JP2002249377A - 半導体製造・検査装置用セラミック基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １００℃を超える高温領域において、優れた
温度追従性を有するとともに、反りが発生することがな
く、ヒータとして用いる際、加熱面の温度が均一となる
セラミック基板を提供すること。 【解決手段】 セラミック基板の内部または表面に導体
層を有する半導体製造・検査装置用セラミック基板であ
って、前記セラミック基板は、炭化物セラミックからな
り、その炭化物セラミック中には、酸素が含有されてい
るとともに、前記セラミック基板の厚さは、２５ｍｍ以
下であることを特徴とする半導体製造・検査装置用セラ
ミック基板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に、ホットプレ
ート（セラミックヒータ）、静電チャック、ウエハプロ
ーバなど、半導体の製造用や検査用の装置として用いら
れるセラミック基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】エッチング装置や、化学的気相成長装置
等を含む半導体製造、検査装置等においては、従来、ス
テンレス鋼やアルミニウム合金などの金属製基材を用い
たヒータや、ウエハプローバ等が用いられてきた。しか
しながら、金属製のヒータでは温度制御特性が悪く、ま
た厚さも厚くなるため重く嵩張るという問題があり、腐
食性ガスに対する耐蝕性も悪いという問題を抱えてい
た。

【０００３】このような問題を解決するため、金属製の
ものに代えて、炭化珪素などのセラミックを使用したヒ
ータが開発されてきた。このようなセラミックヒータで
は、セラミック基板自体の剛性が高いため、その厚さを
余り厚くしなくても、基板の反り等を防止することがで
きるという利点を有している。

【０００４】このような技術として、特開平１１−４０
３３０号公報では、窒化アルミニウム燒結体の表面に抵
抗発熱体を設けたセラミックヒータが開示されている。
また、特開平９−４８６６９号公報では、黒色化した窒
化アルミニウムを使用したセラミックヒータが開示され
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のヒータの厚さを２５ｍｍ以下に薄くすると、１００℃
を超える高温領域で反りが生じ、加熱面の温度が不均一
になるという問題が発生した。さらに、このような問題
は、上記高温領域で使用される静電チャックやウエハプ
ローバについても同様に発生するという事実を見出し
た。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
上記課題を解決するために鋭意研究した結果、セラミッ
ク基板の厚さが２５ｍｍ以下である場合、炭化物セラミ
ックを使用した基板に一定量の酸素を含有させて焼結性
を向上させることにより、上述の問題を解決することが
できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

【０００７】すなわち、本発明は、セラミック基板の内
部または表面に導体層を有する半導体製造・検査装置用
セラミック基板であって、上記セラミック基板は、炭化
物セラミックからなり、その炭化物セラミック中には、
酸素が含有されているとともに、上記セラミック基板の
厚さは、２５ｍｍ以下であることを特徴とする半導体製
造・検査装置用セラミック基板である。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の半導体製造・検査装置用
セラミック基板は、炭化物セラミックからなり、その炭
化物セラミック中には、酸素が含有されているととも
に、上記セラミック基板の厚さは、２５ｍｍ以下である
ことを特徴とする。

【０００９】本発明の半導体製造・検査装置用セラミッ
ク基板（以下、半導体装置用セラミック基板ともいう）
においては、上記セラミック基板の厚さを２５ｍｍ以下
に調整して全体の重量の増加を抑えているので、セラミ
ック基板の熱容量が大きくなりすぎるのを防止すること
ができ、セラミック基板をヒータとして使用した場合で
も加熱面の温度の不均一化を抑制することができる。熱
容量が大きいということは、温度を１℃上昇させるため
に、多くの熱を必要とすることになり、わずかな抵抗発
熱体の発熱量の相違により、加熱面の温度が不均一にな
ってしまうのである。また、このように厚さを薄くした
セラミック基板は、熱容量が大きくならず、優れた温度
追従性を有する。

【００１０】セラミック基板の厚さが２５ｍｍを超える
と、セラミック基板の熱容量が大きくなり、特に、温度
制御手段を設けて加熱、冷却する場合、熱容量の大きさ
に起因して温度追従性が低下してしまう。なお、セラミ
ック基板の厚さは、１．５ｍｍを超え、５ｍｍ以下であ
ることがより望ましい。特に、熱容量を小さくすること
ができ、冷却特性、温度均一性、温度追従性に優れるか
らである。

【００１１】なお、本発明の半導体装置用セラミック基
板では、半導体ウエハをセラミック基板のウエハ載置面
に接触させた状態で載置するほか、セラミック基板のウ
エハ載置面に支持ピン等を設け、該支持ピン等で半導体
ウエハを支持し、セラミック基板との間に一定の間隔を
保って保持する場合もある。

【００１２】ところで、セラミック基板の厚さを２５ｍ
ｍ以下に調整した場合には、内部や表面に導体層を有し
ており、また、セラミック基板が炭化物セラミックであ
るため、高温でのヤング率が低下して反りが発生してし
まう。また、炭化物セラミックは、高温での熱伝導率が
低くなるため、厚さを２５ｍｍ以下に調整して熱容量を
小さくした意味が没却されてしまう。すなわち、セラミ
ック基板の熱伝導率が低くなるため、セラミック基板の
ウエハ載置面の温度が、抵抗発熱体の昇温速度および降
温速度に、迅速に追従することができず、ヒータとして
の温度追従性が低下してしまう。

【００１３】従って、ヒータとしての温度追従性を優れ
たものとするためには、セラミック基板の高温での熱伝
導率を確保する必要がある。炭化物セラミックからなる
セラミック基板の厚さが、２５ｍｍ以下である場合、反
りの発生を防止し、セラミック基板の熱伝導率を確保す
るためには、上述したように、セラミック基板中に酸素
を含有させて焼結性を向上させ、高い密度のものとする
ことより、セラミック基板の機械的（物理的）特性を向
上させればよい。

【００１４】すなわち、酸素を含有した炭化物セラミッ
クからなるセラミック基板は、高い熱伝導率が確保され
るとともに、製造時における焼結性が向上するため、上
記セラミック基板は高密度なものとなり、その機械的
（物理的）特性が向上する。従って、上記セラミック基
板の厚みを２５ｍｍ以下としても、反り等が発生するこ
とがなく、上記セラミック基板をヒータとして用いる
際、被加熱物である半導体ウエハの温度が均一となる。

【００１５】本発明では、セラミック基板の厚さが２５
ｍｍ以下であるので、炭化物セラミック中に酸素を含有
させて焼結性を向上させ、１００℃以上での反りや熱伝
導率を確保している。上記セラミック基板中の酸素含有
量は、０．１〜５重量％であることが望ましい。０．１
重量％未満では、焼結性が低下して内部に多数の気孔が
存在することになり、高温での反りが発生したり、熱伝
導率を確保することが困難となる。また５重量％を超え
ると粒界に酸化物が偏在し、この酸化物が熱伝導率を低
下させたり、ヤング率を低下させて反りが発生しまう。

【００１６】本発明のセラミック基板の原料となる炭化
物セラミックに酸素を導入する方法として、上記炭化物
セラミックを空気中で焼成する方法が採用されるほか、
例えば、シリカ等の焼結助剤を炭化物セラミックに添加
する方法等を用いることができる。なお、上記セラミッ
ク基板に含有させる酸素量は、酸化物の割合や焼成の際
の温度や時間により調整することができる。本発明で
は、炭化物セラミックに酸素を導入する方法として、原
料粉末を３０分から６時間空気中で焼成する方法が好ま
しい。この焼成により、原料粉末の周囲に酸化物が形成
され、この酸化物が焼結助剤として作用することにより
焼結が促進されるが、上記方法により、焼結助剤が焼結
体中に均一に分散するため、少量で炭化物セラミック全
体の焼結が促進され、均一構造を有し、緻密な焼結体を
製造することができるからである。

【００１７】本発明のセラミック基板の直径は２００ｍ
ｍを超えるものが望ましい。２００ｍｍを超えた大きな
セラミック基板ほど、反りが大きくなり、本発明の効果
も大きくなるからである。特に１２インチ（３００ｍ
ｍ）以上であることが望ましい。次世代の半導体ウエハ
の主流となるからである。

