JP2003100818A

JP2003100818A - 支持容器および半導体製造・検査装置

Info

Publication number: JP2003100818A
Application number: JP2001292438A
Authority: JP
Inventors: Satoru Kariya; 悟苅谷; Kazuki Nomura; 一樹野村
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2003-04-04

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】半導体製品の製造・検査工程において、抵抗
発熱体を有するセラミック基板の冷却速度を向上させる
支持容器と該支持容器に上記セラミック基板が支持固定
された半導体製造・検査装置とを提供すること。【解決手段】セラミック基板２１を支持する支持容器
１０であって、外枠１１の内側に板状体１２が一体又は
別個に設けられ、前記板状体１２に冷媒供給管１４が固
定されるとともに、前記冷媒供給管１４の周囲の板状体
１２に開口２０が形成されていることを特徴とする支持
容器。

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、半導体の製
造用や検査用の装置として用いられるホットプレート
（セラミックヒータ）、静電チャック、ウエハプローバ
などを構成する支持容器およびこれを用いた半導体製造
・検査装置に関し、特には、冷却速度が速い半導体製造
・検査装置を構成する支持容器および半導体製造・検査
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製品は、種々の産業において必要
とされる極めて重要な製品であり、その代表的製品であ
る半導体チップは、例えば、シリコン単結晶を所定の厚
さにスライスしてシリコンウエハを作製した後、このシ
リコンウエハ上に種々の回路等を形成することにより製
造される。

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

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

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

【０００６】ところで、近年の半導体製品の製造におい
ては、スループットに要する時間の短縮化が要求されて
おり、昇温時間のみならず、冷却時間の短縮化に対する
強い要請がある。そこで、半導体製造・検査装置では、
通常、ヒータとして機能するセラミック基板を支持容器
に設置してホットプレートユニットとし、このホットプ
レートユニットの冷却を行う際には、冷却機構を用い、
例えば、支持容器内に強制冷却用の冷媒を供給して、上
記セラミック基板を強制冷却する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た構成のホットプレートユニット（半導体製造・検査装
置）では、支持容器に強制冷却用の冷媒を供給しても、
冷媒の供給量を大幅に増加することは難しいため、セラ
ミック基板の温度が充分に下がらないという問題があっ
た。

【０００８】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたもので、抵抗発熱体を有するセラミック基板
の冷却速度を向上させる支持容器と該支持容器を用いた
半導体製造・検査装置とを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の支持容器は、セ
ラミック基板を支持する支持容器であって、外枠の内側
に板状体が一体又は別個に設けられ、上記板状体に冷媒
供給管が固定されるとともに、上記冷媒供給管の周囲の
板状体に開口が形成されていることを特徴とする。

【００１０】上記支持容器によれば、冷媒供給管の周囲
の板状体に開口が形成されているため、冷媒供給管によ
り冷却エアー等の冷媒を支持容器の内部に導入した場
合、冷媒供給管の周囲に形成された開口から、上記冷媒
の流れに巻き込まれるようにして、支持容器の周囲の空
気が支持容器内に導入される。そのため、支持容器内の
冷媒の入れ替わり速度が大きくなり、単位時間当たりに
セラミック基板から奪う熱量を大きくすることができる
ため、支持容器に設置されたセラミック基板の冷却を迅
速に行うことができる。

【００１１】また、冷媒供給管により導入する冷媒の供
給量を増やすことや冷媒供給管の個数を増やすことによ
っても、セラミック基板の冷却速度を高めることは可能
であるが、本発明によれば、これらの方法に比べて、比
較的安価に、かつ、簡便に迅速なセラミック基板の冷却
を行うことができる。

【００１２】本発明の半導体製造・検査装置は、上記構
成の支持容器にセラミック基板が支持固定されてなるこ
とを特徴とする。

【００１３】本発明の半導体製造・検査装置は、上述し
た本発明の支持容器にセラミック基板が支持固定されて
いる。従って、本発明の支持容器で説明した通り、上記
セラミック基板の冷却効率に優れ、支持容器に設置され
たセラミック基板の冷却を迅速に行うことができる。

