱体は、断面形状
が矩形であっても、楕円であってもよいが、偏平である
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、加熱面の温度分布ができにくいからである。
また、抵抗発熱体の断面のアスペクト比(抵抗発熱体の
幅/抵抗発熱体の厚さ)は、200〜5000とするこ
とが望ましい。
The resistance heating element preferably has a thickness of about 1 to 50 μm and a width of about 5 to 20 μm. The resistance heating element may have a rectangular or elliptical cross section, but is preferably flat. This is because the flat surface is more likely to dissipate heat toward the heating surface, so that the temperature distribution on the heating surface is less likely to occur.
The aspect ratio of the cross section of the resistance heating element (the width of the resistance heating element / the thickness of the resistance heating element) is desirably 200 to 5,000.

【0074】また、上記抵抗発熱体はセラミック基板の
下層中に形成されているため、上述した静電電極の場合
と同様に、外部端子と接続するためのスルーホールを設
ける必要がある。このスルーホールは、上述した静電電
極を接続するためのスルーホールと同様のものを挙げる
ことができる。
Further, since the resistance heating element is formed in the lower layer of the ceramic substrate, it is necessary to provide a through hole for connecting to an external terminal as in the case of the above-mentioned electrostatic electrode. This through hole may be the same as the through hole for connecting the electrostatic electrode described above.

【0075】また、上記抵抗発熱体は、セラミック基板
の底面に形成されていてもよい。この場合、上述したよ
うな金属粒子等を含む抵抗発熱体用の導体ペーストをセ
ラミック基板の底面に塗布して所定のパターンの導体ペ
ースト層を形成した後、これを焼き付け、セラミック基
板の底面で金属粒子等を焼結させる方法が好ましい。な
お、金属の焼結は、金属粒子同士および金属粒子とセラ
ミックとが融着していれば充分である。
Further, the resistance heating element may be formed on the bottom surface of the ceramic substrate. In this case, a conductor paste for a resistance heating element containing metal particles or the like as described above is applied to the bottom surface of the ceramic substrate to form a conductor paste layer of a predetermined pattern, which is then baked, and the metal paste is applied to the bottom surface of the ceramic substrate. A method of sintering particles or the like is preferred. The sintering of the metal is sufficient if the metal particles and the metal particles and the ceramic are fused.

【0076】上記導体ペーストとしては特に限定されな
いが、上述した金属粒子または導電性セラミックが含有
されているほか、樹脂、溶剤、増粘剤等を含むものが好
ましい。
The conductive paste is not particularly limited, but preferably contains not only the above-mentioned metal particles or conductive ceramic but also a resin, a solvent, a thickener and the like.

【0077】上記樹脂としては、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、上記溶剤と
しては、例えば、イソプロピルアルコール等が挙げられ
る。上記増粘剤としては、例えば、セルロース等が挙げ
られる。
Examples of the resin include an epoxy resin and a phenol resin. Examples of the solvent include isopropyl alcohol. Examples of the thickener include cellulose and the like.

【0078】抵抗発熱体をセラミック基板の底面に形成
した場合の抵抗発熱体の厚さは、1〜30μmであるこ
とが好ましく、1〜10μmであることがより好まし
い。また、その幅は、0.1〜20mmであることが好
ましく、0.1〜5mmであることがより好ましい。
When the resistance heating element is formed on the bottom surface of the ceramic substrate, the thickness of the resistance heating element is preferably 1 to 30 μm, more preferably 1 to 10 μm. Further, the width is preferably 0.1 to 20 mm, more preferably 0.1 to 5 mm.

【0079】また、そのアスペクト比は、10〜200
であることが望ましい。このアスペクト比は、抵抗発熱
体をセラミック基板の底面に形成した場合の方がセラミ
ック基板の内部に抵抗発熱体を形成したものに比べて大
きくなるが、これは、抵抗発熱体をセラミック基板の内
部に設けると、加熱面と抵抗発熱体との距離が短くな
り、表面の温度均一性が低下するため、抵抗発熱体自体
を偏平にする必要があるからである。また、このような
抵抗発熱体は、その表面を金属被覆層で被覆されている
ことが望ましい。抵抗発熱体の表面が酸化されて抵抗値
が変化することを防止するためである。
The aspect ratio is 10 to 200.
It is desirable that This aspect ratio is larger when the resistance heating element is formed on the bottom surface of the ceramic substrate than when the resistance heating element is formed inside the ceramic substrate. This is because the distance between the heating surface and the resistance heating element is shortened and the temperature uniformity of the surface is reduced, so that it is necessary to flatten the resistance heating element itself. Further, it is desirable that the surface of such a resistance heating element is covered with a metal coating layer. This is for preventing the surface of the resistance heating element from being oxidized to change the resistance value.

【0080】本発明の静電チャックにおける温度制御手
段としては、上記抵抗発熱体のほかに、例えば、ペルチ
ェ素子が挙げられる。
The temperature control means in the electrostatic chuck of the present invention includes, for example, a Peltier element in addition to the above-described resistance heating element.

【0081】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
子は、p型、n型の熱電素子を直列に接続し、これをセ
ラミック基板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。
When a Peltier element is used as the temperature control means, heat is generated by changing the direction of current flow.
This is advantageous because both cooling can be performed. The Peltier element is formed by connecting p-type and n-type thermoelectric elements in series and joining them to a ceramic substrate or the like.
Examples of the Peltier element include a silicon-germanium-based material, a bismuth-antimony-based material, and a lead / tellurium-based material.

【0082】図6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の一例を模式的に示
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41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。また、支持容器41は、静電チャック101を支
持容器41の上面に載置した後、ボルト等の固定部材で
固定するようになっていてもよい。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing an example of a supporting container for disposing the electrostatic chuck of the present invention having the above-described structure. The support container 41 includes the electrostatic chuck 1
01 is fitted through the heat insulating material 45. Further, the support container 41 has a refrigerant outlet 42.
Is formed, and the refrigerant is blown from the refrigerant injection port 44 and goes out of the suction port 43 through the refrigerant discharge port 42, and the electrostatic chuck 101 is cooled by the action of the refrigerant. You can do it. Further, the support container 41 may be configured such that, after the electrostatic chuck 101 is mounted on the upper surface of the support container 41, the support container 41 is fixed with a fixing member such as a bolt.