【００１８】上記セラミック基板の気孔率は、０または
５％以下であることが望ましい。気孔が５％を超える
と、熱伝導率が低下したり、高温で反りが発生するおそ
れがあるからである。また、セラミック中には、気孔が
存在しない方が望ましいが、気孔が存在する場合には、
その最大気孔径は、５０μｍ以下であることが望まし
い。最大気孔径が５０μｍ以下であれば、１００℃以上
の温度でも絶縁破壊が生じにくく、また、１００℃以上
の温度でも、反りが発生しにくいからである。最大気孔
径は、同じ条件で製造した５個のサンプルを用意し、各
サンプルの表面を鏡面研磨して、その研磨面の１０箇所
を５０００倍の電子顕微鏡で撮影し、撮影された気孔の
うち、最大のものを選ぶ。そして、５０枚の写真におけ
る５０個の選ばれた気孔径の平均値を、その条件で製造
したセラミック基板の最大気孔径とする。

【００１９】また、本発明の半導体装置用セラミック基
板では、２５〜８００℃までの温度範囲におけるヤング
率が２８０ＧＰａ以上であるセラミック基板を使用する
ことが望ましい。ヤング率が２８０ＧＰａ未満である
と、剛性が低すぎるため、加熱時の反り量を小さくする
ことが困難となり、その反りに起因して、半導体ウエハ
とセラミック基板との距離が変わってしまい、本発明の
セラミック基板をヒータとして用いる場合、半導体ウエ
ハの温度にばらつきが発生するおそれがあるからであ
る。

【００２０】また、本発明の半導体装置用セラミック基
板を構成する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、炭化珪素、炭化ホウ素、炭化チタン
等が挙げられる。

【００２１】本発明においては、セラミック基板中に焼
結助剤を含有することが望ましい。焼結助剤としては、
例えば、炭化ホウ素、カーボン、窒化アルミニウムなど
を使用することができる。また、シリカ等の酸化物を焼
結助剤として添加することにより、上記セラミック基板
中に、酸素を含有させることも可能である。

【００２２】本発明では、セラミック基板中に５０〜５
０００ｐｐｍのカーボンを含有していることが望まし
い。カーボンを含有させることにより、セラミック基板
を黒色化することができ、ヒータとして使用する際に輻
射熱を充分に利用することができるからである。カーボ
ンは、非晶質のものであっても、結晶質のものであって
もよい。非晶質のカーボンを使用した場合には、高温に
おける体積抵抗率の低下を防止することができ、結晶質
のものを使用した場合には、高温における熱伝導率の低
下を防止することができるからである。従って、用途に
よっては、結晶質のカーボンと非晶質のカーボンの両方
を併用してもよい。また、カーボンの含有量は、１００
〜５０００ｐｐｍがより好ましい。

【００２３】セラミック基板にカーボンを含有させる場
合には、その明度がＪＩＳ Ｚ ８７２１の規定に基づ
く値でＮ６以下となるようにカーボンを含有させること
が望ましい。この程度の明度を有するものが輻射熱量、
隠蔽性に優れるからである。

【００２４】ここで、明度のＮは、理想的な黒の明度を
０とし、理想的な白の明度を１０とし、これらの黒の明
度と白の明度との間で、その色の明るさの知覚が等歩度
となるように各色を１０分割し、Ｎ０〜Ｎ１０の記号で
表示したものである。実際の明度の測定は、Ｎ０〜Ｎ１
０に対応する色票と比較して行う。この場合の小数点１
位は０または５とする。

【００２５】本発明の半導体装置用セラミック基板は、
半導体の製造や半導体の検査を行うための装置に用いら
れるセラミック基板であるが、上記半導体装置用セラミ
ック基板に形成された導体層の材料、形状、位置、機能
等により、用途の異なる装置となる。具体的な装置とし
ては、例えば、ホットプレート（セラミックヒータ）、
静電チャック、ウエハプローバ、サセプタ等が挙げられ
る。

【００２６】本発明の半導体装置用セラミック基板に形
成された導体層が、抵抗発熱体である場合、セラミック
基板は、ホットプレート（セラミックヒータ）として機
能する。

【００２７】図１は、本発明に係るセラミックヒータを
模式的に示した部分拡大断面図であり、図２は、図１の
セラミックヒータを模式的に示した底面図である。

【００２８】セラミックヒータ９０において、セラミッ
ク基板９１は円板形状に形成されており、セラミックヒ
ータ９０の加熱面９１ａ全体の温度が均一になるように
加熱するため、セラミック基板９１の底面９１ｂに、絶
縁体層９６を介して、図２に示した同心円状のパターン
からなる抵抗発熱体９２が形成されている。さらに、抵
抗発熱体９２の両端に、入出力の端子となる外部端子９
３が金属被覆層９２ａを介して接続されており、また、
外部端子９３には、例えば、導電線を有するソケット
（図示せず）が取り付けられ、この導電線は電源等に接
続されている。

【００２９】また、セラミック基板９１の中央に近い部
分には、半導体ウエハ９の運搬等を行うリフターピン９
９を挿通するための貫通孔９５が形成され、さらに測温
素子（図示せず）を挿入するための有底孔９４が形成さ
れている。

【００３０】図１、２では、抵抗発熱体９２がセラミッ
ク基板９１の表面（底面）に形成されているが、本発明
に係るセラミックヒータにおいて、抵抗発熱体はセラミ
ック基板の内部に埋設されていてもよい。

【００３１】図３は、本発明に係るセラミックヒータの
他の実施形態を模式的に示した部分拡大断面図である。

【００３２】セラミックヒータ３０において、セラミッ
ク基板３１は円板形状に形成されている。また、セラミ
ック基板３１の内部に、絶縁体層３６が形成されている
とともに、絶縁体層３６の内部に、図２に示した抵抗発
熱体９２と同様のパターンからなる、抵抗発熱体３２が
形成されており、抵抗発熱体３２の絶縁性が確保されて
いる。

【００３３】抵抗発熱体３２の端部の直下には、図３に
示すように、スルーホール３８が形成され、さらに、こ
のスルーホール３８を露出させる袋孔３８ａが底面３１
ｂに形成され、袋孔３８ａには外部端子３３が挿入さ
れ、ろう材等（図示せず）で接合されている。また、外
部端子３３には、例えば、導電線を有するソケット（図
示せず）が取り付けられ、この導電線は電源等に接続さ
れている。

【００３４】本発明のセラミックヒータにおいて、セラ
ミック基板には、被加熱物を載置する加熱面の反対側か
ら、加熱面に向けて有底孔を設けるとともに、有底孔の
底を抵抗発熱体よりも相対的に加熱面に近く形成し、こ
の有底孔に熱電対等の測温素子（図示せず）を設けるこ
とが望ましい。

【００３５】また、有底孔の底と加熱面との距離は、
０．１ｍｍ〜セラミック基板の厚さの１／２であること
が望ましい。これにより、測温場所が抵抗発熱体よりも
加熱面に近くなり、より正確な半導体ウエハの温度の測
定が可能となるからである。

【００３６】有底孔の底と加熱面との距離が０．１ｍｍ
未満では、放熱してしまい、加熱面に温度分布が形成さ
れ、厚さの１／２を超えると、抵抗発熱体の温度の影響
を受けやすくなり、温度制御できなくなり、やはり加熱
面に温度分布が形成されてしまうからである。

【００３７】有底孔の直径は、０．３〜５ｍｍであるこ
とが望ましい。これは、大きすぎると放熱性が大きくな
り、また、小さすぎると加工性が低下して加熱面との距
離を均等にすることができなくなるからである。

【００３８】有底孔は、図２に示したように、セラミッ
ク基板の中心に対して対称で、かつ、十字を形成するよ
うに複数配列することが望ましい。これは、加熱面全体
の温度を測定することができるからである。

【００３９】上記測温素子としては、例えば、熱電対、
白金測温抵抗体、サーミスタ等が挙げられる。また、上
記熱電対としては、例えば、ＪＩＳ−Ｃ−１６０２（１
９８０）に挙げられるように、Ｋ型、Ｒ型、Ｂ型、Ｓ
型、Ｅ型、Ｊ型、Ｔ型熱電対等が挙げられるが、これら
のなかでは、Ｋ型熱電対が好ましい。

【００４０】上記熱電対の接合部の大きさは、素線の径
と同じか、または、それよりも大きく、０．５ｍｍ以下
であることが望ましい。これは、接合部が大きい場合、
熱容量が大きくなって応答性が低下してしまうからであ
る。なお、素線の径より小さくすることは困難である。

【００４１】上記測温素子は、金ろう、銀ろう等を使用
して、有底孔の底に接着してもよく、有底孔に挿入した
後、耐熱性樹脂で封止してもよく、両者を併用してもよ
い。上記耐熱性樹脂としては、例えば、熱硬化性樹脂、
特にはエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド
−トリアジン樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、単
独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