【００１４】また、本発明の半導体製造・検査装置にお
いて、上記セラミック基板には抵抗発熱体が設けられて
いることが望ましい。この場合、上記セラミック基板は
セラミックヒータとして機能し、本発明の半導体製造・
検査装置は、ホットプレートユニットとして機能する。
従って、一旦加熱させたセラミック基板を冷却する場
合、支持容器の周囲の空気を上記開口を通じて、支持容
器内に導入することが可能となるため、上記セラミック
基板の温度を迅速に低下させることができる。

【００１５】上記冷媒供給管は複数形成されてなるとと
もに、上記冷媒供給管同士の距離をＬとするとき、冷媒
供給管から半径Ｌ／４以内の領域の開口率が２０％以上
１００％未満であることが望ましい。開口率が２０％以
上の場合、板状体の熱容量を小さくすることができ、冷
却速度をさらに向上させることができる。

【００１６】また、上記冷媒供給管は複数形成されてな
るとともに、上記冷媒供給管同士の距離をＬとすると
き、冷媒供給管から半径Ｌ／３〜Ｌ／２の領域の開口率
が２０％以上１００％未満であることが望ましい。開口
率が１００％未満としたのは冷媒供給管を保持する領域
が必要だからである。冷媒供給管から半径Ｌ／３〜Ｌ／
２の領域は、冷却エアーが開口から排出される領域であ
り、開口率が大きいほど蓄熱した冷却ガスを排出させや
すい。

【００１７】このように、本発明の半導体製造・検査装
置は、本発明の支持容器にセラミック基板が支持固定さ
れたものである。従って、以下においては、本発明の支
持容器および該支持容器を用いた本発明の半導体製造・
検査装置をまとめ、一つの発明として説明することにす
る。以下、本発明をさらに詳細に説明する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態に則して
本発明を説明するが、本発明は、この実施形態に限定さ
れることなく、本発明の効果を損なわない範囲で改変で
きることはいうまでもない。

【００１９】本発明の支持容器は、セラミック基板を支
持する支持容器であって、外枠の内側に板状体が一体又
は別個に設けられ、上記板状体に冷媒供給管が固定され
るとともに、上記冷媒供給管の周囲の板状体に開口が形
成されていることを特徴とする。

【００２０】また、本発明の半導体製造・検査装置は、
上記本発明の支持容器にセラミック基板が支持固定され
てなることを特徴とする。

【００２１】図１（ａ）は、本発明の半導体製造・検査
装置の一例であるホットプレートユニットを模式的に示
す縦断面図であり、（ｂ）は、板状体を模式的に示す斜
視図である。また、図２は、図１に示したホットプレー
トユニットを構成するセラミック基板の平面図であり、
図３は、図２に示したセラミック基板の部分拡大断面図
である。

【００２２】このホットプレートユニット１００は、例
えば、図１に示したように、セラミック基板２１と支持
容器１０とからなり、円板形状のセラミック基板２１の
表面（底面）の最外周およびその内側に、複数の屈曲線
の繰り返しパターンからなる抵抗発熱体２２ａ〜２２ｌ
が形成され、さらにその内側には、四重に、同心円の繰
り返しパターンからなる抵抗発熱体２２ｍ〜２２ｐが形
成されており、これら抵抗発熱体２２の表面には、抵抗
発熱体の酸化等を防止するための金属被覆層２００（図
３参照）が形成されている。そして、抵抗発熱体２２の
端部には、外部端子２３がろう付け等により接続されて
おり、さらに、外部端子２３には、ソケット２９を介し
て導電線２８が接続されている。

【００２３】また、セラミック基板２１の底面には、有
底孔２４、貫通孔２５等が形成されている。貫通孔２５
は、リフターピン２６（図３参照）を挿通させることに
より、被加熱物である半導体ウエハ１９を保持すること
ができるようになっており、また、リフターピン２６を
上下させることにより、半導体ウエハ１９の受渡し等が
可能である。また、有底孔２４には、セラミック基板２
１の温度を測定するために、リード線２６が接続された
測温素子２７が埋め込まれている。このようなセラミッ
ク基板２１は、断面視Ｌ字型の断熱リング１５を介して
支持容器１０の上部の基板支持部１６に載置、固定され
ている。

【００２４】セラミック基板２１は、断熱リング１５に
嵌合された状態で、支持容器１０の基板支持部１６上に
載置され、基板支持部１６とボルト１８を介した固定金
具１７とで、支持容器１０に固定されている。すなわ
ち、ボルト１８には固定金具１７が取り付けられ、セラ
ミック基板２１等を押し付けて固定している。