【0083】以上、本発明のセラミック基板の一実施形
態である本発明の静電チャックについて説明したが、本
発明の半導体製造・検査装置用セラミック基板におい
て、その内部に形成された導体が抵抗発熱体のみである
場合には、上記セラミック基板は、セラミックヒータと
して機能する。図7は、本発明の半導体製造・検査装置
用セラミック基板の一例であるセラミックヒータを模式
的に示した底面図であり、図8は、図7に示したセラミ
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。
The electrostatic chuck of the present invention, which is one embodiment of the ceramic substrate of the present invention, has been described above. However, in the ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus of the present invention, the conductor formed therein has resistance heating. When only the body is used, the ceramic substrate functions as a ceramic heater. FIG. 7 is a bottom view schematically showing a ceramic heater which is an example of the ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus of the present invention, and FIG. 8 is a schematic view showing a part of the ceramic heater shown in FIG. FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view shown.

【0084】図7に示したように、セラミックヒータ2
01を構成するセラミック基板110は、円板状に形成
されており、一方、セラミック基板110の内部には、
複数の抵抗発熱体15が形成され、これらの回路の配置
により、加熱面110aでの温度が均一になるように設
計されている。
As shown in FIG. 7, the ceramic heater 2
01 is formed in a disk shape, while inside the ceramic substrate 110,
A plurality of resistance heating elements 15 are formed, and the arrangement of these circuits is designed so that the temperature on the heating surface 110a becomes uniform.

【0085】セラミック基板110は、図8に示したよ
うに、抵抗発熱体15のわずかに上方を境目として、破
壊時に粒子内破壊の性状を呈する上層108と破壊時に
粒界破壊の性状を呈する下層109とに分かれている。
As shown in FIG. 8, the ceramic substrate 110 has an upper layer 108 exhibiting the property of intragranular fracture at the time of destruction and a lower layer 108 exhibiting the property of intergranular fracture at the time of destruction. 109.

【0086】また、抵抗発熱体15の端部の直下にはス
ルーホール27が設けられ、このスルーホール27が外
部に露出するように袋孔を形成し、該袋孔に入出力用の
外部端子23を挿入し、外部端子23がスルーホール2
7を介して抵抗発熱体15と電源等との接続を図ること
ができるようになっている。なお、図8では、図示して
いないが、この外部端子23に、配線を備えたソケット
等が接続され、電源等との接続が図られている。
A through hole 27 is provided directly below the end of the resistance heating element 15, and a blind hole is formed so that the through hole 27 is exposed to the outside. 23, and the external terminal 23 is
The connection between the resistance heating element 15 and a power supply or the like can be established through the connection 7. Although not shown in FIG. 8, a socket or the like provided with wiring is connected to the external terminal 23 to connect to a power supply or the like.

【0087】また、セラミック基板110には、測温素
子を挿入するための有底孔21が形成されており、中央
に近い部分には、リフターピン26を挿入するための貫
通孔22が形成されている。
A bottomed hole 21 for inserting a temperature measuring element is formed in the ceramic substrate 110, and a through hole 22 for inserting a lifter pin 26 is formed in a portion near the center. ing.

【0088】このリフターピン26は、その上にシリコ
ンウエハ19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19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19
を受け取ったりすることができるとともに、シリコンウ
エハ19をセラミック基板110の加熱面110aに載
置して加熱したり、シリコンウエハ19を加熱面110
aから50〜2000μm離間させた状態で支持し、加
熱することができるようになっている。
The lifter pins 26 can place the silicon wafer 19 on the lifter pin 26 and move it up and down. Wafer 19
Can be received, and the silicon wafer 19 can be placed on the heating surface 110 a of the ceramic substrate 110 and heated, or the silicon wafer 19 can be heated
It can be supported and heated at a distance of 50 to 2000 μm from “a”.

【0089】また、セラミック基板110に貫通孔や凹
部を設け、この貫通孔または凹部に先端が尖塔状または
半球状のリフターピンや支持ピンを挿入した後、リフタ
ーピンや支持ピンをセラミック基板110よりわずかに
突出させた状態で固定し、このリフターピンや支持ピン
でシリコンウエハ19を支持することにより、加熱面1
10aから50〜2000μm離間させた状態で加熱し
てもよい。
Further, a through hole or a concave portion is provided in the ceramic substrate 110, and a lifter pin or a support pin having a spire or a hemispherical tip is inserted into the through hole or the concave portion. By fixing the silicon wafer 19 with the lifter pins and the support pins slightly protruding, the heating surface 1
The heating may be performed in a state of being separated from 10a by 50 to 2000 μm.

【0090】このセラミックヒータ201では、上層1
08は、破壊時に粒子内破壊の性状を呈するような構造
の層であり、この層を構成する粒子同士は強固に接合さ
れているため、加熱面からセラミック粒子の脱落がな
く、上層108からパーティクルが脱落し、シリコンウ
エハ19等の被処理物に付着したり、シリコンウエハ1
9等の被処理物とセラミック基板110の加熱面110
aとの密着不良を防止することができる。一方、下層1
09は、(抵抗発熱体15およびその近傍を含む層、お
よび、抵抗発熱体15より下の層)は、破壊時に粒界破
壊の性状を呈し、気孔の割合が少ないため、抵抗発熱体
15の間の短絡を防止することができる。また、RF電
極が存在する場合、該RF電極もこの下層109中に形
成され、抵抗発熱体15とRF電極との間の短絡も防ぐ
ことができる。
In the ceramic heater 201, the upper layer 1
Reference numeral 08 denotes a layer having a structure exhibiting the property of intra-particle destruction at the time of destruction. Since the particles constituting this layer are firmly bonded to each other, the ceramic particles do not fall off from the heating surface, and the particles from the upper layer 108 Is dropped and adheres to an object to be processed such as the silicon wafer 19 or the silicon wafer 1
9 and the heating surface 110 of the ceramic substrate 110
a can be prevented. On the other hand, lower layer 1
The reference numeral 09 indicates that (the layer including the resistance heating element 15 and its vicinity, and the layer below the resistance heating element 15) exhibit the property of grain boundary destruction at the time of destruction, and the ratio of pores is small. A short circuit between them can be prevented. When an RF electrode is present, the RF electrode is also formed in the lower layer 109, and a short circuit between the resistance heating element 15 and the RF electrode can be prevented.