【００４２】上記金ろうとしては、３７〜８０．５重量
％：Ａｕ−６３〜１９．５重量％：Ｃｕ合金、８１．５
〜８２．５重量％：Ａｕ−１８．５〜１７．５重量％：
Ｎｉ合金から選ばれる少なくとも１種が望ましい。これ
らは、溶融温度が、９００℃以上であり、高温領域でも
溶融しにくいためである。銀ろうとしては、例えば、Ａ
ｇ−Ｃｕ系のものを使用することができる。

【００４３】上記抵抗発熱体は、図１に示したように、
セラミック基板の表面（底面）に設けられていてもよ
く、セラミック基板の内部に設けられていてもよい。抵
抗発熱体を設ける場合は、セラミック基板を嵌め込み、
支持する支持容器に、冷却手段としてエアー等の冷媒の
吹きつけ口などを設けてもよい。

【００４４】上記抵抗発熱体としては、例えば、金属ま
たは導電性セラミックの焼結体、金属箔、金属線等が挙
げられる。金属焼結体としては、タングステン、モリブ
デンから選ばれる少なくとも１種が好ましい。これらの
金属は比較的酸化しにくく、発熱するに充分な抵抗値を
有するからである。

【００４５】また、導電性セラミックとしては、タング
ステン、モリブデンの炭化物から選ばれる少なくとも１
種を使用することができる。さらに、セラミック基板の
底面に抵抗発熱体を形成する場合には、金属焼結体とし
ては、貴金属（金、銀、パラジウム、白金）、ニッケル
を使用することが望ましい。具体的には銀、銀−パラジ
ウムなどを使用することができる。上記金属焼結体に使
用される金属粒子は、球状、リン片状、もしくは球状と
リン片状の混合物を使用することができる。

【００４６】金属焼結体からなる抵抗発熱体をセラミッ
ク基板の表面に設ける場合、金属焼結体中には、金属酸
化物を添加してもよい。上記金属酸化物を使用するの
は、セラミック基板と金属粒子を密着させるためであ
る。上記金属酸化物により、セラミック基板と金属粒子
との密着性が改善される理由は明確ではないが、金属粒
子の表面はわずかに酸化膜が形成されており、セラミッ
ク基板は、酸化物の場合は勿論、非酸化物セラミックで
ある場合にも、その表面には酸化膜が形成されている。
従って、この酸化膜が金属酸化物を介してセラミック基
板表面で焼結して一体化し、金属粒子とセラミック基板
とが密着するのではないかと考えられる。

【００４７】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 _２Ｏ_３）、アル
ミナ、イットリア、チタニアから選ばれる少なくとも１
種が好ましい。これらの酸化物は、抵抗発熱体の抵抗値
を大きくすることなく、金属粒子とセラミック基板との
密着性を改善できるからである。

【００４８】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。

【００４９】また、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホ
ウ素（Ｂ_２Ｏ_３）、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主部が好ましい。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。

【００５０】抵抗発熱体をセラミック基板の底面に設け
る場合は、抵抗発熱体の表面は、金属層で被覆されてい
ることが望ましい。抵抗発熱体は、金属粒子の焼結体で
あり、露出していると酸化しやすく、この酸化により抵
抗値が変化してしまう。そこで、表面を金属層で被覆す
ることにより、酸化を防止することができるのである。

【００５１】金属層の厚さは、０．１〜１０μｍが望ま
しい。抵抗発熱体の抵抗値を変化させることなく、抵抗
発熱体の酸化を防止することができる範囲だからであ
る。被覆に使用される金属は、非酸化性の金属であれば
よい。具体的には、金、銀、パラジウム、白金、ニッケ
ルから選ばれる少なくとも１種以上が好ましい。なかで
もニッケルがさらに好ましい。抵抗発熱体には電源と接
続するための外部端子が必要であり、この外部端子は、
半田を介して抵抗発熱体に取り付けるが、ニッケルは半
田の熱拡散を防止するからである。接続端子しては、コ
バール製の端子ピンを使用することができる。

【００５２】なお、抵抗発熱体をヒータ板内部に形成す
る場合は、抵抗発熱体表面が酸化されることがないた
め、被覆は不要である。抵抗発熱体をヒータ板内部に形
成する場合、抵抗発熱体の表面の一部が露出していても
よい。

【００５３】抵抗発熱体として使用する金属箔として
は、ニッケル箔、ステンレス箔をエッチング等でパター
ン形成して抵抗発熱体としたものが望ましい。パターン
化した金属箔は、樹脂フィルム等ではり合わせてもよ
い。金属線としては、例えば、タングステン線、モリブ
デン線等が挙げられる。

【００５４】抵抗発熱体をセラミック基板の内部に形成
する場合は、上記抵抗発熱体は、加熱面の反対側の面か
ら厚さ方向に６０％以下の位置に形成されていることが
望ましい。６０％を超えると、加熱面に近すぎるため、
上記セラミック基板内を伝搬する熱が充分に拡散され
ず、加熱面に温度ぱらつきが発生してしまうからであ
る。

【００５５】抵抗発熱体をセラミック基板の内部に形成
する場合、発熱体形成層を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どこか
の層に抵抗発熱体が形成され、加熱面の上方からみる
と、どの領域にもパターンが形成されている状態が望ま
しい。このような構造としては、例えば、互いに千鳥の
配置になっている構造が挙げられる。なお、抵抗発熱体
をセラミック基板の内部に設け、かつ、その抵抗発熱体
を一部露出させてもよい。

【００５６】また、本発明に係るセラミックヒータに形
成される抵抗発熱体のパターンは、特に限定されるもの
ではなく、図２に示した、同心円形状パターンのほか
に、例えば、円弧の繰り返しパターンと同心円形状のパ
ターンとを併用したパターン、屈曲線の繰り返しパター
ン、渦巻き状のパターン、偏心円状のパターン等を挙げ
ることができる。また、これらのパターンは、単独で形
成してもよく、これらのパターンを任意に組み合わせて
形成してもよい。

【００５７】抵抗発熱体の厚さは、１〜３０μｍが好ま
しく、１〜１０μｍがより好ましい。また、抵抗発熱体
の幅は、０．１〜２０ｍｍが好ましく、０．１〜５ｍｍ
がより好ましい。抵抗発熱体は、その幅や厚さにより抵
抗値に変化を持たせることができるが、上記した範囲が
最も実用的である。

【００５８】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。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、１０〜５０
００であることが望ましい。この範囲に調整することに
より、抵抗発熱体の抵抗値を大きくすることができると
ともに、加熱面の温度の均一性を確保することができる
からである。

【００５９】抵抗発熱体の厚さを一定とした場合、アス
ペクト比が上記範囲より小さいと、セラミック基板の加
熱面方向への熱の伝搬量が小さくなり、抵抗発熱体のパ
ターンに近似した熱分布が加熱面に発生してしまい、逆
にアスペクト比が大きすぎると抵抗発熱体の中央の直上
部分が高温となってしまい、結局、抵抗発熱体のパター
ンに近似した熱分布が加熱面に発生してしまう。従っ
て、温度分布を考慮すると、断面のアスペクト比は、１
０〜５０００であることが好ましいのである。

【００６０】抵抗発熱体の抵抗値のばらつきに関し、平
均抵抗値に対する抵抗値のばらつきは５％以下が望まし
く、１％がより望ましい。本発明の抵抗発熱体は複数回
路に分割しているが、このように抵抗値のばらつきを小
さくすることにより、抵抗発熱体の分割数を減らすこと
ができ温度を制御しやすくすることができる。さらに、
昇温の過渡時の加熱面の温度を均一にすることが可能と
なる。

【００６１】また、本発明に係るセラミックヒータで
は、その内部または表面に形成される抵抗発熱体が、セ
ラミック基板と接することがないように、上記セラミッ
ク基板と上記抵抗発熱体との間に、絶縁体層を形成する
ことが望ましい。本発明に係るセラミックヒータは、炭
化物セラミックから構成されているため、セラミック基
板自体が常温で導電性が大きくなるか、または、高温領
域において抵抗が低下するおそれがあり、セラミック基
板と抵抗発熱体とが接するように、上記抵抗発熱体を形
成すると、隣接する抵抗発熱体間にリーク電流が発生
し、ヒータとして機能しなくなる場合があるからであ
る。