【００２５】なお、図１において、支持容器１０の基板
支持部１６には、セラミック基板２１が嵌合された断熱
リング１５が直接載置され、固定されているが、例え
ば、略円筒形状の外枠部の内側下方にセラミック基板と
断熱リングとを支持する円環形状の基板受け部が設けら
れた断面視Ｌ字型の基板支持部材が、支持容器１０の基
板支持部１６上に載置され、この基板支持部材にボルト
を挿通し、固定金具により、断熱リングおよびセラミッ
ク基板を押し付けて、支持容器１０に固定するものであ
ってもよい。

【００２６】支持容器１０は、円筒形状の外枠１１の内
側上部に、略円環形状の基板支持部１６が形成されてお
り、外枠１１の内側底部には、複数の冷媒排出管１３お
よび冷媒供給管１４が配設された板状体１２が一体的に
設けられ、略有底円筒形状となっている。なお、外枠１
１と板状体１２とが一体的に設けられておらず、板状体
１２が外枠１１にボルト、溶接等により連結固定されて
いてもよい。

【００２７】また、板状体１２には、複数の冷媒供給管
１４とともに、複数の冷媒排出管１３が設けられてお
り、冷媒供給管１４の周囲の板状体には、複数の開口２
０が設けられている。

【００２８】開口２０は、冷媒供給管１４の周囲の板状
体に形成されている。従って、冷媒供給管１４により冷
却エアー等の冷媒を支持容器１０の内部に導入した場
合、冷媒供給管１４の周囲に形成された開口２０から、
上記冷媒の流れに巻き込まれるようにして、支持容器１
０の周囲の空気が支持容器１０内に導入される。開口２
０を冷媒供給管１４の周囲以外の板状体に形成した場
合、このような空気の流れは発生せず、支持容器１０に
設置されたセラミック基板２１の冷却を迅速に行うこと
ができない。

【００２９】また、開口２０の形状としては、特に限定
されず、例えば、不連続な円環形状、台形状、長方形状
等が挙げられる。なお、複数の開口２０の形状は、同一
の形状で統一することが望ましい。開口２０より支持容
器１０内に導入される空気の流れを均一にすることがで
き、効率的にセラミック基板２１を冷却することができ
るからである。

【００３０】さらに、支持容器１０には、円筒形状の外
枠１１の内側上部に、セラミック基板２１と断熱リング
１５とを支持する円環形状の基板支持部１６が設けられ
ている。

【００３１】なお、図１において、冷媒排出管１３は、
板状体１２に５個設けられており、冷媒供給管１４は、
板状体１２に２個設けられているが、本発明の半導体製
造・検査装置における冷媒排出管１３および冷媒供給管
１４の個数は、支持容器１０の内径（すなわち、外枠１
１の内径）に合わせて適宜設定される。具体的には、上
記板状体１２に設けられる冷媒供給管１４の個数は２〜
２０個程度が望ましく、冷媒排出管１３の個数は、２〜
２０個程度が望ましい。

【００３２】冷媒排出管１３の形成位置としては特に限
定されず、例えば、冷媒供給管１４を板状体１２の中心
付近に形成した場合、冷媒排出管１３は、冷媒供給管１
４よりも外側に形成することが望ましい。支持容器１０
上にセラミック基板を載置してホットプレートユニット
を形成した場合、冷媒供給管１４または開口２０から支
持容器１０内に導入された冷媒または空気の流れを、支
持容器１０の中心付近からその外周方向に向かって規則
的なものにすることができ、冷媒を効率よく外部へ排出
させることができるからである。また、同様の理由によ
り、冷媒供給管１４を板状体１２の外周付近に形成した
場合、冷媒排出管１３は、板状体１２の中心付近に形成
することが望ましい。なお、冷媒排出管１３と冷媒供給
管１４とは、あまり近くに形成しないことが望ましい。
冷媒供給管１４により支持容器１０内に供給された冷媒
がすぐに冷媒排出管１３から外部に排出されてしまい、
セラミック基板２１を迅速に冷却させることができない
からである。