【0091】また、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が形成され、セラミック基板の内
部に形成された導体層がガード電極であり、そのさらに
下方にもう一つの導体層として、グランド電極が形成さ
れた場合、上記セラミック基板は、ウエハプローバ用セ
ラミック板として機能する。
Further, on the surface of the ceramic substrate of the present invention,
When a chuck top conductor layer is formed, a conductor layer formed inside the ceramic substrate is a guard electrode, and a ground electrode is formed as another conductor layer further below the guard electrode, the ceramic substrate is replaced with a wafer prober. Function as a ceramic plate.

【0092】この場合においても、セラミック基板上部
を、破壊時に粒子内破壊の性状を呈するような構造の層
とすることで、その表面からセラミック粒子の脱落がな
く、被処理物に付着したり、被処理物とセラミック基板
の加熱面との密着不良を防止することができ、上記チャ
ックトップ導体層、ガード電極およびグランド電極を含
む領域を、破壊時に粒界破壊の性状を呈するような構造
の層とすることで、チャックトップ導体層、ガード電極
およびグランド電極との間での短絡や、水平方向に隣接
する導体層同士の短絡を防止することができる。
Also in this case, by forming the upper portion of the ceramic substrate as a layer having a structure of exhibiting the property of intra-particle destruction at the time of destruction, the ceramic particles do not fall off from the surface and adhere to the object to be processed. It is possible to prevent poor adhesion between the object to be processed and the heating surface of the ceramic substrate, and to form a layer including a structure including the chuck top conductor layer, the guard electrode, and the ground electrode so as to exhibit grain boundary destruction when broken. By doing so, a short circuit between the chuck top conductor layer, the guard electrode and the ground electrode, and a short circuit between the horizontally adjacent conductor layers can be prevented.

【0093】次に、本発明の静電チャックの製造方法の
一例を図9(a)〜(d)に示した断面図に基づき説明
する。 (1)まず、窒化物セラミック、炭化物セラミックなど
のセラミックの粉体をバインダおよび溶媒と混合して上
層部用のグリーンシート55及び下層部用のグリーンシ
ート50を得る。上層用のセラミック粉体には、イット
リアやカーボン等の焼結助剤を上述した比率で添加する
か、または、酸化性雰囲気で焼成することにより得られ
た酸素を含有する窒化アルミニウム粉末などを使用する
ことができる。また、下層用のセラミック粉体にも、イ
ットリアやカーボン等の焼結助剤等を上述した比率で添
加する。
Next, an example of the method of manufacturing the electrostatic chuck according to the present invention will be described with reference to the sectional views shown in FIGS. (1) First, a ceramic powder such as a nitride ceramic or a carbide ceramic is mixed with a binder and a solvent to obtain a green sheet 55 for the upper layer and a green sheet 50 for the lower layer. For the ceramic powder for the upper layer, use a sintering aid such as yttria or carbon at the above ratio, or use an aluminum nitride powder containing oxygen obtained by firing in an oxidizing atmosphere. can do. Further, a sintering aid such as yttria or carbon is added to the lower layer ceramic powder in the above-described ratio.

【0094】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50の直上に積層する下層用の
グリーンシート50と上層用のグリーンシート55と
は、セラミック誘電体膜4となる層である。
The lower-layer green sheet 50 and the upper-layer green sheet 55, which are laminated immediately above the green sheet 50 on which the electrostatic electrode layer printed body 51 to be described later is formed, are formed by a layer which becomes the ceramic dielectric film 4. It is.

【0095】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等でシー
ト状に成形してグリーンシート50および55を作製す
る。
The binder is preferably at least one selected from an acrylic binder, ethyl cellulose, butyl cellosolve, and polyvinyl alcohol.
Further, as the solvent, at least one selected from α-terpineol and glycol is desirable. The paste obtained by mixing these is formed into a sheet shape by a doctor blade method or the like to produce green sheets 50 and 55.

【0096】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。グリーンシート50の厚さ
は、0.1〜5mm程度が好ましい。
If necessary, the green sheet 50 may be provided with a through hole for inserting a support pin of a silicon wafer, a concave portion for embedding a thermocouple, a portion for forming a through hole, and the like. The through holes can be formed by punching or the like. The thickness of the green sheet 50 is preferably about 0.1 to 5 mm.

【0097】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
形成し、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5
1、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体ペーストを印刷す
ることにより形成する。
Next, a conductive paste is filled into the through holes of the green sheet 50 to form through-hole prints 53 and 54. Next, a conductor serving as an electrostatic electrode layer or a resistance heating element is formed on the green sheet 50. Print the paste. The printing is performed so as to obtain a desired aspect ratio in consideration of the shrinkage ratio of the green sheet 50.
1. The resistance heating element layer printed body 52 is obtained. The printed body is formed by printing a conductive paste containing conductive ceramic, metal particles, and the like.

【0098】これらの導体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。
As the conductive ceramic particles contained in these conductor pastes, carbides of tungsten or molybdenum are most suitable. This is because it is hard to be oxidized and the thermal conductivity is hard to decrease. Further, as the metal particles, for example, tungsten, molybdenum, platinum, nickel and the like can be used.