【００６２】上記絶縁体層としては、例えば、酸化物セ
ラミックが使用される。このような酸化物セラミックと
しては、例えば、シリカ、アルミナ、ムライト、コージ
ェライト、ベリリア等を挙げることができる。これらの
酸化物セラミックは、単独で使用してもよく、２種以上
を併用してもよい。

【００６３】これらの材料からなる絶縁体層を形成する
方法としては、例えば、アルコキシドを加水分解させた
ゾル溶液を用い、スピンコート等により塗布し、乾燥、
焼成する方法を挙げることができる。また、ＣＶＤやス
パッタリングにより絶縁体層を形成してもよく、ガラス
粉ペーストを塗布した後、５００〜１０００℃で焼成す
ることにより、絶縁体層を形成してもよい。

【００６４】上記絶縁層は、０．１〜１０００μｍであ
ることが望ましい。０．１μｍ未満では、絶縁性を確保
できず、１０００μｍを超えると、抵抗発熱体からセラ
ミック基板への熱伝導性を阻害してしまうからである。
さらに、上記絶縁層の体積抵抗率は、上記セラミック基
板の体積抵抗率の１０倍以上（同一測定温度）であるこ
とが望ましい。１０倍未満では、回路の短絡を防止でき
ないからである。

【００６５】上述のように、ホットプレート（セラミッ
クヒータ）は、導体層として、セラミック基板の表面ま
たは内部に抵抗発熱体のみが設けられた装置であり、こ
れにより、半導体ウエハ等の被加熱物を所定の温度に加
熱することができる。一方、本発明の半導体装置用セラ
ミック基板の内部に、導体層として静電電極が設けられ
た場合、本発明の半導体装置用セラミック基板は、静電
チャックとして機能する。

【００６６】図４は、本発明の半導体装置用セラミック
基板の一実施形態である静電チャックの一例を模式的に
示した縦断面図であり、図５は、図４に示した静電チャ
ックにおけるＡ−Ａ線断面図である。

【００６７】この静電チャック１０１では、平面視円形
状のセラミック基板１の内部に、絶縁体層７が形成され
るとともに、絶縁体層７の内部に、チャック正極静電層
２とチャック負極静電層３とからなる静電電極層が埋設
されている。また、静電チャック１０１上には、半導体
ウエハ９が載置され、接地されている。

【００６８】この静電電極層上に、該静電電極層を被覆
するように形成されたセラミック層は、半導体ウエハを
吸着するための誘電体膜として機能するので、以下にお
いては、セラミック誘電体膜４ということとする。な
お、本発明に係る静電チャックは、絶縁体層７の厚み
を、誘電体膜として機能する程度に厚くすることによ
り、セラミック誘電体膜４を設けることなく、静電チャ
ックとして機能させることも可能である。

【００６９】図５に示したように、チャック正極静電層
２は、半円弧状部２ａと櫛歯部２ｂとからなり、チャッ
ク負極静電層３も、同じく半円弧状部３ａと櫛歯部３ｂ
とからなり、これらのチャック正極静電層２とチャック
負極静電層３とは、櫛歯部２ｂ、３ｂを交差するように
対向して配置されており、このチャック正極静電層２お
よびチャック負極静電層３には、それぞれ直流電源の＋
側と−側とが接続され、直流電圧Ｖ_２が印加されるよう
になっている。

【００７０】また、セラミック基板１の内部には、絶縁
体層８が形成されるとともに、絶縁体層８の内部に、半
導体ウエハ９の温度をコントロールするために、図２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
れている。抵抗発熱体５の両端には、外部端子が接続、
固定され、電圧Ｖ_１が印加されるようになっている。図
４、５には示していないが、このセラミック基板１に
は、図２に示したセラミックヒータ９０と同様で、測温
素子を挿入するための有底孔とシリコンウエハ９を支持
して上下させるリフターピンを挿通するための貫通孔が
形成されている。なお、抵抗発熱体５は、セラミック基
板１の底面に形成されていてもよい。また、セラミック
基板１には、必要に応じてＲＦ電極が埋設されていても
よい。

【００７１】この静電チャック１０１を機能させる際に
は、チャック正極静電層２とチャック負極静電層３とに
直流電圧Ｖ_２を印加する。これにより、半導体ウエハ９
は、チャック正極静電層２とチャック負極静電層３との
静電的な作用によりこれらの電極にセラミック誘電体膜
４を介して吸着され、固定されることとなる。このよう
にして半導体ウエハ９を静電チャック１０１上に固定さ
せた後、このシリコンウエハ９に、ＣＶＤ等の種々の処
理を施す。

【００７２】上記静電チャックは、静電電極層と抵抗発
熱体とを備えており、例えば、図４、５に示したような
構成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で、上記半導体装置用セラミッ
ク基板、および、本発明に係るセラミックヒータの説明
で記載していないものについて、説明していくことにす
る。

【００７３】上記静電電極上のセラミック誘電体膜４
は、セラミック基板のほかの部分と同じ材料からなるこ
とが望ましい。同じ工程でグリーンシート等を作製する
ことができ、これらを積層した後、一度の焼成でセラミ
ック基板を製造することができるからである。

【００７４】上記セラミック誘電体膜は、セラミック基
板のほかの部分と同様に、カーボンを含有していること
が望ましい。静電電極を隠蔽することができ、輻射熱を
利用することができるからである。

【００７５】上記セラミック誘電体膜の厚さは、２０〜
５０００μｍであることが望ましい。上記セラミック誘
電体膜の厚さが２０μｍ未満であると、膜厚が薄すぎる
ために充分な耐電圧が得られず、半導体ウエハを載置
し、吸着した際にセラミック誘電体膜が絶縁破壊する場
合があり、一方、上記セラミック誘電体膜の厚さが５０
００μｍを超えると、半導体ウエハと静電電極との距離
が遠くなるため、半導体ウエハを吸着する能力が低くな
ってしまうからである。セラミック誘電体膜の厚さは、
５０〜２０００μｍがより好ましい。

【００７６】なお、本発明に係る静電チャックにおい
て、静電電極を覆う絶縁体層の厚みを、誘電体膜として
機能する程度に厚くすることにより、セラミック誘電体
膜を設けることなく、静電チャックとして機能させるこ
とも可能である。

【００７７】上記セラミック基板内に形成される静電電
極としては、例えば、金属または導電性セラミックの焼
結体、金属箔等が挙げられる。金属焼結体としては、タ
ングステン、モリブデンから選ばれる少なくとも１種か
らなるものが好ましい。金属箔も、金属焼結体と同じ材
質からなることが望ましい。これらの金属は比較的酸化
しにくく、電極として充分な導電性を有するからであ
る。また、導電性セラミックとしては、タングステン、
モリブデンの炭化物から選ばれる少なくとも１種を使用
することができる。

【００７８】また、本発明に係る静電チャックでは、上
述した本発明に係るセラミックヒータと同様で、セラミ
ック基板の内部に形成される静電電極が、セラミック基
板と接することがないように、上記セラミック基板と上
記静電電極との間に、絶縁体層を形成することが望まし
い。本発明に係る静電チャックは、炭化物セラミックか
ら構成されているため、セラミック基板自体が常温で導
電性が大きくなるか、または、高温領域において抵抗が
低下するおそれがあり、セラミック基板と静電電極とが
接するように、上記静電電極を形成すると、隣接する静
電電極間にショートが発生し、チャック力が発生しない
場合があるからである。

【００７９】図６および図７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６
に示す静電チャック２１０では、セラミック基板の内部
において、絶縁体層７内に、半円形状のチャック正極静
電層２１２とチャック負極静電層２１３とが形成されて
おり、図７に示す静電チャック２２０では、セラミック
基板の内部において、絶縁体層７内に、円を４分割した
形状のチャック正極静電層２２２ａ、２２２ｂとチャッ
ク負極静電層２２３ａ、２２３ｂとが形成されている。

【００８０】また、２枚の正極静電層２２２ａ、２２２
ｂおよび２枚のチャック負極静電層２２３ａ、２２３ｂ
は、それぞれ交差するように形成されている。なお、円
形等の電極が分割された形態の電極を形成する場合、そ
の分割数は特に限定されず、５分割以上であってもよ
く、その形状も扇形に限定されない。

【００８１】本発明の半導体装置用セラミック基板の表
面および内部に導体層が配設され、上記内部の導体層
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。