【００３３】冷媒供給管１４の内径（冷媒供給管１４の
平面形状が楕円や方形である場合は平均内径または一辺
の長さ）は、１〜５０ｍｍが望ましい。冷媒供給管１４
の内径が１ｍｍ未満では、支持容器１０内に適量の冷媒
を供給することができないため、セラミック基板２１を
迅速に冷却することができず、冷媒供給管１４の内径が
５０ｍｍを超えると、支持容器１０内に供給する冷媒の
量が多くなりすぎ、コストが高くなってしまう。

【００３４】また、冷媒排出管１３の内径（冷媒排出管
１３の平面形状が楕円や方形である場合は平均内径また
は一辺の長さ）は、１〜５０ｍｍが望ましい。冷媒排出
管１３の内径が１ｍｍ未満では、支持容器１０に供給し
た冷媒を排出しにくく、一方、冷媒排出管１３の内径が
５０ｍｍを超えると、板状体１２に大きな貫通孔が多数
形成されていることと同様な状態となり、板状体１２の
遮熱板としての機能が損なわれてしまう。

【００３５】上記冷媒は、板状体１２に設けた冷媒供給
管１４から支持容器１０内に供給されるのであるが、上
記冷媒は、液体、気体のどちらであってもよいが、抵抗
発熱体２２の短絡を防止する観点から気体であることが
望ましい。気体としては、例えば、窒素、アルゴン、ヘ
リウム、フロン等の不活性気体、空気等が挙げられる。
また、液体としては、例えば、水、エチレングリコール
等が挙げられる。

【００３６】板状体１２は、支持容器１０の底部に設け
られており、遮熱板として機能する。通常、支持容器１
０の下部には制御機器や電源等を収めた制御装置が存在
しており、導電線２８およびリード線２６が、制御装置
内の制御機器に接続されている。このような、制御装置
等の精密機器類は高温に弱いため、ホットプレートユニ
ット１００を使用する場合、セラミック基板２１からの
放射熱を遮蔽し、精密機器類が収められた制御装置を保
護する必要がある。そのため、上記制御装置と、セラミ
ック基板２１との間には、遮熱板として機能する板状体
１２が設けられている。さらに、必要に応じ、制御装置
とホットプレートユニットとの間には、放熱フィンが介
装されることもある。

【００３７】この際、このような構成のホットプレート
ユニット１００を用いることにより、セラミック基板２
１の温度等を、精度よく制御することができ、半導体ウ
エハ１９を目的とする温度に均一に加熱することができ
るとともに、上記制御装置もホットプレートユニット１
００（セラミック基板２１）の熱から保護され、正常な
動作が可能となる。

【００３８】板状体１２は、金属、具体的にはステンレ
ス、アルミニウム、銅、スチール、ニッケル、貴金属か
ら選ばれる少なくとも１種以上の金属で構成されている
ことが望ましい。金属は熱伝導率が高く、比熱が低いた
め冷却しやすく、輻射熱によりセラミック基板２１の冷
却を阻害しないからである。

【００３９】板状体１２の厚さは、０．１〜５ｍｍが好
ましい。０．１ｍｍ未満では、強度に乏しく、５ｍｍを
超えると熱容量が大きくなるからである。

【００４０】このような板状体１２には、複数の冷媒排
出管１３が固定されており、冷媒供給管１４または開口
２０から支持容器１０内に供給された冷媒または空気
は、この冷媒排出管１３から外部に排出される。

【００４１】また、板状体１２のほかに、中底板（図示
せず）を設けてもよい。中底板は、配線等の固定や遮熱
等を目的として設けられるものであるが、本発明のホッ
トプレートユニットにおいて、支持容器１０に中底板は
設けられていてもよく、設けられていなくてもよい。ま
た、中底板には、底部１２に固定されている冷媒排出管
１３、冷媒供給管１４、リフターピン（図示せず）を保
護するガイド管１５等の邪魔にならないように貫通孔が
形成されている。

【００４２】外枠１１は円筒形状であり、その内側底部
に板状体１２が設けられるとともに、その内側上部には
円環状の基板支持部１６が設けられている。外枠１１の
内径および基板支持部１６の大きさは、セラミック基板
２１の大きさ等に合わせて適宜決定されるが、その厚さ
は、０．１〜５ｍｍが望ましい。厚さが０．１ｍｍ未満
であると、強度に乏しく、一方、厚さが５ｍｍを超える
と熱容量が大きくなる。

