JP2002255652A

JP2002255652A - セラミック基板

Info

Publication number: JP2002255652A
Application number: JP2001055016A
Authority: JP
Inventors: Yasuji Hiramatsu; 靖二平松; Yasutaka Ito; 康隆伊藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2002-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】昇温特性、高温での耐電圧に特に優れ、反り
も殆ど発生しないセラミック基板を提供すること。【解決手段】セラミック基板の表面または内部に導電
体が形成されてなるセラミック基板において、上記セラ
ミック基板は、窒化物セラミックからなり、上記窒化物
セラミックには気孔が存在しないセラミック基板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

〔発明の詳細な説明〕

【０００２】

【従来の技術】半導体は種々の産業において必要とされ
る極めて重要な製品であり、半導体チップは、例えば、
シリコン単結晶を所定の厚さにスライスしてシリコンウ
エハを作製した後、このシリコンウエハに複数の集積回
路等を形成することにより製造される。

【０００３】この半導体チップの製造工程においては、
例えば、静電チャック上に載置したシリコンウエハに、
エッチング、ＣＶＤ等の種々の処理を施して、導体回路
や素子等を形成する。その際に、デポジション用ガス、
エッチング用ガス等として腐食性のガスを使用するた
め、これらのガスによる腐食から静電電極層を保護する
必要がある。そのため、静電電極層は、通常、セラミッ
ク誘電体膜等により被覆、保護されている。このセラミ
ック誘電体膜は、静電チャックの動作中に、このセラミ
ック誘電体膜が絶縁破壊することによるシリコンウエハ
と静電電極との短絡を防止するために、大きな耐電圧が
要求される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このセラミック誘電体
膜を構成する材料として、従来より窒化物セラミックが
使用されているが、この窒化物セラミックよりなる誘電
体膜を充分な耐電圧を有するものとするためには、気孔
中のガス等に起因する耐電圧の低下を防止するため、例
えば特開平５−８１４０号公報にあるように、最大気孔
の気孔径を５μｍ以下と極めて小さくする必要があると
されていた。

【０００５】一方で、このような静電チャックには、特
開平９−４８６６８号公報にあるように、カーボンを添
加して隠蔽性を確保する必要があった。しかし、カーボ
ンには電気伝導性があるため、最大気孔の気孔径を５μ
ｍ以下と極めて小さくしても結局耐電圧を確保できない
という問題が新たに発生した。このような問題は、静電
チャックに限らず、ウエハプローバ、ホットプレートに
おいても発生する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意研究した結果、窒化物セラミック
から気孔を追い出し、実質的に気孔が存在しないものと
することにより、セラミック基板の耐電圧を飛躍的に向
上させることができることを新たに見い出し、本発明を
完成させるに至った。

【０００７】すなわち、本発明は、セラミック基板の表
面または内部に導電体が形成されてなるセラミック基板
において、上記セラミック基板は、窒化物セラミックか
らなり、上記窒化物セラミックには、実質的に気孔が存
在しないことを特徴とする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・検査装置に
用いられるセラミック基板では、セラミック基板中に実
質的に気孔が存在しない。ここで、セラミック基板中
に、実質的に気孔が存在しないとは、下記する方法を用
いて気孔率を測定した際、測定値が限界以下で気孔率を
算出することができないものをいう。この場合、下記の
方法により最大気孔の気孔径を測定しようとしても、気
孔自体を観察することができない。

【０００９】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とから気孔率を計算す
るのである。また、最大気孔の気孔径の測定は、試料を
５個用意し、その表面を鏡面研磨し、２０００から５０
００倍の倍率で表面を電子顕微鏡で１０箇所撮影するこ
とにより行う。そして、撮影された写真で最大の気孔径
を選び、５０ショットの平均を最大気孔の気孔径とす
る。

【００１０】このようなセラミック基板では、耐電圧の
低下の大きな原因である気孔が実質的に存在しないた
め、耐電圧が極めて大きくなる。気孔が存在する場合に
は、気孔に含まれる空気等が帯電し、セラミック基板中
で電荷の移動等が起こりやすくなって、耐電圧を低下さ
せてしまうのである。このような現象は、高温におい
て、特に顕著である。また、機械的強度を低下させる気
孔が存在しないため、４００〜５００℃の高温において
も、反り量が極めて小さく、また、熱伝導率が高いた
め、昇温降温特性にも優れる。

【００１１】このセラミック基板を実質的に気孔が存在
しないものとするためには、セラミック基板となるグリ
ーンシート等を加圧下に焼成するが、その圧力、加圧時
間、温度等を適切な範囲に調整することが必要である。
上記圧力としては、１０〜２０ＭＰａが好ましく、上記
温度としては、１０００〜２０００℃が好ましい。この
範囲で焼成を行うと、セラミック基板から実質的に気孔
を排除することができる。

【００１２】本発明のセラミック基板中には、０．０５
〜１０重量％の酸素を含有してなることが望ましい。酸
素を含有するセラミック基板は、焼結性が良好であるた
め、実質的に気孔が存在しないセラミック基板の製造が
可能になるからである。０．０５重量％未満では、上記
セラミック基板の焼結性が充分でなく、気孔が形成され
てしまう場合があり、逆に１０重量％を超えると含有す
る酸素量が多すぎ、多量の酸素が粒界に偏析し、セラミ
ック基板の機械的特性が劣化してしまう場合があるから
である。上記窒化物セラミックに酸素を含有させるた
め、通常、窒化物セラミックの原料粉末を空気中または
酸素中で加熱するか、原料粉末に金属酸化物を混合して
焼成を行う。

【００１３】上記金属酸化物としては、例えば、イット
リヤ（Ｙ₂ Ｏ₃ ）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃ ）、酸化ルビ
ジウム（Ｒｂ₂ Ｏ）、酸化リチウム（Ｌｉ₂ Ｏ）、炭酸
カルシウム（ＣａＣＯ₃ ）等が挙げられる。これらの金
属酸化物の添加量は、窒化物セラミック１００重量部に
対して、０．１〜２０重量部が好ましい。

【００１４】本発明のセラミック基板は、ラマンスペク
トルで１５５０ｃｍ^-1および１３３３ｃｍ^-1付近にピー
クを有するカーボンを含有する窒化物セラミックからな
ることが好ましい。ラマンスペクトルで１５５０ｃｍ^-1
付近には結晶質部分に起因するピーク、１３３３ｃｍ^-1
付近には非晶質部分に起因するピークが出現する。ここ
でいう結晶質部分と非晶質部分とは、単に結晶質体と非
晶質体とを混合した場合のみならず、結晶性が低下して
非晶質化したものも含む。

【００１５】また、「付近」という表現が使用されてい
るが、これはレーザラマンのピークの出現位置に若干の
誤差があるためで、１５５０ｃｍ^-1および１３３３ｃｍ
^-1付近に出現するピークというのは、本来的に１５５０
ｃｍ^-1および１３３３ｃｍ^-1に出現するピークの意味で
ある。