【００８２】図８は、本発明のウエハプローバの一実施
形態を模式的に示した断面図であり、図９は、図８に示
したウエハプローバにおけるＡ−Ａ線断面図である。こ
のウエハプローバ４０では、平面視円形状のセラミック
基板４３の表面に平面視同心円形状の溝４７が形成され
るとともに、溝４７の一部に半導体ウエハを吸引するた
めの複数の吸引孔４８が設けられており、溝４７を含む
セラミック基板４３の大部分に半導体ウエハの電極と接
続するためのチャックトップ導体層４２が円形状に形成
されている。

【００８３】一方、セラミック基板４３の底面には、半
導体ウエハの温度をコントロールするために、図２に示
したような平面視同心円形状の抵抗発熱体４９が設けら
れており、抵抗発熱体４９の両端には、外部端子（図示
せず）が接続、固定されている。なお、抵抗発熱体４９
のショート等を防ぐため、抵抗発熱体４９とセラミック
基板４３との間には、絶縁体層４４ｃが形成されてい
る。

【００８４】セラミック基板４３の内部において、スト
レイキャパシタやノイズを除去するため、平面視格子形
状のガード電極４５とグランド電極４６（図９参照）と
が、それぞれ絶縁体層４４ａ、４４ｂ内に設けられてい
る。なお、ガード電極４５とグランド電極４６の材質
は、静電電極と同様のものを用いることができる。

【００８５】上記チャックトップ導体層の厚さは、１〜
２０μｍが望ましい。１μｍ未満では抵抗値が高くなり
すぎて電極として働かず、一方、２０μｍを超えると導
体の持つ応力によって剥離しやすくなってしまうからで
ある。

【００８６】チャックトップ導体層としては、例えば、
銅、チタン、クロム、ニッケル、貴金属（金、銀、白金
等）、タングステン、モリブデンなどの高融点金属から
選ばれる少なくとも１種の金属を使用することができ
る。

【００８７】このような構成のウエハプローバでは、そ
の上に集積回路が形成されたシリコンウエハを載置した
後、この半導体ウエハにテスタピンを持つプローブカー
ドを押しつけ、加熱、冷却しながら電圧を印加して導通
テストを行うことができる。

【００８８】次に、本発明の半導体装置用セラミック基
板の製造方法に関し、ホットプレート（セラミックヒー
タ）の製造方法を一例として、図１０（ａ）〜（ｄ）に
示した断面図に基づき説明する。

【００８９】（１） セラミック基板の作製工程 まず、炭化物セラミック粉体を空気中で３０分から６時
間焼成して、該炭化物セラミック粉体に酸素を含有さ
せ、その後、バインダおよび溶媒と混合してスラリーを
調製し、このスラリーをスプレードライ等の方法で顆粒
状にし、この顆粒を金型などに入れて加圧することによ
り板状などに成形し、生成形体（グリーン）を作製す
る。なお、上記生成形体は、焼結、加工した後、厚さが
２５ｍｍ以下となるように作製する。

【００９０】上述したセラミック粉体としては、例え
ば、炭化珪素などを使用することができ、必要に応じ
て、炭化ホウ素、カーボン、窒化アルミニウムなどの焼
結助剤などを加えてもよい。また、炭化物セラミックに
酸素を含有させるため、焼結助剤として、シリカ等の酸
化物を添加してもよい。

【００９１】次に、生成形体を加熱、焼成して焼結さ
せ、セラミック製の板状体を製造する。この後、所定の
形状に加工することにより、セラミック基板９１を製造
するが、焼成後にそのまま使用することができる形状と
してもよい。

【００９２】加圧しながら加熱、焼成を行うことによ
り、気孔のないセラミック基板９１を製造することが可
能となる。加熱、焼成は、焼結温度以上であればよい
が、本発明に係るセラミックヒータでは、炭化物セラミ
ックが用いられるので、加熱、焼成温度は、１５００〜
２０００℃である。

【００９３】次に、セラミック基板９１の表面にガラス
ペーストを塗布し、焼成処理を行うことにより、絶縁体
層９６を有するセラミック基板９１を製造する。また、
セラミック基板９１に、必要に応じて、半導体ウエハを
支持するためのリフターピンを挿入する貫通孔９５とな
る部分や熱電対等の測温素子（図示せず）を埋め込むた
めの有底孔９４となる部分を形成する（図１０（ａ）参
照）。

【００９４】（２） セラミック基板に導体ペーストを
印刷する工程 導体ペーストは、２種以上の貴金属等からなる金属粒
子、樹脂、溶剤からなる粘度の高い流動物である。この
導体ペーストをスクリーン印刷などを用い、抵抗発熱体
パターンとなる導体ペースト層を形成する。

【００９５】なお、抵抗発熱体パターンとして、例え
ば、図２に示した同心円形状のパターン、円弧の繰り返
しパターン、屈曲線の繰り返しパターン等が挙げられ
る。また、導体ペースト層は、焼成後の抵抗発熱体９２
の断面が、方形で、偏平な形状となるように形成するこ
とが望ましい。

【００９６】（３） 導体ペーストの焼成 セラミック基板９１の底面に印刷した導体ペースト層を
加熱焼成して、樹脂、溶剤を除去するとともに、金属粒
子を焼結させ、セラミック基板９１の底面に焼き付け、
抵抗発熱体９２を形成する（図１０（ｂ）参照）。加熱
焼成の温度は、５００〜１０００℃が好ましい。導体ペ
ースト中に上述した酸化物を添加しておくと、金属粒
子、セラミック基板および酸化物が焼結して一体化する
ため、抵抗発熱体とセラミック基板との密着性が向上す
る。

【００９７】（４） 金属被覆層の形成 抵抗発熱体９２表面には、金属被覆層９２ａを設ける
（図１０（ｃ）参照）。金属被覆層９２ａは、電解めっ
き、無電解めっき、スパッタリング等により形成するこ
とができるが、量産性を考慮すると、無電解めっきが最
適である。

【００９８】（５） 端子等の取り付け 抵抗発熱体９２のパターンの端部に電源との接続のため
の端子（外部端子９３）を半田で取り付ける。また、有
底孔９４に銀ろう、金ろうなどで熱電対等の測温素子
（図示せず）を固定し、ポリイミド等の耐熱樹脂で封止
し、セラミックヒータ９０の製造を終了する（図１０
（ｄ）参照）。

【００９９】次に、本発明の半導体装置用セラミック基
板の製造方法に関し、静電チャックの製造方法を一例と
して、図１１に示した断面図に基づき説明する。

【０１００】（１）グリーンシートの作製工程 まず、炭化物セラミック粉体を空気中で３０分から６時
間焼成して、該炭化物セラミック粉体に酸素を含有さ
せ、その後、バインダおよび溶媒と混合して混合組成物
を調製し、成形を行うことにより、グリーンシート５０
を作製する。カーボンを含有させる場合には、目的とす
る特性に応じて、上述した結晶質カーボンまたは非晶質
カーボンを使用し、その量を調節する。

【０１０１】上述したセラミック粉体としては、例え
ば、炭化珪素などを使用することができ、必要に応じ
て、炭化ホウ素、カーボン、窒化アルミニウムなどの焼
結助剤などを加えてもよい。また、炭化物セラミックに
酸素を含有させるため、焼結助剤として、シリカ等の酸
化物を添加してもよい。

【０１０２】後述する静電電極層印刷体５１が形成され
たグリーンシートの上に積層する数枚または１枚のグリ
ーンシート５０′は、セラミック誘電体膜となる層であ
るので、目的等により、その組成をセラミック基板と異
なる組成としてもよい。また、まず先にセラミック基板
を製造しておき、その上に静電電極層を形成し、さらに
その上にセラミック誘電体膜を形成することもできる。

【０１０３】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
合して得られるスラリーをドクターブレード法でシート
状に成形してグリーンシート５０を作製する。

【０１０４】グリーンシート５０に、必要に応じて半導
体ウエハの支持ピンを挿入する貫通孔や熱電対等の測温
素子を埋め込む凹部を設けておくことができる。貫通孔
や凹部は、パンチングなどで形成することができる。グ
リーンシート５０の厚さは、０．１〜５ｍｍ程度が好ま
しい。

【０１０５】（２）次に、グリーンシート５０に、絶縁
体層となるガラスペーストを塗布し、さらに、その上に
静電電極層や抵抗発熱体となる導体ペーストを印刷す
る。印刷は、グリーンシート５０の収縮率を考慮して所
望のアスペクト比が得られるように行い、これにより静
電電極層印刷体５１、抵抗発熱体層印刷体５２を得る。
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。