【0099】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ペーストを印刷しにくいか
らである。このような導体ペーストとしては、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
したものが最適である。
The average particle size of the conductive ceramic particles and metal particles is preferably 0.1 to 5 μm. This is because it is difficult for these particles to print the conductor paste even if they are too large or too small. As such a conductive paste, 85 to 97 parts by weight of metal particles or conductive ceramic particles, 1.5 to 10 parts by weight of at least one binder selected from acrylic, ethyl cellulose, butyl cellosolve and polyvinyl alcohol, α-terpineol, Optimally, a mixture prepared by mixing 1.5 to 10 parts by weight of at least one solvent selected from glycol, ethyl alcohol and butanol.

【0100】次に、図9(a)に示したように、下層用
の印刷体51、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および
上層用のグリーンシート55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。
Next, as shown in FIG. 9 (a), a green sheet 50 having printed materials 51, 52, 53, 54 for the lower layer, a green sheet 50 having no printed material, and a green sheet 50 for the upper layer. The sheet 55 is laminated. The reason why the green sheet 50 having no printed body is laminated on the side where the resistance heating element is formed is to prevent the end face of the through hole from being exposed and being oxidized during firing for forming the resistance heating element. . If baking for forming the resistance heating element is performed while the end face of the through hole is exposed, it is necessary to sputter a hardly oxidizable metal such as nickel, and more preferably, to coat with Au-Ni gold solder. Is also good.

【0101】(2)次に、図9(b)に示したように、
積層体の加熱および加圧を行い、グリーンシートおよび
導体ペーストを焼結させる。加熱温度は、1600〜1
800℃、加圧は10〜20MPa(100〜200k
g/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、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。
(2) Next, as shown in FIG.
The laminate is heated and pressed to sinter the green sheet and the conductive paste. The heating temperature is 1600-1
800 ° C, pressurization is 10-20MPa (100-200k
g / cm 2 ), and these heating and pressurizing are
Performed under an inert gas atmosphere. As the inert gas, argon, nitrogen, or the like can be used. In this process,
Through holes 16 and 17, chuck positive electrode electrostatic layer 2, chuck negative electrode electrostatic layer 3, resistance heating element 5 and the like are formed.

【0102】(3)次に、図9(c)に示したように、
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。
(3) Next, as shown in FIG.
Bag holes 35 and 36 for connecting external terminals are provided. Blind hole 3
At least a part of the inner wall of each of 5, 5 and 36 is made conductive, and the conductive inner wall is connected to chuck positive electrostatic layer 2, chuck negative electrostatic layer 3, resistance heating element 5, and the like. desirable.

【0103】(4)最後に、図9(d)に示したよう
に、袋孔35、36に半田層(図示せず)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。また、外部端子6、18の接続は
金ろうにより行ってもよい。
(4) Finally, as shown in FIG. 9D, external terminals 6 and 18 are provided in the blind holes 35 and 36 via a solder layer (not shown). Furthermore, if necessary, a bottomed hole can be provided, and a thermocouple can be embedded therein. As the solder, alloys such as silver-lead, lead-tin, and bismuth-tin can be used. The thickness of the solder layer is 0.1 to
50 μm is desirable. This is because the range is sufficient to secure the connection by soldering. Further, the connection of the external terminals 6 and 18 may be performed by using a brazing solder.

【0104】本発明の半導体製造・検査装置用セラミッ
ク基板の表面および内部に導電体が配設され、表面の導
体層がチャックトップ導体層であり、内部の導電体がガ
ード電極またはグランド電極のいずれか少なくとも一方
である場合には、上記セラミック基板は、ウエハプロー
バとして機能する。また、上部表面付近の導体が配設さ
れず、誘電体膜も設けられず、発熱体として導体が形成
されている場合は、本発明のセラミック基板は、ホット
プレートとして機能する。
A conductor is provided on the surface and inside of the ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus of the present invention, the conductor layer on the surface is a chuck top conductor layer, and the conductor inside is either a guard electrode or a ground electrode. In at least one case, the ceramic substrate functions as a wafer prober. When the conductor near the upper surface is not provided, the dielectric film is not provided, and the conductor is formed as a heating element, the ceramic substrate of the present invention functions as a hot plate.

【0105】[0105]

【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9参照)の製造 (1)上層用のグリ−ンシートとして、窒化アルミニウ
ム粉末(平均粒径:0.6μm)100重量部、イット
リア(平均粒径:0.4μm)0.3重量部、アクリル
バインダ12重量部およびアルコールを混合したペース
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51を得た。また、下
層用のグリーンシートとして、窒化アルミニウム粉末
(トクヤマ社製、平均粒径0.2μm)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、窒化ホウ素0.002
重量部、分散剤5重量部および1−ブタノールとエタノ
ールとからなるアルコール530重量部を混合したペー
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50を得た。
The present invention will be described in more detail below. Example 1 Production of Electrostatic Chuck (See FIG. 9) (1) As a green sheet for the upper layer, 100 parts by weight of aluminum nitride powder (average particle size: 0.6 μm), yttria (average particle size: 0.1 μm). Using a paste obtained by mixing 0.3 parts by weight, 12 parts by weight of an acrylic binder, and alcohol by a doctor blade method, a green sheet 51 having a thickness of 0.47 mm was obtained. Also, as a green sheet for the lower layer, 1000 parts by weight of aluminum nitride powder (manufactured by Tokuyama Corporation, average particle size: 0.2 μm), 40 parts by weight of yttria (average particle size: 0.4 μm),
Acrylic binder 115 parts by weight, boron nitride 0.002
Using a paste obtained by mixing 5 parts by weight, 5 parts by weight of a dispersant, and 530 parts by weight of alcohol composed of 1-butanol and ethanol, molding by a doctor blade method was performed.
A green sheet 50 having a thickness of 0.47 mm was obtained.

【0106】(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。
(2) Next, the green sheet is heated to 80 ° C.
After drying for 5 hours, punch 1.8m in diameter
A portion serving as a through hole for inserting a semiconductor wafer support pin having a length of 3.0 mm and 5.0 mm, and a portion serving as a through hole for connecting to an external terminal were provided.