【００１６】本発明のセラミック基板では、ラマンスペ
クトルで１５５０ｃｍ^-1および１３３３ｃｍ^-1付近にピ
ークを有するカーボンを含有する窒化物セラミックを使
用していることが好ましい。この場合には、セラミック
基板が非晶質構造を有するため、電気伝導性を低くする
ことができ、高温での体積抵抗率を高くすることがで
き、高温での耐電圧を確保することができるからであ
る。

【００１７】ここで、カーボン材料のレーザラマンスペ
クトル分析について説明することにする。ラマンスペク
トルとは、ラマン効果によって現れる散乱光のスペクト
ルをいい、このラマン効果とは、物質に一定の振動数の
単色光を照射した際、散乱光にその照射した光とは別の
波長の光が含まれることをいう。

【００１８】カーボン材料に所定波長のレーザ光を照射
するとラマン効果が発生し、レーザラマンスペクトルが
観察されるが、このラマンスペクトルは、結晶振動等に
関連して発生する光であるため、その材料の結晶性に依
存した波長のスペクトルを検出することができる。

【００１９】すなわち、結晶性のカーボン（グラファイ
ト）では、１５５０ｃｍ^-1付近にスペクトルが検出さ
れ、非晶質（アモルファス）のカーボンでは、１３３３
ｃｍ^-1付近でも、ピークが検出されるようになる。従っ
て、１３３３ｃｍ^-1付近でピークが検出されるようなカ
ーボンは、結晶性の低いカーボンであるということがで
きる。なお、ピークには、ハローと呼ばれるブロードな
ものも含む。

【００２０】この結晶性の低いカーボンは、結晶性のカ
ーボンと異なり、電気導体性が低いため、このようなカ
ーボンが、例えば、セラミック誘電体膜中に含有されて
いても、セラミック誘電体膜の高温領域（例えば、５０
０℃付近）における体積抵抗率の低下は抑制される。ま
た、セラミック基板中には、耐電圧の低下に大きく影響
する気孔が実質的に存在しない。従って、セラミック基
板が、優れた耐電圧を有するものとなるのである。ま
た、セラミック基板はカーボンを含有するために黒色化
し、そのため、高輻射熱が得られるとともに、セラミッ
ク誘電体膜の下に存在する静電電極を隠蔽することがで
きる。

【００２１】上記カーボンの含有量は、５〜５０００ｐ
ｐｍが好ましい。カーボンの含有量が５ｐｐｍ未満であ
ると、輻射熱が低くなるとともに、静電電極を隠蔽する
ことが困難となり、一方、カーボンの含有量が５０００
ｐｐｍを超えると、体積抵抗率の低下を抑制することが
困難となる。カーボン含有量は望ましくは５０〜２００
０ｐｐｍが好適である。

【００２２】セラミック基板中のカーボンを非晶質とす
るためには、原料粉末と樹脂等と溶剤とを混合して成形
体を製造する際に、加熱した場合においても結晶質とな
りにくい樹脂や炭水化物等を添加し、酸素の少ない雰囲
気または非酸化性の雰囲気で成形体の脱脂を行えばよ
い。

【００２３】本発明のセラミック基板の厚さは、５０ｍ
ｍ以下、特に２５ｍｍ以下が望ましい。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
すると、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。特に５ｍｍ以下が最適である。なお、厚み
は、１ｍｍ以上が望ましい。

【００２４】本発明のセラミック基板の直径は２００ｍ
ｍ以上が望ましい。特に１２インチ（３００ｍｍ）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。

【００２５】本発明のセラミック基板を構成する窒化物
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。

【００２６】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、
アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類
酸化物を使用することができ、これらの焼結助剤のなか
では、特にＣａＯ、Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ｎａ₂ Ｏ、Ｌｉ₂ Ｏ、Ｒ
ｂ₂ Ｏが好ましい。また、アルミナを使用してもよい。
これらの含有量としては、０．１〜２０重量％が望まし
い。

【００２７】なお、本発明の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、半導体ウエハを支持ピンなどで支
持し、図１３に示すように、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。

【００２８】図１３は、本発明のセラミック基板の一例
であるセラミックヒータを模式的に示す部分拡大断面図
である。図１３に示すセラミックヒータでは、貫通孔９
５に支持ピン９６が挿通され、シリコンウエハ９９を保
持している。支持ピン９６を上下することにより、搬送
機からシリコンウエハ９９を受け取ったり、シリコンウ
エハ９９をセラミック基板９１上に載置したり、シリコ
ンウエハ９９を支持したまま加熱したりすることができ
る。また、セラミック基板９１の底面９１ａには、発熱
体９２が形成され、その発熱体９２の表面には金属被覆
層９２ａが設けられている。また、有底孔９４が設けら
れているが、ここには熱電対を挿入する。シリコンウエ
ハ９９は、ウエハ加熱面９１ｂ側で加熱される。図１３
に示したセラミックヒータでは、抵抗発熱体がセラミッ
ク基板の底面に設けられているが、抵抗発熱体は、セラ
ミック基板の内部に設けられていてもよい。この場合に
は、抵抗発熱体を底面より厚さ方向に６０％までの位置
に設けることが望ましい。ウエハ加熱面から一定の距離
をおくことにより、ウエハ加熱面の温度を均一にし、シ
リコンウエハ等の被加熱物を均一に加熱することができ
るからである。本発明のセラミックヒータでは、セラミ
ック基板が実質的に気孔が存在しないため、反り量が極
めて小さい。また、熱伝導率が高いため、昇温降温特性
に優れる。

【００２９】本発明のセラミック基板は、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
ク基板であり、具体的な装置としては、例えば、静電チ
ャック、ウエハプローバ、ホットプレート、サセプタ等
が挙げられる。ホットプレート（セラミックヒータ）と
して使用される場合は、導電体は、発熱体であり、０．
１〜１００μｍ程度の金属層であってもよく、発熱線で
もよい。また、静電チャックとして使用される場合は、
導電体は静電電極であり、ＲＦ電極や発熱体が静電電極
の下部であって、セラミック基板内に導電体として形成
されていてもよい。さらにウエハプローバとして使用さ
れる場合は、表面に導電体としてチャックトップ導体層
が形成されており、内部にはガード電極、グランド電極
が導電体として形成されている。また、本発明のセラミ
ック基板は、１５０℃以上、望ましくは２００℃以上で
使用されることが最適である。

【００３０】以下、ホットプレート機能を備えた静電チ
ャック、ウエハプローバを例にして本発明を説明する。
図１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。

【００３１】この静電チャック１０１では、平面視円形
状のセラミック基板１の表面に、チャック正極静電層２
とチャック負極静電層３とからなる静電電極層が形成さ
れ、この静電電極層を被覆するように、非晶質のカーボ
ンを含有する窒化物セラミックからなるセラミック誘電
体膜４が形成されている。また、静電チャック１０１上
には、シリコンウエハ９が載置され、接地されている。