【０１０６】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。

【０１０７】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。

【０１０８】このようなペーストとしては、金属粒子ま
たは導電性セラミック粒子８５〜９７重量部、アクリル
系、エチルセルロース、ブチルセロソルブおよびポリビ
ニルアルコールから選ばれる少なくとも１種のバインダ
１．５〜１０重量部、α−テルピネオール、グリコー
ル、エチルアルコールおよびブタノールから選ばれる少
なくとも１種の溶媒を１．５〜１０重量部混合して調製
した導体ぺーストが最適である。さらに、パンチング等
で形成した孔に、導体ペーストを充填してスルーホール
印刷体５３、５４を得る。

【０１０９】（３）次に、図１１（ａ）に示すように、
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′とを積
層する。静電電極層印刷体５１が形成されたグリーンシ
ート上には、数枚または１枚のグリーンシート５０を積
層し、積層体を作製する。このとき、印刷体５１、５
２、５３、５４を有するグリーンシート５０の上に積層
するグリーンシートは、ガラスペースト層が下になるよ
うにし、導体ペースト層を上下からガラスペースト層で
挟み、サンドイッチ状態とする。なお、上記積層体は、
焼成、加工した後、厚さが２５ｍｍ以下となるように作
製する。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。

【０１１０】（４）次に、図１１（ｂ）に示すように、
積層体の加熱および加圧を行い、グリーンシート中のセ
ラミック粉末および導体ペースト中の金属粒子を焼結さ
せる。加熱温度は、１０００〜２０００℃、加圧は１０
〜２０ＭＰａ（１００〜２００ｋｇ／ｃｍ^２）が好まし
く、これらの加熱および加圧は、不活性ガス雰囲気下で
行う。不活性ガスとしては、アルゴン、窒素などを使用
することができる。この工程で、スルーホール１６、１
７、チャック正極静電層２、チャック負極静電層３、抵
抗発熱体５等が形成される。

【０１１１】（５）次に、図１１（ｃ）に示すように、
外部端子接続のための袋孔１３、１４を設ける。袋孔１
３、１４の内壁は、その少なくともその一部が導電化さ
れ、導電化された内壁は、チャック正極静電層２、チャ
ック負極静電層３、抵抗発熱体５等と接続されているこ
とが望ましい。

【０１１２】（６）最後に、図１１（ｄ）に示すよう
に、袋孔１３、１４に金ろうを介して外部端子６、１８
を設ける。さらに、必要に応じて、有底孔を設け、その
内部に熱電対等の測温素子を埋め込むことができる。

【０１１３】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。

【０１１４】なお、上記説明では、セラミックヒータ９
０（図１参照）、および、静電チャック１０１（図４参
照）を例にしたが、ウエハプローバを製造する場合に
は、例えば、静電チャックの場合と同様に、初めに抵抗
発熱体が埋設されたセラミック基板を製造し、その後、
セラミック基板の表面に溝を形成し、続いて、溝が形成
された表面部分にスパッタリングおよびめっき等を施し
て、金属層を形成すればよい。

【０１１５】

【実施例】以下、本発明をさらに詳細に説明する。

【０１１６】（実施例１〜６）（図１参照） （１）炭化珪素粉末（平均粒径：１．１μｍ 屋久島電
工株式会社製 ダイヤシック）１００重量部を空気中で
焼成した。なお、焼成した時間は、実施例１〜３では１
時間であり、実施例４および５では６時間であり、実施
例６では１０時間であった。その後、カーボン０．５重
量部、炭化ホウ素５重量部、アクリルバインダ１２重量
部およびアルコールを添加し、得られた組成物のスプレ
ードライを行い、顆粒状の粉末を作製した。

【０１１７】（２）次に、この顆粒状の粉末を金型に入
れ、平板状に成形して生成形体（グリーン）を作製し
た。 （３）続いて、この生成形体を１８９０℃、圧力：２０
ＭＰａ（２００ｋｇ／ｃｍ^２）でホットプレスし、厚さ
が２０ｍｍ（実施例１）、１５ｍｍ（実施例２）、１０
ｍｍ（実施例３）、５ｍｍ（実施例４）、３ｍｍ（実施
例５）、３ｍｍ（実施例６）の炭化珪素板状体を得た。
次に、この板状体から直径２１０ｍｍの円板状体を切り
出し、セラミック製の板状体（セラミック基板）９１と
した。

【０１１８】次に、ＰｂＯ３０重量％、ＳｉＯ_２５０重
量％、Ｂ_２Ｏ_３１５重量％、Ａｌ_２Ｏ _３３重量％、Ｃｒ
_２Ｏ_３２重量％からなる組成のガラス粉末８７重量部
に、ビヒクル３重量部、溶剤１０重量部を添加してガラ
スペーストを調製した。そして、得られたセラミック基
板の表面に、上記ガラスペーストを塗布し、１２０℃で
乾燥させた後、６８０℃、１０分間の条件で加熱するこ
とにより、絶縁体層９６を形成した。次に、絶縁体層９
６を有するセラミック基板９１にドリル加工を施し、リ
フターピンを挿通する貫通孔９５となる部分、熱電対等
の測温素子（図示せず）を埋め込むための有底孔９４と
なる部分（直径：１．１ｍｍ、深さ：２ｍｍ）を形成し
た。

【０１１９】（４）上記（３）で得たセラミック基板９
１に、スクリーン印刷にて導体ペーストを印刷した。印
刷パターンは、同心円状のパターンとした。導体ペース
トとしては、プリント配線板のスルーホール形成に使用
されている徳力化学研究所製のソルベストＰＳ６０３Ｄ
を使用した。この導体ペーストは、銀−鉛ペーストであ
り、銀１００重量部に対して、酸化鉛（５重量％）、酸
化亜鉛（５５重量％）、シリカ（１０重量％）、酸化ホ
ウ素（２５重量％）およびアルミナ（５重量％）からな
る金属酸化物を７．５重量部含むものであった。また、
銀粒子は、平均粒径が４．５μｍで、リン片状のもので
あった。

【０１２０】（５）次に、導体ペーストを印刷したセラ
ミック基板を７８０℃で加熱、焼成して、導体ペースト
中の銀、鉛を焼結させるとともにセラミック基板９１に
焼き付け、抵抗発熱体９２を形成した。銀−鉛の抵抗発
熱体は、厚さが５μｍ、幅２．４ｍｍ、面積抵抗率が
７．７ｍΩ／□であった。

【０１２１】（６）硫酸ニッケル８０ｇ／ｌ、次亜リン
酸ナトリウム２４ｇ／ｌ、酢酸ナトリウム１２ｇ／ｌ、
ほう酸８ｇ／ｌ、塩化アンモニウム６ｇ／ｌの濃度の水
溶液からなる無電解ニッケルめっき浴に上記（５）で作
製したセラミック基板９１を浸漬し、銀−鉛の抵抗発熱
体９２の表面に厚さ１μｍの金属被覆層（ニッケル層）
９２ａを析出させた。

【０１２２】（７）電源との接続を確保するための外部
端子９３を取り付ける部分に、スクリーン印刷により、
Ｎｉ−Ａｕろう材を印刷して形成した。ついで、この上
にコバール製の外部端子９３を載置し、温度制御のため
の熱電対を挿入後、８１．７Ａｕ−１８．３Ｎｉの金ろ
うで接続し、（１０３０℃で加熱して融着）、図１に示
すセラミックヒータ９０を得た。

【０１２３】（比較例１〜２）原料である炭化珪素粉末
の焼成を全く実施せず、また、セラミック基板の厚さを
３ｍｍ（比較例１）、１５ｍｍ（比較例２）とした以外
は、実施例５と同様にして、セラミックヒータを作製し
た。

【０１２４】（比較例３）基板の厚さを３０ｍｍとした
以外は、実施例５と同様にして、セラミックヒータを作
製した。

【０１２５】（比較例４）原料である炭化珪素粉末の焼
成を全く実施せず、また、セラミック基板の厚さを３０
ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして、セラミック
ヒータを作製した。

【０１２６】（実施例７）静電チャック（図４および
５）の製造（図１１参照） （１）炭化珪素粉末（平均粒径：１．１μｍ 屋久島電
工株式会社製 ダイヤシック）１００重量部を空気中で
１時間焼成した。カーボン０．５重量部、炭化ホウ素５
重量部、焼成した炭化珪素粉末、アクリル系バインダ
０．０９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５０を得た。