【0107】(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
を下層用グリーンシート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。また、他の下層用グリーンシート5
0に図4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。
(3) 100 parts by weight of tungsten carbide particles having an average particle diameter of 1 μm, acrylic binder 3.0
By weight, 3.5 parts by weight of the α-terpineol solvent and 0.3 parts by weight of the dispersant were mixed to prepare a conductor paste A. A conductive paste B was prepared by mixing 100 parts by weight of tungsten particles having an average particle diameter of 3 μm, 1.9 parts by weight of an acrylic binder, 3.7 parts by weight of an α-terpineol solvent, and 0.2 parts by weight of a dispersant. This conductive paste A
Was printed on the lower layer green sheet 50 by screen printing to form a conductor paste layer. The printing pattern was a concentric pattern. Also, another lower layer green sheet 5
At 0, a conductive paste layer composed of an electrostatic electrode pattern having the shape shown in FIG.

【0108】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
理の終わった下層用グリーンシート50に、さらに、タ
ングステンペーストを印刷しない下層用グリーンシート
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
刷した下層用グリーンシート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下層用グリ
ーンシート50を1枚積層し、そのさらに上に、上層用
グリーンシートを積層した。これらを130℃、8MP
a(80kg/cm2 )の圧力で圧着して積層体を形成
した(図7(a))。
Further, the conductive paste B was filled in through holes for through holes for connecting external terminals. On the green sheet for lower layer 50 after the above treatment, 34 green sheets for lower layer 50 on which the tungsten paste is not printed are further laminated on the upper side (heating surface) and 13 on the lower side.
A lower layer green sheet 50 on which a conductor paste layer composed of an electrostatic electrode pattern is printed is laminated thereon, and a lower layer green sheet 50 on which a tungsten paste is not printed is further laminated thereon, and further thereon. Then, an upper layer green sheet was laminated. These are 130 ° C, 8MP
a (80 kg / cm 2 ) to form a laminate (FIG. 7A).

【0109】(4)次に、得られた積層体を窒素ガス
中、600℃で5時間脱脂し、3時間ホットプレスを1
700℃、圧力:20MPa(200kg/cm2 )の
条件でおこない、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10
μm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))。
(4) Next, the obtained laminate was degreased in a nitrogen gas at 600 ° C. for 5 hours, and hot pressed for 3 hours.
The test was performed at 700 ° C. under a pressure of 20 MPa (200 kg / cm 2 ) to obtain a 3 mm-thick aluminum nitride plate. This was cut out into a 230 mm disk shape, and a 6 μm thick, 10 mm wide resistance heating element 5 and a 10 mm thick
A plate made of aluminum nitride having a chuck positive electrode electrostatic layer 2 and a chuck negative electrode electrostatic layer 3 of μm (FIG. 7)
(B)).

【0110】(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。
(5) Next, the plate obtained in (4) is
After polishing with a diamond grindstone, a mask is placed and Si
A bottomed hole (diameter: 1.2 mm, depth: 2.0 mm) for a thermocouple was provided on the surface by blasting treatment with C or the like.

【0111】(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7
(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。
(6) Further, the portions where the through holes are formed are cut out to form blind holes 35 and 36 (FIG. 7).
(C)) Using a gold solder made of Ni-Au in the blind holes 35 and 36, the external terminals 6 and 18 made of Kovar were connected by heating and reflowing at 700 ° C. (FIG. 7D). In addition,
The connection of the external terminals is preferably a structure in which a tungsten support is supported at three points. This is because connection reliability can be ensured.

【0112】(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。
(7) Next, a plurality of thermocouples for temperature control were embedded in the bottomed holes, and the manufacture of the electrostatic chuck having the resistance heating element was completed.

【0113】(実施例2)静電チャック(図9参照)の
製造 上層用のグリーンシートとして、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、イットリア(平均粒径:0.4μm)0.2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
リーンシートを得たほかは、実施例1と同様にして静電
チャックを製造した。
Example 2 Production of Electrostatic Chuck (See FIG. 9) As a green sheet for the upper layer, 100 parts by weight of aluminum nitride powder (average particle size: 0.6 μm, manufactured by Tokuyama Corporation) and yttria (average particle size: 0.4 μm) Molded by a doctor blade method using a paste obtained by mixing 0.2 parts by weight, 11.5 parts by weight of an acrylic binder, 0.5 parts by weight of a dispersant, and 53 parts by weight of alcohol composed of 1-butanol and ethanol. Was performed to obtain a green sheet having a thickness of 0.47 mm, except that an electrostatic chuck was manufactured in the same manner as in Example 1.

【0114】(実施例3)静電チャック(図9参照)の
製造 下層用のグリーンシートとして、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、窒化ホウ素0.002
重量部、シリカ0.05重量部、Na2 O:0.001
重量部、分散剤5重量部および1−ブタノールとエタノ
ールとからなるアルコール530重量部を混合したペー
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ほかは、実施
例1と同様にして静電チャックを製造した。
Example 3 Production of Electrostatic Chuck (See FIG. 9) 1000 parts by weight of aluminum nitride powder (manufactured by Tokuyama Co., average particle size 0.6 μm) and yttria (average particle size: 0.4 μm) 40 parts by weight,
Acrylic binder 115 parts by weight, boron nitride 0.002
Parts by weight, silica 0.05 parts by weight, Na 2 O: 0.001
Using a paste obtained by mixing 5 parts by weight, 5 parts by weight of a dispersant, and 530 parts by weight of alcohol composed of 1-butanol and ethanol, molding by a doctor blade method was performed.
An electrostatic chuck was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a green sheet having a thickness of 0.47 mm was obtained.

【0115】(実施例4)静電チャック(図9参照)の
製造 上層用のグリーンシートとして、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、イットリア(平均粒径:0.4μm)0.2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
リーンシートを得たほかは、実施例3と同様にして静電
チャックを製造した。
Example 4 Production of Electrostatic Chuck (See FIG. 9) As a green sheet for the upper layer, 100 parts by weight of aluminum nitride powder (average particle size: 0.6 μm, manufactured by Tokuyama Corporation) and yttria (average particle size: 0.4 μm) Molded by a doctor blade method using a paste obtained by mixing 0.2 parts by weight, 11.5 parts by weight of an acrylic binder, 0.5 parts by weight of a dispersant, and 53 parts by weight of alcohol composed of 1-butanol and ethanol. Was performed to obtain a green sheet having a thickness of 0.47 mm, and an electrostatic chuck was manufactured in the same manner as in Example 3.