【００３２】図２に示したように、チャック正極静電層
２は、半円弧状部２ａと櫛歯部２ｂとからなり、チャッ
ク負極静電層３も、同じく半円弧状部３ａと櫛歯部３ｂ
とからなり、これらのチャック正極静電層２とチャック
負極静電層３とは、櫛歯部２ｂ、３ｂを交差するように
対向して配置されており、このチャック正極静電層２お
よびチャック負極静電層３には、それぞれ直流電源の＋
側と−側とが接続され、直流電圧Ｖ₂ が印加されるよう
になっている。なお、セラミック誘電体膜４には、カー
ボンが含有されているため、チャック正極静電層２とチ
ャック負極静電層３とは隠蔽されている。なお、静電チ
ャックを構成するセラミック誘電体膜やセラミック基板
は、必ずしも非晶質のカーボンを含有していなくてもよ
い。

【００３３】また、セラミック基板１の内部には、シリ
コンウエハ９の温度をコントロールするために、図３に
示したような平面視同心円形状の抵抗発熱体５が設けら
れており、抵抗発熱体５の両端には、外部端子ピン６が
接続、固定され、電圧Ｖ₁ が印加されるようになってい
る。図１、２には示していないが、このセラミック基板
１には、図３に示したように、測温素子を挿入するため
の有底孔１１とシリコンウエハ９を支持して上下させる
支持ピン（図示せず）を挿通するための貫通孔１２が形
成されている。なお、抵抗発熱体５は、セラミック基板
の底面に形成されていてもよい。

【００３４】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Ｖ₂ を印加する。これにより、シリコンウエハ
９は、チャック正極静電層２とチャック負極静電層３と
の静電的な作用により、これらの電極にセラミック誘電
体膜４を介して吸着され、固定されることとなる。この
ようにしてシリコンウエハ９を静電チャック１０１上に
固定させた後、このシリコンウエハ９に、ＣＶＤ等の種
々の処理を施すが、本発明の静電チャックでは、気孔が
実質的に存在しないため、セラミック誘電体膜の耐電圧
が極めて高く、シリコンウエハ９の処理を行っている際
に絶縁破壊が発生しにくい。セラミック基板について
も、４００〜５００℃程度の高温においても、反り量が
極めて小さく、昇温降温特性に優れる。

【００３５】本発明に係る静電チャックは、例えば、図
１〜３に示したような構成を有するものである。以下に
おいて、上記静電チャックを構成する各部材、および、
本発明に係る静電チャックの他の実施形態について、順
次、詳細に説明していくことにする。

【００３６】本発明の静電チャックで使用されるセラミ
ック誘電体膜は、実質的に気孔が存在しない。また、そ
の厚さは、５０〜１５００μｍであることが望ましい。

【００３７】上記セラミック誘電体膜に気孔が存在する
と、耐電圧を充分に確保することができなくなる。ま
た、上記セラミック誘電体膜の厚さが５０μｍ未満であ
ると、膜厚が薄すぎるために充分な耐電圧が得られず、
シリコンウエハを載置し、吸着した際にセラミック誘電
体膜が絶縁破壊する場合があり、一方、上記セラミック
誘電体膜の厚さが１５００μｍを超えると、シリコンウ
エハと静電電極との距離が遠くなるため、シリコンウエ
ハを吸着する能力が低くなってしまう。セラミック誘電
体膜の厚さは、１００〜１５００μｍが好ましい。

【００３８】上記セラミック誘電体膜は、上記のよう
に、ラマンスペクトルで１５５０ｃｍ^-1および１３３３
ｃｍ^-1付近にピークを有する非晶質のカーボンを含有す
る窒化物セラミックからなることが望ましい。また、そ
の厚さは５０〜１５００μｍであることが望ましい。

【００３９】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、これらのな
かでは、窒化アルミニウムが最も好適である。耐電圧が
高く、熱伝導率も１８０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高いからであ
る。

【００４０】上記窒化物セラミックは、ラマンスペクト
ルで１５５０ｃｍ^-1および１３３３ｃｍ^-1付近にピーク
を有する非晶質が付与されたカーボンを含有しているこ
とが望ましい。この非晶質のカーボンは、結晶質のカー
ボンと異なり、電気伝導性が低く、このセラミック誘電
体膜には、気孔が実質的に存在しない。このため、この
ような非晶質のカーボンを含んだ窒化物セラミックは、
高温領域においても体積抵抗率が低下せず、そのため従
来の窒化物セラミックと比べて耐電圧が極めて高くな
る。また、セラミック誘電体膜の下に存在する静電電極
を隠蔽することができる。

【００４１】ピーク強度比：Ｉ（１５５０）／Ｉ（１３
５５）は、１００以下が望ましい。１００を超えると単
結晶に近くなるからである。

【００４２】セラミック基板上に形成される静電電極と
しては、例えば、金属または導体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体性を有するからである。
また、導体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。

【００４３】図８および図９は、他の静電チャックにお
ける静電電極を模式的に示した水平断面図であり、図８
に示す静電チャック２０では、セラミック基板１の内部
に半円形状のチャック正極静電層２２とチャック負極静
電層２３が形成されており、図９に示す静電チャックで
は、セラミック基板１の内部に円を４分割した形状のチ
ャック正極静電層３２ａ、３２ｂとチャック負極静電層
３３ａ、３３ｂが形成されている。また、２枚の正極静
電層２２ａ、２２ｂおよび２枚のチャック負極静電層３
３ａ、３３ｂは、それぞれ交差するように形成されてい
る。なお、円形等の電極が分割された形態の電極を形成
する場合、その分割数は特に限定されず、５分割以上で
あってもよく、その形状も扇形に限定されない。

【００４４】本発明に係る静電チャックで使用されるセ
ラミック基板は、窒化物セラミックである。

【００４５】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、セ
ラミック誘電体膜とセラミック基板とは同じ材料である
ことが望ましい。窒化物セラミックは熱伝導率が高く、
抵抗発熱体で発生した熱を良好に伝達することができる
からである。また、セラミック誘電体膜とセラミック基
板とが同じ材料である場合、同じ方法で作製したグリー
ンシートを積層し、同一条件で焼成することにより、容
易に静電チャックを製造することができるからである。
また、窒化物セラミックの中では窒化アルミニウムが最
も好適である。熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高い
からである。

【００４６】本発明に係る静電チャックでは、通常、図
１に示したように、抵抗発熱体等の温度制御手段が設け
られている。静電チャック上に載置したシリコンウエハ
の加熱等を行いながら、ＣＶＤ処理等を行う必要がある
からである。

【００４７】上記温度制御手段としては、図３に示した
抵抗発熱体５のほかに、ペルチェ素子（図６参照）が挙
げられる。抵抗発熱体は、セラミック基板の内部に設け
てもよく、セラミック基板の底面に設けてもよい。抵抗
発熱体を設ける場合は、静電チャックを嵌め込む支持容
器に、冷却手段としてエアー等の冷媒の吹きつけ口など
を設けてもよい。

【００４８】抵抗発熱体をセラミック基板の内部に設け
る場合には、複数層設けてもよい。この場合は、各層の
パターンは相互に補完するように形成されて、加熱面か
らみるとどこかの層にパターンが形成された状態が望ま
しい。例えば、互いに千鳥の配置になっている構造であ
る。