【０１２７】（２）次に、これらのグリーンシート５０
を８０℃で５時間乾燥させた後、加工が必要なグリーン
シートに対し、パンチングにより直径１．８ｍｍ、３．
０ｍｍ、５．０ｍｍの半導体ウエハ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。さらにグリーンシート表面
に、実施例１で用いたガラスペーストを塗布し、乾燥さ
せた。

【０１２８】（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。ガラスペーストを塗布
したグリーンシート５０上に、導電性ペーストＡをスク
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、図２に示したような同心円パターンとし
た。また、他のガラスペーストを塗布したグリーンシー
ト５０に図５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。

【０１２９】（４）さらに、外部端子を接続するための
スルーホール用の貫通孔に導体ペーストＢを充填した。
抵抗発熱体のパターンが形成されたグリーンシート５０
に、さらに、タングステンペーストが印刷されておらず
ガラスペーストが塗布されたグリーンシート５０′を、
ガラスペーストが塗布された面が下になるように積層
し、導体ペースト層を上下から、ガラスペーストが塗布
された面で挟み、サンドイッチ状態とした。その上側
（加熱面）に、タングステンペーストが印刷されておら
ずガラスペーストも塗布されていないグリーンシートを
３３枚積層し、下側に１３枚積層した。さらに、その上
に静電電極パターンからなる導体ペースト層を印刷した
グリーンシート５０を積層し、ガラスペーストが塗布さ
れたグリーンシート５０′を、ガラスペーストが塗布さ
れた面が下になるように積層し、静電電極パターンから
なる導体ペースト層を上下から、ガラスペーストが塗布
された面で挟み、サンドイッチ状態とした。さらにその
上にタングステンペーストを印刷していないグリーンシ
ート５０′を１枚積層し、これらを１３０℃、８ＭＰａ
（８０ｋｇ／ｃｍ^２）の圧力で圧着して積層体を形成し
た（図１１（ａ）参照）。

【０１３０】（５）次に、得られた積層体を窒素ガス
中、６００℃で５時間脱脂し、１９００℃、圧力１５Ｍ
Ｐａ（１５０ｋｇ／ｃｍ^２）で３時間ホットプレスし、
厚さ３ｍｍの炭化珪素板状体を得た。これを直径３００
ｍｍの円板状に切り出し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍ
ｍ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を有する炭化珪素製の板
状体とした（図１１（ｂ）参照）。

【０１３１】（６）次に、（３）で得られた板状体を、
ダイヤモンド砥石で研磨した後、マスクを載置し、Ｓｉ
Ｃ等によるブラスト処理で表面に熱電対のための有底孔
（直径：１．２ｍｍ、深さ：２．０ｍｍ）を設けた。

【０１３２】（７）さらに、スルーホールが形成されて
いる部分をえぐり取って袋孔１３、１４とし（図１１
（ｃ）参照）、この袋孔１３、１４にＮｉ−Ａｕからな
る金ろうを用い、７００℃で加熱リフローしてコバール
製の外部端子６、１８を接続させた（図１１（ｄ）参
照）。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。

【０１３３】（８）次に、温度制御のための複数の熱電
対を有底孔に埋め込み、抵抗発熱体を有する静電チャッ
クの製造を完了した。

【０１３４】（実施例８）ウエハプローバ４０（図８〜
９参照）の製造 （１）次に、炭化珪素粉末（平均粒径：１．１μｍ 屋
久島電工株式会社製 ダイヤシック）１００重量部を空
気中で１時間焼成した。カーボン０．５重量部、炭化ホ
ウ素５重量部、焼成した炭化珪素粉末、アクリル系バイ
ンダ０．０９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５０を得た。

【０１３５】（２）次に、このグリーンシートを８０℃
で５時間乾燥させた後、パンチングにて抵抗発熱体と外
部端子と接続するためのスルーホール用の貫通孔を設け
た。さらに、ガラスペーストを塗布した。

【０１３６】平均粒子径１μｍのタングステンカーバイ
ド粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０重量
部、α−テルピネオール溶媒３．５重量および分散剤
０．３重量部を混合して導体ペーストＡとした。また、
平均粒子径３μｍのタングステン粒子１００重量部、ア
クリル系バインダ１．９重量部、α−テルピネオール溶
媒を３．７重量部、分散剤０．２重量部を混合して導体
ペーストＢとした。

【０１３７】次に、ガラスペーストを塗布したグリーン
シートに、この導体ペーストＡを用いたスクリーン印刷
で、格子状のガード電極用印刷体、グランド電極用印刷
体を印刷した。また、外部端子と接続するためのスルー
ホール用の貫通孔に導体ペーストＢを充填した。

【０１３８】次に、ガード電極用印刷体、グランド電極
用印刷体が印刷されたグリーンシートに、それぞれガラ
スペーストが塗布されたグリーンシートを積層し、上述
した実施例７に係る静電チャックと同様で、ガード電極
用印刷体、グランド電極用印刷体、それぞれ上下からガ
ラスペースト層で挟みサンドイッチ状態とした。さら
に、ガード電極およびグランド電極が、それぞれセラミ
ック基板の内部に形成されるように、グリーンシートを
積層し、１３０℃、８ＭＰａ（８０ｋｇ／ｃｍ^２）の圧
力で一体化することにより積層体を作製した。なお、グ
リーンシートは、計５０枚積層した。

【０１３９】（４）次に、この積層体を窒素ガス中で６
００℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５ＭＰａ
（１５０ｋｇ／ｃｍ^２）で３時間ホットプレスし、厚さ
３ｍｍの炭化珪素板状体を得た。得られた板状体を、直
径３００ｍｍの円形状に切り出してセラミック製の板状
体とした。スルーホール１６の大きさは、直径０．２ｍ
ｍ、深さ０．２ｍｍであった。

【０１４０】また、ガード電極４５、グランド電極４６
の厚さは１０μｍ、ガード電極４５の形成位置は、ウエ
ハ載置面から１ｍｍ、グランド電極４６の形成位置は、
ウエハ載置面から１．２ｍｍであった。また、ガード電
極４５およびグランド電極４６の導体非形成領域４６ａ
の１辺の大きさは、０．５ｍｍであった。さらに、セラ
ミック板状体の表面に、ガラスペーストを塗布し、焼成
処理を行うことにより、絶縁体層４４ｃを形成した。

【０１４１】（５）上記（４）で得た板状体を、ダイヤ
モンド砥石で研磨した後、マスクを載置し、ＳｉＣ等に
よるブラスト処理で表面に熱電対のための凹部およびウ
エハ吸着用の溝４７（幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍ）
を設けた。

【０１４２】（６）さらに、ウエハ載置面に対向する
面、すなわち、絶縁体層４４ｃが形成された面に、抵抗
発熱体４９を形成するための層を印刷した。印刷は導電
ペーストを用いた。導電ペーストは、プリント配線板の
スルーホール形成に使用されている徳力化学研究所製の
ソルベストＰＳ６０３Ｄを使用した。この導電ペースト
は、銀／鉛ペーストであり、酸化鉛、酸化亜鉛、シリ
カ、酸化ホウ素、アルミナからなる金属酸化物（それぞ
れの重量比率は、５／５５／１０／２５／５）を銀１０
０重量部に対して７．５重量部含むものであった。ま
た、銀の形状は平均粒径４．５μｍでリン片状のもので
あった。

【０１４３】（７）導電ペーストを印刷したセラミック
基板４３を７８０℃で加熱焼成して、導電ペースト中の
銀、鉛を焼結させるとともにセラミック基板４３に焼き
付けた。さらに硫酸ニッケル３０ｇ／ｌ、ほう酸３０ｇ
／ｌ、塩化アンモニウム３０ｇ／ｌおよびロッシェル塩
６０ｇ／ｌを含む水溶液からなる無電解ニッケルめっき
浴にセラミック基板４３を浸漬して、銀の焼結体４９の
表面に厚さ１μｍ、ホウ素の含有量が１重量％以下のニ
ッケル層（図示せず）を析出させた。この後、セラミッ
ク基板４３に、１２０℃で３時間アニーリング処理を施
した。銀の焼結体からなる抵抗発熱体は、厚さが５μ
ｍ、幅２．４ｍｍであり、面積抵抗率が７．７ｍΩ／□
であった。

【０１４４】（８）溝４７が形成された面に、スパッタ
リング法により、順次、チタン層、モリブデン層、ニッ
ケル層を形成した。スパッタリングのための装置は、日
本真空技術株式会社製のＳＶ−４５４０を使用した。ス
パッタリングの条件は気圧０．６Ｐａ、温度１００℃、
電力２００Ｗであり、スパッタリング時間は、３０秒か
ら１分の範囲内で、各金属によって調整した。得られた
膜の厚さは、蛍光Ｘ線分析計の画像から、チタン層は
０．３μｍ、モリブデン層は２μｍ、ニッケル層は１μ
ｍであった。