【0116】(比較例1)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。
Comparative Example 1 Production of Electrostatic Chuck (1) 100 parts by weight of aluminum nitride powder (manufactured by Tokuyama Corporation, average particle size 1.1 μm), yttria (average particle size:
0.4 μm) Using a paste obtained by mixing 4 parts by weight, 11.5 parts by weight of an acrylic binder, 0.5 parts by weight of a dispersant, and 53 parts by weight of alcohol composed of 1-butanol and ethanol, molding is performed by a doctor blade method. Thus, a green sheet having a thickness of 0.47 mm was obtained.

【0117】(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。
(2) Next, the green sheet is heated to 80 ° C.
After drying for 5 hours, punch 1.8m in diameter
A portion serving as a through hole for inserting a semiconductor wafer support pin having a length of 3.0 mm and 5.0 mm, and a portion serving as a through hole for connecting to an external terminal were provided.

【0118】(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4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。
(3) 100 parts by weight of tungsten carbide particles having an average particle diameter of 1 μm, acrylic binder 3.0
By weight, 3.5 parts by weight of the α-terpineol solvent and 0.3 parts by weight of the dispersant were mixed to prepare a conductor paste A. A conductive paste B was prepared by mixing 100 parts by weight of tungsten particles having an average particle diameter of 3 μm, 1.9 parts by weight of an acrylic binder, 3.7 parts by weight of an α-terpineol solvent, and 0.2 parts by weight of a dispersant. This conductive paste A
Was printed on a green sheet by screen printing to form a conductor paste layer. The printing pattern was a concentric pattern. Further, a conductor paste layer composed of an electrostatic electrode pattern having the shape shown in FIG. 4 was formed on another green sheet.

【0119】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、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13
0℃、8MPa(80kg/cm2 )の圧力で圧着して
積層体を形成した。
Further, the conductive paste B was filled in through holes for through holes for connecting external terminals. On top of the green sheet after the above processing, a green sheet on which the tungsten paste is not printed is placed on the upper side (heating surface).
34 sheets, 13 sheets on the lower side, a green sheet on which a conductive paste layer composed of an electrostatic electrode pattern is printed, and two green sheets on which no tungsten paste is printed are further stacked thereon. And these are 13
The laminate was formed by pressure bonding at 0 ° C. and a pressure of 8 MPa (80 kg / cm 2 ).

【0120】(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15M
Pa(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2
30mmの円板状に切り出し、内部に厚さ6μm、幅1
0mm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。
(4) Next, the obtained laminate was degreased in nitrogen gas at 600 ° C. for 5 hours, and at 1890 ° C. under a pressure of 15 M
Hot press for 3 hours at Pa (150kg / cm 2 )
An aluminum nitride plate having a thickness of 3 mm was obtained. This is 2
Cut out into a 30mm disk shape, 6μm thick, 1 width inside
A plate made of aluminum nitride having a resistance heating element 5 of 0 mm, a chuck positive electrostatic layer 2 and a chuck negative electrostatic layer 3 of 10 μm thickness was used.

【0121】(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。
(5) Next, the plate obtained in (4) is
After polishing with a diamond grindstone, a mask is placed and Si
A bottomed hole (diameter: 1.2 mm, depth: 2.0 mm) for a thermocouple was provided on the surface by blasting treatment with C or the like.

【0122】(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。
(6) Further, a portion in which the through hole is formed is cut out to form a blind hole, and Ni-A
An external terminal made of Kovar was connected by heating and reflowing at 700 ° C. using a gold solder made of u.

【0123】(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。
(7) Next, a plurality of thermocouples for temperature control were embedded in the bottomed holes, and the manufacture of the electrostatic chuck having the resistance heating element was completed.

【0124】(比較例2) 静電チャックの製造 窒化アルミニウム粉末(平均粒径:0.6μm)100
重量部、イットリア(平均粒径:0.4μm)0.3重
量部、アクリルバインダ12重量部およびアルコールを
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作製
し、1700℃、圧力:20MPa(200kg/cm
2 )の条件でホットプレスを3時間行ったほかは、比較
例1と同様にして静電チャックを製造した。
Comparative Example 2 Production of Electrostatic Chuck Aluminum Nitride Powder (Average Particle Size: 0.6 μm) 100
Using a paste obtained by mixing 0.3 parts by weight of yttria (average particle size: 0.4 μm), 12 parts by weight of an acrylic binder, and alcohol, a green sheet having a thickness of 0.47 mm is formed by a doctor blade method. And a pressure of 20 MPa (200 kg / cm)
An electrostatic chuck was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, except that hot pressing was performed for 3 hours under the condition 2 ).

【0125】実施例1〜4および比較例1〜2で製造し
た静電チャックについて、パーティクルの数、破壊断面
の観察、気孔率の測定、セラミック基板を400℃まで
昇温した後の温度分布の測定、および、セラミック基板
中の導体回路の絶縁試験を行い、その導体回路間の短絡
発生の有無を確かめた。その結果を下記の表1に示し
た。
With respect to the electrostatic chucks manufactured in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, the number of particles, observation of a broken section, measurement of porosity, and temperature distribution after heating the ceramic substrate to 400 ° C. A measurement and an insulation test of the conductor circuit in the ceramic substrate were performed to confirm whether or not a short circuit occurred between the conductor circuits. The results are shown in Table 1 below.