【００４９】抵抗発熱体としては、例えば、金属または
導体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。

【００５０】また、導体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。

【００５１】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
板と金属粒子と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。

【００５２】上記金属酸化物としては、例えば、酸化
鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素（Ｂ ₂ Ｏ₃ ）、アル
ミナ、イットリア、チタニアから選ばれる少なくとも１
種が好ましい。これらの酸化物は、抵抗発熱体の抵抗値
を大きくすることなく、金属粒子とセラミック基板との
密着性を改善することができるからである。

【００５３】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。

【００５４】また、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホ
ウ素（Ｂ₂ Ｏ₃ ）、アルミナ、イットリア、チタニアの
割合は、金属酸化物の全量を１００重量部とした場合
に、酸化鉛が１〜１０重量部、シリカが１〜３０重量
部、酸化ホウ素が５〜５０重量部、酸化亜鉛が２０〜７
０重量部、アルミナが１〜１０重量部、イットリアが１
〜５０重量部、チタニアが１〜５０重量部が好ましい。
但し、これらの合計が１００重量部を超えない範囲で調
整されることが望ましい。これらの範囲が特にセラミッ
ク基板との密着性を改善できる範囲だからである。

【００５５】抵抗発熱体をセラミック基板の底面に設け
る場合は、抵抗発熱体１５の表面は、金属層１５０で被
覆されていることが望ましい（図４参照）。抵抗発熱体
１５は、金属粒子の焼結体であり、露出していると酸化
しやすく、この酸化により抵抗値が変化してしまう。そ
こで、表面を金属層１５０で被覆することにより、酸化
を防止することができるのである。

【００５６】金属層１５０の厚さは、０．１〜１０μｍ
が望ましい。抵抗発熱体の抵抗値を変化させることな
く、抵抗発熱体の酸化を防止することができる範囲だか
らである。被覆に使用される金属は、非酸化性の金属で
あればよい。具体的には、金、銀、パラジウム、白金、
ニッケルから選ばれる少なくとも１種以上が好ましい。
なかでもニッケルがさらに好ましい。抵抗発熱体には電
源と接続するための端子が必要であり、この端子は、半
田を介して抵抗発熱体に取り付けるが、ニッケルは半田
の熱拡散を防止するからである。接続端子しては、コバ
ール製の端子ピンを使用することができる。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】温度制御手段としてペルチェ素子を使用す
る場合は、電流の流れる方向を変えることにより発熱、
冷却両方行うことができるため有利である。ペルチェ素
子８は、図６に示すように、ｐ型、ｎ型の熱電素子８１
を直列に接続し、これをセラミック板８２などに接合さ
せることにより形成される。ペルチェ素子としては、例
えば、シリコン・ゲルマニウム系、ビスマス・アンチモ
ン系、鉛・テルル系材料等が挙げられる。

【００６０】本発明に係る静電チャックとしては、例え
ば、図１に示すように、セラミック基板１とセラミック
誘電体膜４との間にチャック正極静電層２とチャック負
極静電層３とが設けられ、セラミック基板１の内部には
抵抗発熱体５が設けられた構成の静電チャック１０１、
図４に示すように、セラミック基板１とセラミック誘電
体膜４との間にチャック正極静電層２とチャック負極静
電層３とが設けられ、セラミック基板１の底面に抵抗発
熱体１５が設けられた構成の静電チャック２０１、図５
に示すように、セラミック基板１とセラミック誘電体膜
４との間にチャック正極静電層２とチャック負極静電層
３とが設けられ、セラミック基板１の内部に抵抗発熱体
である金属線７が埋設された構成の静電チャック３０
１、図６に示すように、セラミック基板１とセラミック
誘電体膜４との間にチャック正極静電層２とチャック負
極静電層３とが設けられ、セラミック基板１の底面に熱
電素子８１とセラミック板８２からなるペルチェ素子８
が形成された構成の静電チャック４０１等が挙げられ
る。

【００６１】本発明に係る静電チャックでは、図１〜６
に示したように、セラミック基板１とセラミック誘電体
膜４との間にチャック正極静電層２とチャック負極静電
層３とが設けられ、セラミック基板１の内部に抵抗発熱
体５や金属線７が形成されているため、これらと外部端
子とを接続するための接続部（スルーホール）１６、１
７が必要となる。スルーホール１６、１７は、タングス
テンペースト、モリブデンペーストなどの高融点金属、
タングステンカーバイド、モリブデンカーバイドなどの
導体性セラミックを充填することにより形成される。

【００６２】また、接続部（スルーホール）１６、１７
の直径は、０．１〜１０ｍｍが望ましい。断線を防止し
つつ、クラックや歪みを防止できるからである。このス
ルーホールを接続パッドとして外部端子ピン６、１８を
接続する（図７（ｄ）参照）。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】本発明のセラミック基板では、必要に応じ
て、セラミック基板１の有底孔１２に熱電対を埋め込ん
でおくことができる。熱電対により抵抗発熱体の温度を
測定し、そのデータをもとに電圧、電流量を変えて、温
度を制御することができるからである。熱電対の金属線
の接合部位の大きさは、各金属線の素線径と同一か、も
しくは、それよりも大きく、かつ、０．５ｍｍ以下がよ
い。このような構成によって、接合部分の熱容量が小さ
くなり、温度が正確に、また、迅速に電流値に変換され
るのである。このため、温度制御性が向上してウエハの
加熱面の温度分布が小さくなるのである。上記熱電対と
しては、例えば、ＪＩＳ−Ｃ−１６０２（１９８０）に
挙げられるように、Ｋ型、Ｒ型、Ｂ型、Ｓ型、Ｅ型、Ｊ
型、Ｔ型熱電対が挙げられる。

【００６６】図１０は、以上のような構成の本発明の静
電チャックを配設するための支持容器４１を模式的に示
した断面図である。支持容器４１には、静電チャック１
０１が断熱材４５を介して嵌め込まれるようになってい
る。また、この支持容器１１には、冷媒吹き出し口４２
が形成されており、冷媒注入口４４から冷媒が吹き込ま
れ、冷媒吹き出し口４２を通って吸引口４３から外部に
出ていくようになっており、この冷媒の作用により、静
電チャック１０１を冷却することができるようになって
いる。

【００６７】次に、本発明に係る静電チャックの製造方
法の一例を図７に示した断面図に基づき説明する。（１）初めに、非晶質カーボンを製造する。例えば、
Ｃ、Ｈ、Ｏだけからなる炭化水素、好ましくは糖類（シ
ョ糖やセルロース）を、空気中、３００〜５００℃で焼
成することにより、純粋な非晶質カーボンを製造する。
非晶質なカーボンは、ラマンスペクトルで１５５０ｃｍ
^-1および１３３３ｃｍ^-1付近にピーク（１３３３ｃｍ^-1
ではハローになる場合もある）が出現する。なお、ラマ
ンスペクトルで１５５０ｃｍ^-1および１３３３ｃｍ^-1付
近にピークが出現するカーボンは、アクリル系バインダ
を熱分解させても得られる。例えば、アクリル系樹脂バ
インダ（三井化学社製ＳＡ−５４５シリーズ酸価０．
５）やアクリル系樹脂バインダ（共栄社製商品名Ｋ
Ｃ−６００シリーズ酸価１７）を使用することができ
る。