【０１４５】（９）硫酸ニッケル３０ｇ／ｌ、ほう酸３
０ｇ／ｌ、塩化アンモニウム３０ｇ／ｌおよびロッシェ
ル塩６０ｇ／ｌを含む水溶液からなる無電解ニッケルめ
っき浴に、上記（８）で得られたセラミック板４３を浸
漬し、スパッタリングにより形成された金属層の表面に
厚さ７μｍ、ホウ素の含有量が１重量％以下のニッケル
層を析出させ、１２０℃で３時間アニーリングした。抵
抗発熱体表面は、電流を流さず、電解ニッケルめっきで
被覆されない。

【０１４６】さらに、表面にシアン化金カリウム２ｇ／
ｌ、塩化アンモニウム７５ｇ／ｌ、クエン酸ナトリウム
５０ｇ／ｌおよび次亜リン酸ナトリウム１０ｇ／ｌを含
む無電解金めっき液に、９３℃の条件で１分間浸漬し、
ニッケルめっき層上に厚さ１μｍの金めっき層を形成し
た。

【０１４７】（１０）溝４７から裏面に抜ける空気吸引
孔４８をドリル加工により形成し、さらにスルーホール
１６を露出させるための袋孔（図示せず）を設けた。こ
の袋孔にＮｉ−Ａｕ合金（Ａｕ８１．５重量％、Ｎｉ１
８．４重量％、不純物０．１重量％）からなる金ろうを
用い、９７０℃で加熱リフローしてコバール製の外部端
子を接続させた。また、抵抗発熱体に半田（スズ９０重
量％／鉛１０重量％）を介してコバール製の外部端子を
形成した。

【０１４８】（１１）次に、温度制御のため、複数の熱
電対を有底孔（図示せず）に埋め込み、ウエハプローバ
ヒータ４０の製造を完了した。

【０１４９】上述した実施例１〜６および比較例１〜４
に係るセラミックヒータ、実施例７に係る静電チャッ
ク、および、実施例８に係るウエハプローバを４００℃
まで昇温し、以下の２〜４の方法により評価した。結果
を表１に示す。

【０１５０】評価方法 １．酸素含有量 実施例、比較例にかかる焼結体と同条件で焼結させた試
料をタングステン乳鉢で粉砕して粉末状とし、このうち
から０．０１ｇを採取して、酸素・窒素同時分析装置
（ＬＥＣＯ社製 ＴＣ−１３６型）にかけ、試料加熱温
度２２００℃、加熱時間３０秒の条件で酸素含有量を測
定した。

【０１５１】２．反り量 レーザ変位計（キーエンス社製）を用いて、測定範囲２
００ｍｍで、Ｘ方向、Ｙ方向の反り量を測定し、大きい
方を反り量として採用した。

【０１５２】３．熱伝導率 ａ．使用機器 リガクレーザーフラッシュ法熱定数測定装置 ＬＦ／ＴＣＭ−ＦＡ８５１０Ｂ ｂ．試験条件 温度・・・常温、２００℃、４００℃、５００℃、７０
０℃ 雰囲気・・・真空 ｃ．測定方法 ・比熱測定における温度検出は、試料裏面に銀ペースト
で接着した熱電対（プラチネル）により行った。 ・常温比熱測定はさらに試料上面に受光板（グラッシー
カーボン）をシリコングリースを介して接着した状態で
行い、試料の比熱（Ｃｐ）は、下記の計算式（１）によ
り求めた。

【０１５３】

【数１】

【０１５４】上記計算式（１）において、ΔＯは、入力
エネルギー、ΔＴは、試料の温度上昇の飽和値、Ｃｐ
Ｇ．ｃ は、グラッシーカーボンの比熱、ＷＧ．ｃ
は、グラッシーカーボンの重量、ＣｐＳ．Ｇ は、シリ
コングリースの比熱、ＷＳ．Ｇ は、シリコングリース
の重量、Ｗは、試料の重量である。 ４．昇温時間と温度分布 実施例、比較例に係るセラミックヒータに１００Ｖの電
圧を印加し、４００℃まで昇温するのに係る時間を測定
した。なお、ウエハ加熱面９１ｂの温度は、サーモビュ
ア（日本データム社製 ＩＲ１６２０１２−００１２）
により測定した。

【０１５５】

【表１】

【０１５６】さらに、実施例７に係る静電チャック、お
よび、実施例８に係るウエハプローバについて、昇温温
度を以下のように変更して、上述の方法により、反り量
および熱伝導率を評価した。なお、実施例７に係る静電
チャックの昇温温度は、５００℃であり、実施例８に係
るウエハプローバの昇温温度は、２００℃であった。

【０１５７】その結果、実施例７に係る静電チャックで
は、セラミック基板の反り量は１μｍ、熱伝導率は７５
Ｗ／ｍ・Ｋであった。実施例８に係るウエハプローバで
は、セラミック基板の反り量は１μｍ、熱伝導率は１３
５Ｗ／ｍ・Ｋであった。

【０１５８】

【発明の効果】以上説明のように、本願発明の半導体製
造・検査装置用セラミック基板は、酸素を含有する炭化
物セラミックからなるので、焼結性を向上させることが
でき、高温時の反りやウエハ加熱面の温度均一性の低下
を防止することができる。さらに、上記セラミック基板
の厚さが２５ｍｍ以下であるので、熱容量を低下させ
て、用的に均一な温度分布をウエハ加熱面に与えること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体製造・検査装置用セラミック基
板の一実施形態であるセラミックヒータを模式的に示す
部分拡大断面図である。

【図２】図１に示したセラミックヒータを模式的に示す
底面図である。

【図３】本発明の半導体製造・検査装置用セラミック基
板の一実施形態であるセラミックヒータの他の実施形態
を模式的に示す部分拡大断面図である。

【図４】本発明の半導体製造・検査装置用セラミック基
板の一実施形態である静電チャックを模式的に示す縦断
面図である。

【図５】図４に示した静電チャックのＡ−Ａ線断面図で
ある。

【図６】静電チャックの静電電極の一例を模式的に示す
断面図である。

【図７】静電チャックの静電電極の一例を模式的に示す
断面図である。

【図８】本発明の半導体装置用セラミック基板の一実施
形態であるウエハプローバを模式的に示す断面図であ
る。

【図９】図８に示したウエハプローバにおけるＡ−Ａ線
断面図である。

【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、図１に示すセラミックヒ
ータの製造工程の一部を模式的に示す断面図である。

【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、図４に示す静電チャック
の製造工程の一部を模式的に示す断面図である。

【符号の説明】

１０１、２１０、２２０ 静電チャック １、３１、４３、９１ セラミック基板 ２、２１２、２２２、３２ａ、３２ｂ チャック正極静
電層 ３、２１３、２２３、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、３２、４９、９２ 抵抗発熱体 ６、１８、３３、９３ 外部端子 ７、８、３６、４４ａ〜４４ｃ、９６ 絶縁体層 ９ 半導体ウエハ １１、３４、９４ 有底孔 １２、３５、９５ 貫通孔 １３、１４、３７ 袋孔 １６、１７、３８、４１ スルーホール ３０、９０ セラミックヒータ ３９、９９ リフターピン ４０ ウエハプローバ ４２ チャックトップ導体層 ４５ ガード電極 ４６ グランド電極 ４７ 溝 ４８ 吸引孔 ９２ａ 金属被覆層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック基板の内部または表面に導体
   層を有する半導体製造・検査装置用セラミック基板であ
   って、前記セラミック基板は、炭化物セラミックからな
   り、その炭化物セラミック中には、酸素が含有されてい
   るとともに、前記セラミック基板の厚さは、２５ｍｍ以
   下であることを特徴とする半導体製造・検査装置用セラ
   ミック基板。
2. 【請求項２】 前記セラミック基板の気孔率は、０また
   は５％以下である請求項１に記載の半導体製造・検査装
   置用セラミック基板。
3. 【請求項３】 前記セラミック基板中の酸素含有量は、
   ０．１〜５重量％である請求項１または２に記載の半導
   体製造・検査装置用セラミック基板。
4. 【請求項４】 前記セラミック基板は、１００℃以上で
   使用される請求項１〜３のいずれか１に記載の半導体製
   造・検査装置用セラミック基板。