【0126】評価方法 (1)パーティクル数の測定 シリコンウエハを載置し、50kg/cm2 の荷重をか
け、シリコンウエハの任意の10箇所を電子顕微鏡で観
察撮影して粒子径2μm以上のものの個数を計測し、撮
影視野面積で除した。
[0126]Evaluation method  (1) Measurement of the number of particles A silicon wafer is placed and 50 kg / cmTwo The load of
Observation of any 10 locations on the silicon wafer with an electron microscope
Measurement and counting the number of particles with a particle diameter of 2 μm or more.
It was divided by the shadow field area.

【0127】(2)破壊断面の状態の観察 破壊断面を電子顕微鏡にて5000倍で観察し、粒子内
破壊であるか否かを確認した。図10に、実施例1に係
る静電チャックの上部表面付近(上層)における破壊断
面の走査型電子顕微鏡(SEM)写真、図11に、実施
例1に係る静電チャックの下層における破壊断面の走査
型電子顕微鏡(SEM)写真を示した。
(2) Observation of state of fracture section The fracture section was observed under an electron microscope at a magnification of 5000, and it was confirmed whether or not it was intraparticle fracture. FIG. 10 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a fracture cross section near the upper surface (upper layer) of the electrostatic chuck according to the first embodiment. FIG. 11 is a fracture cross section of a lower layer of the electrostatic chuck according to the first embodiment. A scanning electron microscope (SEM) photograph was shown.

【0128】(3)加熱面での温度差の測定 実施例1〜4および比較例1〜2に係る静電チャックに
通電を行い、静電チャックを400℃まで昇温させた
後、加熱面での温度差をサーモビュア(日本データム社
製 IR162012−0012)で測定した。
(3) Measurement of Temperature Difference on Heating Surface The electrostatic chucks according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were energized to raise the temperature of the electrostatic chuck to 400 ° C. Was measured with a thermoviewer (IR162012-0012, manufactured by Nippon Datum).

【0129】(4)セラミック基板中の導体回路の絶縁
試験 セラミック基板中に設けられた導体回路間で絶縁が保た
れているか否かをテスターを用いての確認し、短絡発生
の有無を確認した。
(4) Insulation Test of Conductor Circuit in Ceramic Substrate It was confirmed using a tester whether or not insulation was maintained between the conductor circuits provided in the ceramic substrate, and whether or not a short circuit occurred. .

【0130】(5)気孔率の測定 アルキメデス法により行なった。なお、静電チャックの
上層部の気孔径の測定においては、上層部を薄く剥離し
て行なった。
(5) Measurement of Porosity The porosity was measured by the Archimedes method. In the measurement of the pore diameter of the upper layer of the electrostatic chuck, the upper layer was thinly peeled off.

【0131】[0131]

【表1】 [Table 1]

【0132】表1に示した結果より明らかなように、実
施例1〜4に係る静電チャックの上部表面付近(上層)
の破壊断面は、粒子内破壊の性状を呈した。よって、シ
リコンウエハ等の被処理物表面付近に観察されるパーテ
ィクルの数も少なかった。一方、下部(下層)の破壊断
面は、粒界破壊の性状を呈した。下層においては、気孔
率も上部に比べて低かった。そのため、セラミック基板
中の導体回路の絶縁試験の結果も全て良好で、短絡は発
生しなかった。
As is clear from the results shown in Table 1, near the upper surface (upper layer) of the electrostatic chucks according to Examples 1 to 4.
The fractured cross section of the specimen exhibited the property of intra-particle fracture. Therefore, the number of particles observed near the surface of the object to be processed such as a silicon wafer was small. On the other hand, the fracture section of the lower part (lower layer) exhibited the property of grain boundary fracture. The porosity was lower in the lower layer than in the upper layer. Therefore, the results of the insulation tests of the conductor circuits in the ceramic substrate were all good, and no short circuit occurred.

【0133】一方、比較例1については、その破壊断面
は、上層、下層共に粒界破壊の性状を呈した。この比較
例においては、セラミック基板全体で気孔率が少なく、
セラミック基板中の導体回路の絶縁試験の結果は良好
で、導体回路間での短絡は発生しなかったが、シリコン
ウエハ等の被処理物表面に観察されるパーティクルの数
が多く、そのため、上記シリコンウエハの導体回路に、
短絡、断線等が発生してしまった。また、比較例2に係
る静電チャックの破壊断面は、上層、下層共に粒子内破
壊の性状を呈し、そのため、シリコンウエハ等の被処理
物表面に観察されるパーティクルの数が少なく、上記シ
リコンウエハの導体回路に、短絡、断線等が発生するこ
とはなかったが、全体として気孔率が高く、セラミック
基板中の導体回路間の絶縁が保たれておらず、短絡が発
生した。
On the other hand, in Comparative Example 1, the fractured cross section exhibited the property of grain boundary fracture in both the upper layer and the lower layer. In this comparative example, the porosity is small in the entire ceramic substrate,
The result of the insulation test of the conductor circuit in the ceramic substrate was good, and no short circuit occurred between the conductor circuits.However, the number of particles observed on the surface of the object to be processed such as a silicon wafer was large. In the conductor circuit of the wafer,
Short circuit, disconnection, etc. have occurred. Further, the fracture cross section of the electrostatic chuck according to Comparative Example 2 exhibits the property of intra-particle destruction in both the upper layer and the lower layer. Therefore, the number of particles observed on the surface of the object to be processed such as a silicon wafer is small, and No short circuit, disconnection, etc. occurred in the conductor circuit of Example 1, but the porosity was high as a whole, insulation between the conductor circuits in the ceramic substrate was not maintained, and a short circuit occurred.