【００６８】窒化物セラミックのセラミックの粉体を上
記非晶質カーボン、バインダおよび溶剤と混合してグリ
ーンシート５０を得る。前述したセラミック粉体として
は、例えば、窒化アルミニウムなどを使用することがで
き、必要に応じて、イットリアなどの焼結助剤などを加
えてもよい。

【００６９】なお、後述する静電電極層印刷体５１が形
成されたグリーンシートの上に積層する数枚または１枚
のグリーンシート５０′は、セラミック誘電体膜４とな
る層であるので、窒化物の粉末に非晶質のカーボン粉末
を混合したものとする。通常、セラミック誘電体膜４の
原料とセラミック基板１の原料とは、同じものを使用す
ることが望ましい。これらは、一体として焼結すること
が多いため、焼成条件が同じになるからである。ただ
し、材料が異なる場合には、まず先にセラミック基板を
製造しておき、その上に静電電極層を形成し、さらにそ
の上にセラミック誘電体膜を形成することもできる。

【００７０】また、バインダとしては、アクリル系バイ
ンダ、エチルセルロース、ブチルセロソルブ、ポリビニ
ルアルコールから選ばれる少なくとも１種が望ましい。
さらに、溶媒としては、α−テルピネオール、グリコー
ルから選ばれる少なくとも１種が望ましい。これらを混
合して得られるペーストをドクターブレード法でシート
状に成形してグリーンシート５０を作製する。

【００７１】グリーンシート５０に、必要に応じてシリ
コンウエハの支持ピンを挿通する貫通孔や熱電対を埋め
込む凹部を設けておくことができる。貫通孔や凹部は、
パンチングなどで形成することができる。グリーンシー
ト５０の厚さは、０．１〜５ｍｍ程度が好ましい。

【００７２】次に、グリーンシート５０に静電電極層や
抵抗発熱体となる導体ペーストを印刷する。印刷は、グ
リーンシート５０の収縮率を考慮して所望のアスペクト
比が得られるように行い、これにより静電電極層印刷体
５１、抵抗発熱体層印刷体５２を得る。印刷体は、導体
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。

【００７３】これらの導体ペースト中に含まれる導体性
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。

【００７４】導体性セラミック粒子、金属粒子の平均粒
子径は０．１〜５μｍが好ましい。これらの粒子は、大
きすぎても小さすぎても導体用ペーストを印刷しにくい
からである。

【００７５】このようなペーストとしては、金属粒子ま
たは導体性セラミック粒子８５〜９７重量部、アクリル
系、エチルセルロース、ブチルセロソルブおよびポリビ
ニルアルコールから選ばれる少なくとも１種のバインダ
１．５〜１０重量部、α−テルピネオール、グリコー
ル、エチルアルコールおよびブタノールから選ばれる少
なくとも１種の溶媒を１．５〜１０重量部混合して調製
した導体用ぺーストが最適である。さらに、パンチング
等で形成した孔に、導体用ペーストを充填してスルーホ
ール印刷体５３、５４を得る。

【００７６】次に、図７（ａ）に示すように、印刷体５
１、５２、５３、５４を有するグリーンシート５０と、
印刷体を有さないグリーンシート５０′とを積層する。
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。

【００７７】（２）次に、図７（ｂ）に示すように、積
層体の加熱および加圧を行い、グリーンシートおよび導
体ペーストを焼結させる。加熱温度は、１０００〜２０
００℃が好ましく、加圧は１０〜２０ＭＰａが好まし
い。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。

【００７８】（３）次に、図７（ｃ）に示すように、外
部端子接続のための袋孔１３、１４を設ける。袋孔１
３、１４の内壁は、その少なくともその一部が導体化さ
れ、導体化された内壁は、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。

【００７９】（４）最後に、図７（ｄ）に示すように、
袋孔１３、１４に金ろうを介して外部端子６、１８を設
ける。さらに、必要に応じて、有底孔１２を設け、その
内部に熱電対を埋め込むことができる。

【００８０】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。

【００８１】なお、上記説明では静電チャック１０１
（図１参照）を例にしたが、静電チャック２０１（図４
参照）を製造する場合は、静電電極層を有するセラミッ
ク板を製造した後、このセラミック板の底面に導体ペー
ストを印刷、焼成し、抵抗発熱体１５を形成し、この
後、無電解メッキ等により金属層１５０を形成すればよ
い。また、静電チャック３０１（図５参照）を製造する
場合は、セラミック粉末中に金属箔、金属線を静電電極
や抵抗発熱体として埋め込み、焼結すればよい。さら
に、静電チャック４０１（図６参照）を製造する場合
は、静電電極層を有するセラミック板を製造した後、こ
のセラミック板に溶射金属層を介してペルチェ素子を接
合すればよい。

【００８２】本発明のセラミック基板の表面および内部
に導電体が配設され、上記内部の導電体が、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。

【００８３】図１４は、本発明に係るウエハプローバの
一実施形態を模式的に示した断面図であり、図１５は、
図１４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５０１では、平面視円形状
のセラミック基板６３の表面に平面視同心円形状の溝６
７が形成されるとともに、溝６７の一部にシリコンウエ
ハを吸引するための複数の吸引孔６８が設けられてお
り、溝６７を含むセラミック基板６３の大部分にシリコ
ンウエハの電極と接続するためのチャックトップ導体層
６２が円形状に形成されている。

【００８４】一方、セラミック基板６３の底面には、シ
リコンウエハの温度をコントロールするために、図３に
示したような平面視同心円形状の抵抗発熱体６９が設け
られており、抵抗発熱体６９の両端には、外部端子ピン
（図示せず）が接続、固定されている。また、セラミッ
ク基板６３の内部には、ストレイキャパシタやノイズを
除去するために平面視格子形状のガード電極６５とグラ
ンド電極６６（図１５参照）とが設けられている。ガー
ド電極６５とグランド電極６６の材質は、静電電極と同
様のものでよい。

【００８５】上記チャックトップ導体層６２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６２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、このシリコンウエハにテスタピンを持つプローブカ
ードを押しつけ、加熱、冷却しながら電圧を印加して導
通テストを行うことができる。本発明のウエハプローバ
を構成するセラミック基板は、気孔が実質的に存在しな
いので、４００〜５００℃の高温においても耐電圧が極
めて高くなり、絶縁破壊しにくく、反り量も極めて小さ
い。なお、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メッキ等を施して、金属
層を形成すればよい。

【００８８】

【実施例】以下、本発明をさらに詳細に説明する。（実施例１）静電チャック（図１参照）の製造（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径
１．１μｍ）１００重量部、イットリア（平均粒径：
０．４μｍ）４重量部、アクリル系樹脂バインダ（三井
化学社製商品名ＳＡ−５４５シリーズ酸価０．５）
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。

【００８９】（２）次に、このグリーンシートを８０℃
で５時間乾燥させた後、パンチングにより直径１．８ｍ
ｍ、３．０ｍｍ、５．０ｍｍの半導体ウエハ支持ピンを
挿通する貫通孔となる部分、外部端子と接続するための
スルーホールとなる部分を設けた。

【００９０】（３）平均粒子径１μｍのタングステンカ
ーバイト粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０
重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部および分
散剤０．３重量部を混合して導体ペーストＡを調製し
た。平均粒子径３μｍのタングステン粒子１００重量
部、アクリル系バインダ１．９重量部、α−テルピネオ
ール溶媒３．７重量部および分散剤０．２重量部を混合
して導体ペーストＢを調製した。この導体ペーストＡを
グリーンシートにスクリーン印刷で印刷し、導体ペース
ト層を形成した。印刷パターンは、同心円パターンとし
た。また、他のグリーンシートに図２に示した形状の静
電電極パターンからなる導体ペースト層を形成した。

【００９１】さらに、外部端子を接続するためのスルー
ホール用の貫通孔に導体ペーストＢを充填した。上記処
理の終わったグリーンシート５０に、さらに、タングス
テンペーストを印刷しないグリーンシート５０′を上側
（加熱面）に３４枚、下側に１３枚積層し、その上に静
電電極パターンからなる導体ペースト層を印刷したグリ
ーンシート５０を積層し、さらにその上にタングステン
ペーストを印刷していないグリーンシート５０′を２枚
積層し、これらを１３０℃、８０ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力
で圧着して積層体を形成した（図７（ａ））。

【００９２】（４）次に、得られた積層体を窒素ガス
中、６００℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５０
ｋｇｆ／ｃｍ² で３時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍの
窒化アルミニウム板状体を得た。これを２３０ｍｍの円
板状に切り出し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの抵抗
発熱体５および厚さ１０μｍのチャック正極静電層２、
チャック負極静電層３を有する窒化アルミニウム製の板
状体とした（図７（ｂ））。

【００９３】（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。

【００９４】（６）さらに、スルーホールが形成されて
いる部分をえぐり取って袋孔１３、１４とし（図７
（ｃ））、この袋孔１３、１４にＮｉ−Ａｕからなる金
ろうを用い、７００℃で加熱リフローしてコバール製の
外部端子６、１８を接続させた（図７（ｄ））。なお、
外部端子の接続は、タングステンの支持体が３点で支持
する構造が望ましい。接続信頼性を確保することができ
るからである。

【００９５】（７）次に、温度制御のための複数の熱電
対を有底孔に埋め込み、抵抗発熱体を有する静電チャッ
クの製造を完了した。このようにして製造した抵抗発熱
体を有する静電チャックのセラミック誘電体膜４の気孔
率、最大気孔径、耐電圧、吸着力、昇温高温特性、反り
量、体積抵抗率を下記の方法により測定した。その結果
を下記の表１および２に示した。

【００９６】（比較例１）焼成時の加圧時間および圧力
を表１に示したようにしたほかは、実施例１と同様にし
て静電チャックを製造した。このようにして製造した抵
抗発熱体を有する静電チャックのセラミック誘電体膜４
の気孔率、最大気孔径、耐電圧、吸着力、昇温高温特
性、反り量、体積抵抗率を下記の方法により測定した。
その結果を下記の表１および２に示した。

【００９７】（比較例２）まず、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、結晶性
グラファイト（イビデン社製ＧＣ−１０２）０．１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のグリーンシートとした。この
後、実施例１と同様にして静電チャックを製造した。た
だし、焼成時の加圧時間、圧力は表１に示した通りであ
る。このようにして製造した抵抗発熱体を有する静電チ
ャックのセラミック誘電体膜４の気孔率、最大気孔径、
耐電圧、吸着力、昇温高温特性、反り量、体積抵抗率を
下記の方法により測定した。その結果を下記の表１およ
び２に示した。

【００９８】（実施例２）静電チャック（図４参照）の
製造（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径
１．１μｍ）１００重量部、イットリア（平均粒径：
０．４μｍ）４重量部、アクリル系樹脂バインダ（共栄
社製商品名ＫＣ−６００シリーズ酸価１７）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。

【００９９】（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
挿通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。

【０１００】（３）平均粒子径１μｍのタングステンカ
ーバイト粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０
重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部および分
散剤０．３重量部を混合して導体ペーストＡを調製し
た。平均粒子径３μｍのタングステン粒子１００重量
部、アクリル系バインダ１．９重量部、α−テルピネオ
ール溶媒３．７重量部および分散剤０．２重量部を混合
して導体ペーストＢを調製した。この導体ペーストＡを
グリーンシートにスクリーン印刷で印刷し、図９に示し
た形状の静電電極パターンからなる導体ペースト層を形
成した。

【０１０１】さらに、外部端子を接続するためのスルー
ホール用の貫通孔に導体ペーストＢを充填した。上記処
理の終わったグリーンシート５０に、さらに、タングス
テンペーストを印刷しないグリーンシート５０′を上側
（加熱面）に１枚、下側に４８枚積層し、これらを１３
０℃、８０ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力で圧着して積層体を形
成した。

【０１０２】（４）次に、得られた積層体を窒素ガス
中、６００℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５０
ｋｇｆ／ｃｍ² で３時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍの
窒化アルミニウム板状体を得た。これを２３０ｍｍの円
板状に切り出し、内部に厚さ１５μｍのチャック正極静
電層２およびチャック負極静電層３を有する窒化アルミ
ニウム製の板状体とした。

【０１０３】（５）上記（４）で得た板状体の底面にマ
スクを載置し、ＳｉＣ等によるブラスト処理で表面に熱
電対のための凹部（図示せず）等を設けた。

【０１０４】（６）次に、ウエハ載置面に対向する面
（底面）に抵抗発熱体１５を印刷した。印刷は導体ペー
ストを用いた。導体ペーストは、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。この導体ペーストは、
銀／鉛ペーストであり、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸
化ホウ素、アルミナからなる金属酸化物（それぞれの重
量比率は、５／５５／１０／２５／５）を銀１００重量
部に対して７．５重量部含むものであった。また、銀の
形状は平均粒径４．５μｍでリン片状のものであった。

【０１０５】（７）導体ペーストを印刷した板状体を７
８０℃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メッキ浴に板状体を浸漬
して、銀の焼結体１５の表面に厚さ１μｍ、ホウ素の含
有量が１重量％以下のニッケル層１５０を析出させた。
この後、板状体に、１２０℃で３時間アニーリング処理
を施した。銀の焼結体からなる抵抗発熱体は、厚さが５
μｍ、幅２．４ｍｍであり、面積抵抗率が７．７ｍΩ／
□であった。