【0134】[0134]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体製
造・検査装置用セラミック基板は、その内部に導体が形
成されたセラミック基板であって、上記導体を含む、上
記導体より下のセラミック層(下層)は、破壊時に粒界
破壊の性状を呈し、その他のセラミック層(上層)は、
破壊時に粒子内破壊の性状を呈することを特徴とするの
で、被処理物が載置される基板表面ではセラミック粒子
の脱落によるパーティクルが発生しにくく、そのため、
被処理物(シリコンウエハ)上に形成された導体回路に
短絡、断線等が発生しにくい。また、セラミック基板中
の導体回路間に存在する気孔率が小さい為、導体回路間
で短絡を起こすこともなく、良好に機能することができ
る。
As described above, the ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus according to the present invention is a ceramic substrate having a conductor formed therein, the ceramic layer including the conductor and being below the conductor. The (lower layer) exhibits the property of grain boundary fracture at the time of fracture, and the other ceramic layers (upper layer)
It is characterized by the fact that it exhibits the property of intra-particle destruction at the time of destruction, so that particles due to falling of ceramic particles are hardly generated on the surface of the substrate on which the object to be processed is mounted.
Short circuits, disconnections, and the like are less likely to occur in the conductor circuits formed on the workpiece (silicon wafer). In addition, since the porosity existing between the conductor circuits in the ceramic substrate is small, short circuit does not occur between the conductor circuits, and it can function well.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の静電チャックの一例を模式的に示す断
面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing one example of the electrostatic chuck of the present invention.

【図2】図1に示した静電チャックのA−A線断面図で
ある。
FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of the electrostatic chuck shown in FIG.

【図3】図1に示した静電チャックのB−B線断面図で
ある。
FIG. 3 is a sectional view taken along line BB of the electrostatic chuck shown in FIG. 1;

【図4】本発明の静電チャックの一例を模式的に示す断
面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing one example of the electrostatic chuck of the present invention.

【図5】本発明の静電チャックの一例を模式的に示す断
面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing one example of the electrostatic chuck of the present invention.

【図6】本発明の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。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a state where the electrostatic chuck of the present invention is fitted into a support container.

【図7】本発明の半導体製造・検査装置用セラミック基
板を用いたセラミックヒータの一例を模式的に示す底面
図である。
FIG. 7 is a bottom view schematically showing an example of a ceramic heater using the ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus of the present invention.

【図8】図7に示したセラミックヒータの一部を示す部
分拡大断面図である。
FIG. 8 is a partially enlarged sectional view showing a part of the ceramic heater shown in FIG. 7;

【図9】(a)〜(d)は、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。
FIGS. 9A to 9D are cross-sectional views schematically showing a part of the manufacturing process of the electrostatic chuck.

【図10】実施例1に係る静電チャックの上部表面付近
(上層)における破壊断面を示した走査型電子顕微鏡
(SEM)写真である。
FIG. 10 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing a fracture cross section near the upper surface (upper layer) of the electrostatic chuck according to Example 1.

【図11】実施例1に係る静電チャックの下層における
破壊断面を示した走査型電子顕微鏡(SEM)写真であ
る。
FIG. 11 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing a fracture cross section of a lower layer of the electrostatic chuck according to Example 1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、110 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、15 抵抗発熱体 6、13、18、23 外部端子 9、19 シリコンウエハ 14、21 有底孔 15、22 貫通孔 16、17、27 スルーホール 20、30、101 静電チャック 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 201 セラミックヒータ Reference Signs List 1, 110 Ceramic substrate 2, 22, 32a, 32b Chuck positive electrode layer 3, 23, 33a, 33b Chuck negative electrode layer 2a, 3a Semicircular portion 2b, 3b Comb portion 4 Ceramic dielectric film 5, 15 Resistance heating element 6, 13, 18, 23 External terminal 9, 19 Silicon wafer 14, 21, Bottom hole 15, 22, Through hole 16, 17, 27 Through hole 20, 30, 101 Electrostatic chuck 41 Support container 42 Refrigerant outlet 43 suction port 44 refrigerant injection port 45 heat insulating material 201 ceramic heater

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/18 H05B 3/20 328 3/20 328 C04B 35/58 104Y Fターム(参考) 3K034 AA02 AA04 AA15 AA16 AA34 BA06 BB06 BC03 BC16 BC17 HA01 HA10 JA02 JA10 3K092 PP20 QA05 QB02 QB03 QB30 QB31 QB70 RF03 RF11 RF17 RF26 RF27 VV40 4G001 BA09 BA36 BB09 BB36 BC13 BC31 BC32 BC35 BC42 BC54 BC73 BD38 5F031 CA02 HA02 HA16 HA33 HA37 HA38 JA01 JA46 PA26 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H05B 3/18 H05B 3/20 328 3/20 328 C04B 35/58 104Y F-term (Reference) 3K034 AA02 AA04 AA15 AA16 AA34 BA06 BB06 BC03 BC16 BC17 HA01 HA10 JA02 JA10 3K092 PP20 QA05 QB02 QB03 QB30 QB31 QB70 RF03 RF11 RF17 RF26 RF27 VV40 4G001 BA09 BA36 BB09 BB36 BC13 BC31 BC32 BC35 BC42 BC54 BC73 HA38 HA38 HA38

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 その内部に導体が形成されたセラミック
基板であって、前記導体およびその近傍を含むセラミッ
ク層、および、前記導体より下のセラミック層は、破壊
時に粒界破壊の性状を呈し、その他のセラミック層は、
破壊時に粒子内破壊の性状を呈す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。
1. A ceramic substrate having a conductor formed therein, wherein a ceramic layer including the conductor and the vicinity thereof, and a ceramic layer below the conductor exhibit a property of grain boundary destruction when broken. Other ceramic layers
A ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus, which exhibits a property of intra-particle destruction at the time of destruction.
【請求項2】 セラミック基板の内部に静電電極および
抵抗発熱体が形成された静電チャックであって、前記静
電電極およびその近傍を含むセラミック層、および、前
記静電電極より下のセラミック層は、破壊時に粒界破壊
の性状を呈し、その他のセラミック層は、破壊時に粒子
内破壊の性状を呈することを特徴とする静電チャック。
2. An electrostatic chuck in which an electrostatic electrode and a resistance heating element are formed inside a ceramic substrate, wherein the ceramic layer includes the electrostatic electrode and its vicinity, and a ceramic layer below the electrostatic electrode. An electrostatic chuck, wherein the layer exhibits a property of intergranular fracture when broken, and the other ceramic layer exhibits a property of intragranular fracture when broken.
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