【０１０６】（８）次に、セラミック基板にスルーホー
ル１６を露出させるための袋孔を設けた。この袋孔にＮ
ｉ−Ａｕ合金（Ａｕ８１．５重量％、Ｎｉ１８．４重量
％、不純物０．１重量％）からなる金ろうを用い、９７
０℃で加熱リフローしてコバール製の外部端子ピンを接
続させた。また、抵抗発熱体に半田（スズ９／鉛１）を
介してコバール製の外部端子ピンを形成した。

【０１０７】（９）次に、温度制御のための複数熱電対
を凹部に埋め込み、静電チャック２０１を得た。このよ
うにして製造した抵抗発熱体を有する静電チャックのセ
ラミック誘電体膜４の気孔率、最大気孔径、耐電圧、吸
着力、昇温高温特性、反り量、体積抵抗率を下記の方法
により測定した。その結果を下記の表１および２に示し
た。

【０１０８】（１０）次に、この静電チャック２０１を
図１０の断面形状を有するステンレス製の支持容器４１
にセラミックファイバー（イビデン社製商品名イビ
ウール）からなる断熱材４５を介して嵌め込んだ。この
支持容器４１は冷却ガスの冷媒吹き出し口４２を有し、
静電チャック２０１の温度調整を行うことができる。こ
の支持容器４１に嵌め込まれた静電チャック２０１の抵
抗発熱体１５に通電を行って、温度を上げ、また、支持
容器に冷媒を流して静電チャック２０１の温度を制御し
たが、極めて良好に温度を制御することができた。

【０１０９】（比較例３）焼結時に全く加圧しなかった
ほかは、実施例２と同様にして静電チャックを製造し
た。このようにして製造した抵抗発熱体を有する静電チ
ャックのセラミック誘電体膜４の気孔率、最大気孔径、
耐電圧、吸着力、昇温高温特性、反り量、体積抵抗率を
下記の方法により測定した。その結果を下記の表１およ
び２に示した。

【０１１０】（実施例３）静電チャック４０１（図
６）の製造実施例２の（１）〜（５）の工程を実施した後、さらに
底面にニッケルを溶射し、この後、鉛・テルル系のペル
チェ素子を接合させることにより、静電チャック４０１
を得た。このようにして製造した静電チャックは、降温
特性に優れ、ペルチェ素子で冷却したところ４５０℃か
ら１００℃まで３分で降温した。また、電極の隠蔽性に
も優れている。

【０１１１】評価方法（１）レーザラマン分光分析実施例１、２で得られた静電チャックのセラミック誘電
体膜について、下記の測定条件によりレーザラマン分光
分析を行った。その結果を図１１（実施例１）、１２
（実施例２）、１６（比較例２）に示した。レーザーパ
ワー：２００ｍＷ、励起波長：５１４．５ｎｍ、スリッ
ト幅：１０００μｍ、ｇａｔｅｔｉｍｅ：１、ｒｅｐ
ｅａｔｔｉｍｅ：４、温度：２５．０℃

【０１１２】（２）セラミック基板（セラミック誘電体
膜）の気孔率の測定セラミック誘電体膜を切り出し、アルキメデス法によ
り、気孔率を測定した。具体的には、切り出した試料を
粉末に粉砕して有機溶媒中に投入して体積を測定し、さ
らに予め測定した粉末の重量から真比重を測定し、これ
と見かけの比重とから気孔率を計算した。（３）セラミック基板（セラミック誘電体膜）の気孔径
の測定静電チャックを縦方向に数カ所切断し、切断部分の気孔
について、顕微鏡でその長さを測定した。縦、横の長さ
が異なる場合には、最大値をとった。

【０１１３】（４）セラミック誘電体膜の耐電圧の評価実施例、比較例１〜３で製造した静電チャックについ
て、静電チャック上に金属電極を載置し、静電電極層と
電極との間に、電圧を印加し、絶縁破壊する電圧を測定
した。

【０１１４】（５）吸着力ロードセル（島津製作所製オートグラフＡＧＳ−５
０Ａ）を使用して測定した。（６）昇温高温特性４５０℃まで昇温するために必要な時間を測定した。（７）反り量４５０℃まで昇温して１５０ｋｇｆ／ｃｍ² の荷重をか
けた後、２５℃まで冷却し、形状測定器（京セラ社製
ナノウエイ）を用いて、反り量を測定した。

【０１１５】（８）体積抵抗率：焼結体を切削加工する
ことにより、直径１０ｍｍ、厚さ３ｍｍの形状に切出
し、三端子（主電極、対電極、ガード電極）を形成し、
直流電圧を加え、１分間充電した後のデジタルエレクト
ロメーターに流れる電流（Ｉ）を読んで、試料の抵抗
（Ｒ）を求め、抵抗（Ｒ）と試料の寸法から体積抵抗率
（ρ）を下記の計算式（１）で計算した。

【０１１６】

【数１】

【０１１７】上記計算式（１）において、ｔは試料の厚
さである。また、Ｓは、下記の計算式（２）および
（３）により与えられる。

【０１１８】

【数２】

【０１１９】

【数３】

【０１２０】なお、上記計算式（２）および（３）にお
いて、Ｄ₁ は主電極の直径、Ｄ₂ はガード電極の内径
（直径）であり、本実施例においては、Ｄ₁ ＝１．４５
ｃｍ、Ｄ ₂ ＝１．６０ｃｍである。

【０１２１】（９）炭素量焼結体中のカーボン量の測定は、焼結体を粉砕し、これ
を５００〜８００℃で加熱して発生するＣＯ_x ガスを捕
集することにより行った。（１０）酸素量実施例にかかる焼結体と同条件で焼結させた試料をタン
グステン乳鉢で粉砕し、これの０．０１ｇを採取して試
料加熱温度２２００℃、加熱時間３０秒の条件で酸素・
窒素同時分析装置（ＬＥＣＯ社製ＴＣ−１３６型）で
測定した。

【０１２２】

【表１】

【０１２３】

【表２】

【０１２４】上記表より本発明にかかる静電チャックに
おいては、高温での耐電圧が、常温で２０ｋＶ／ｍｍ、
４５０℃で１０ｋＶ／ｍｍと極めて高い。また、高温で
の体積抵抗率も高く、５×１０⁸ Ω・ｃｍ以上を確保す
ることができ、昇温高温特性にも優れ、また、高温での
反りをほぼ完全になくすことができる。

【０１２５】（実施例４）ウエハプローバ５０１（図１
４参照）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）１０００重量部、イットリア（平均粒径
０．４μｍ）４０重量部および、アクリル系樹脂バイン
ダ（三井化学社製ＳＡ−５４５シリーズ酸価０．５）
１１５重量部、１−ブタノールおよびエタノールからな
るアルコール５３０重量部を混合して得た混合組成物
を、ドクターブレード法を用いて成形し、厚さ０．４７
ｍｍのグリーンシートを得た。

【０１２６】（２）次に、このグリーンシートを８０℃
で５時間乾燥させた後、パンチングにて発熱体と外部端
子ピンと接続するためのスルーホール用の貫通孔を設け
た。

【０１２７】（３）平均粒子径１μｍのタングステンカ
ーバイド粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０
重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量および分散
剤０．３重量部を混合して導体ペーストＡとした。ま
た、平均粒子径３μｍのタングステン粒子１００重量
部、アクリル系バインダ１．９重量部、α−テルピネオ
ール溶媒を３．７重量部、分散剤０．２重量部を混合し
て導体ペーストＢとした。

【０１２８】次に、グリーンシートに、この導体ペース
トＡを用いたスクリーン印刷で、格子状のガード電極用
印刷体、グランド電極用印刷体を印刷した。また、端子
ピン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。

【０１２９】さらに、印刷されたグリーンシートおよび
印刷がされていないグリーンシートを５０枚積層して１
３０℃、８０ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力で一体化することに
より積層体を作製した。

【０１３０】（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１５０ｋｇｆ
／ｃｍ² で３時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍの窒化ア
ルミニウム板状体を得た。得られた板状体を、直径３０
０ｍｍの円形状に切り出してセラミック製の板状体とし
た。スルーホール１６の大きさは、直径０．２ｍｍ、深
さ０．２ｍｍであった。

【０１３１】また、ガード電極６５、グランド電極６６
の厚さは１０μｍ、ガード電極６５の形成位置は、ウエ
ハ載置面から１ｍｍ、グランド電極６６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６５およびグランド電極６６の導体非形成領域６６ａ
の１辺の大きさは、０．５ｍｍであった。

【０１３２】（５）上記（４）で得た板状体を、ダイア
モンド砥石で研磨した後、マスクを載置し、ＳｉＣ等に
よるブラスト処理で表面に熱電対のための凹部およびウ
エハ吸着用の溝４７（幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍ）
を設けた。

【０１３３】（６）さらに、ウエハ載置面に対向する面
に発熱体６９を形成するための層を印刷した。印刷は導
体ペーストを用いた。導体ペーストは、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。この導体ペース
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。

【０１３４】（７）導体ペーストを印刷したヒータ板を
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６３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メッキ浴にヒータ
板を浸漬して、銀の焼結体６９の表面に厚さ１μｍ、ホ
ウ素の含有量が１重量％以下のニッケル層（図示せず）
を析出させた。この後、ヒータ板は、１２０℃で３時間
アニーリング処理を施した。銀の焼結体からなる発熱体
は、厚さが５μｍ、幅２．４ｍｍであり、面積抵抗率が
７．７ｍΩ／□であった。

【０１３５】（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。

【０１３６】（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メ
ッキ浴に、上記（８）で得られたセラミック板を浸漬
し、スパッタリングにより形成された金属層の表面に厚
さ７μｍ、ホウ素の含有量が１重量％以下のニッケル層
を析出させ、１２０℃で３時間アニーリングした。発熱
体表面は、電流を流さず、電解ニッケルメッキで被覆さ
れない。

【０１３７】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
む無電解金メッキ液に、９３℃の条件で１分間浸漬し、
ニッケルメッキ層上に厚さ１μｍの金メッキ層を形成し
た。

【０１３８】（１０）溝６７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
６６０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％、Ｎｉ
１８．４重量％、不純物０．１重量％）からなる金ろう
を用い、９７０℃で加熱リフローしてコバール製の外部
端子ピンを接続させた。また、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
ピンを形成した。

【０１３９】（１１）次に、温度制御のための複数熱電
対を凹部に埋め込み、ウエハプローバ５０１を得た。

【０１４０】セラミック基板には、実質的に気孔が存在
せず、温度を２００℃に上げたが、２００Ｖ印加しても
絶縁破壊は生じなかった。さらに、反り量も１μｍ以下
で良好であった。さらに、セラミック基板が黒色である
ため、チャックトップ導体層がメッキにより良好に形成
されているか否かの目視検査がやりやすいという利点が
ある。

【０１４１】

【発明の効果】以上のように、本発明のセラミック基板
では、耐電圧が極めて高く、４００〜５００℃の高温に
おいても、反り量が極めて小さく、さらに昇温高温特性
にも優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る静電チャックの一例を模式的に示
す断面図である。

【図２】図１に示した静電チャックのＡ−Ａ線断面図で
ある。

【図３】図１に示した静電チャックのＢ−Ｂ線断面図で
ある。

【図４】本発明に係る静電チャックの一例を模式的に示
す断面図である。

【図５】本発明に係る静電チャックの一例を模式的に示
す断面図である。

【図６】本発明に係る静電チャックの一例を模式的に示
す断面図である。

【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の静電チャックの製
造工程の一部を模式的に示す断面図である。

【図８】本発明に係る静電チャックを構成する静電電極
の形状を模式的に示した水平断面図である。

【図９】本発明に係る静電チャックを構成する静電電極
の形状を模式的に示した水平断面図である。

【図１０】本発明に係る静電チャックを支持容器に嵌め
込んだ状態を模式的に示した断面図である。

【図１１】実施例１で得られた静電チャックを構成する
セラミック誘電体膜のレーザラマン分光分析の結果を示
すレーザラマンスペクトルである。

【図１２】実施例２で得られた静電チャックを構成する
セラミック誘電体膜のレーザラマン分光分析の結果を示
すレーザラマンスペクトルである。

【図１３】本発明に係るホットプレートを模式的に示し
た断面図である。

【図１４】本発明に係るウエハプローバを模式的に示し
た断面図である。

【図１５】本発明に係るウエハプローバのガード電極を
模式的に示した断面図である。

【図１６】比較例１、２で得られた静電チャックを構成
するセラミック誘電体膜のレーザラマン分光分析の結果
を示すレーザラマンスペクトルである。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、４０１静電チャック１セラミック基板２、２２、３２ａ、３２ｂチャック正極静電層３、２３、３３ａ、３３ｂチャック負極静電層２ａ、３ａ半円弧状部２ｂ、３ｂ櫛歯部４セラミック誘電体膜５抵抗発熱体６、１８外部端子ピン７金属線８ペルチェ素子９シリコンウエハ１１有底孔１２貫通孔１３、１４袋孔１５抵抗発熱体１５０金属層１６、１７スルーホール４１支持容器４２冷媒吹き出し口４３吸入口４４冷媒注入口４５断熱材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０４Ｂ 35/58 １０４ＹＦターム(参考） 4G001 BA09 BA36 BA78 BB09 BB36 BB60 BC22 BC32 BC42 BC73 BD38 BE32 BE33 4M106 AA01 DD30 DH44 DJ01 5F031 CA02 HA02 HA16 HA37 JA46 PA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック基板の表面または内部に導電
体が形成されてなるセラミック基板において、前記セラ
ミック基板は、窒化物セラミックからなり、前記窒化物
セラミックには、実質的に気孔が存在しないことを特徴
とするセラミック基板。
【請求項２】前記セラミック基板は、ラマンスペクト
ルで１５５０ｃｍ^-1および１３３３ｃｍ^-1付近にピーク
を有するカーボンを含有する請求項１に記載のセミック
基板。
【請求項３】前記カーボンの含有量は５〜５０００ｐ
ｐｍである請求項２に記載のセミック基板。