【００４３】また、外枠１１および基板支持部１６の材
質としては、金属、具体的にはステンレス、アルミニウ
ム、銅、スチール、ニッケル、貴金属から選ばれる少な
くとも１種以上の金属で構成されていることが望まし
い。金属は熱伝導率が高く、比熱が低いため冷却しやす
く、輻射熱によりセラミック基板２１の冷却を阻害しな
いからである。

【００４４】セラミック基板２１の材料は特に限定され
ないが、例えば、窒化物セラミック、炭化物セラミッ
ク、酸化物セラミック等が挙げられる。

【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、炭化タンタル等が挙げられ
る。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】なお、セラミック基板として窒化物セラミ
ックまたは炭化物セラミック等を使用する際、必要によ
り、絶縁層を形成してもよい。窒化物セラミックは酸素
固溶等により、高温で体積抵抗値が低下しやすく、ま
た、炭化物セラミックは特に高純度化しない限り導電性
を有しており、絶縁層を形成することにより、高温時ま
たは不純物を含有していても、抵抗発熱体２２間の短絡
を防止して温度制御性を確保することができるからであ
る。

【００４９】上記絶縁層としては、酸化物セラミックが
望ましく、具体的には、シリカ、アルミナ、ムライト、
コージェライト、ベリリア等を使用することができる。
このような絶縁層としては、アルコキシドを加水分解重
合させたゾル溶液をセラミック基板にスピンコートして
乾燥、焼成を行ったり、スパッタリング、ＣＶＤ等で形
成してもよい。また、セラミック基板表面を酸化処理し
て酸化物層を設けてもよい。

【００５０】上記絶縁層の厚さは、０．１〜１０００μ
ｍであることが望ましい。０．１μｍ未満では、絶縁性
を確保することができず、一方、１０００μｍを超える
と、抵抗発熱体２２からセラミック基板２１への熱伝導
性を阻害してしまうことがある。さらに、上記絶縁層の
体積抵抗率は、セラミック基板２１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、抵抗発熱体２２の短絡を防止することができ
ないからである。

【００５１】また、上記セラミック材料は、焼結助剤を
含有していてもよい。上記焼結助剤としては、例えば、
アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類
酸化物等が挙げられる。これらの焼結助剤のなかでは、
ＣａＯ、Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ｎａ₂ Ｏ、Ｌｉ₂ Ｏ、Ｒｂ₂ Ｏが好
ましい。これらの含有量としては、０．１〜１０重量％
が好ましい。また、アルミナを含有していてもよい。

【００５２】セラミック基板２１は、明度がＪＩＳＺ
８７２１の規定に基づく値でＮ６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。

【００５３】ここで、明度のＮは、理想的な黒の明度を
０とし、理想的な白の明度を１０とし、これらの黒の明
度と白の明度との間で、その色の明るさの知覚が等歩度
となるように各色を１０分割し、Ｎ０〜Ｎ１０の記号で
表示したものである。そして、実際の測定は、Ｎ０〜Ｎ
１０に対応する色票と比較して行う。この場合の小数点
１位は０または５とする。

【００５４】このような特性を有するセラミック基板２
１は、セラミック基板中にカーボンを５０〜５０００ｐ
ｐｍ含有させることにより得られる。カーボンには、非
晶質のものと結晶質のものとがあり、非晶質のカーボン
は、セラミック基板の高温における体積抵抗率の低下を
抑制することでき、結晶質のカーボンは、セラミック基
板の高温における熱伝導率の低下を抑制することができ
るため、その製造する基板の目的等に応じて適宜カーボ
ンの種類を選択することができる。

【００５５】非晶質のカーボンとしては、例えば、Ｃ、
Ｈ、Ｏだけからなる炭化水素、好ましくは、糖類を、空
気中で焼成することにより得ることができ、結晶質のカ
ーボンとしては、グラファイト粉末等を用いることがで
きる。また、アクリル系樹脂を不活性雰囲気（窒化ガ
ス、アルゴンガス）下で熱分解させた後、加熱加圧する
ことによりカーボンを得ることができるが、このアクリ
ル系樹脂の酸価を変化させることにより、結晶性（非晶
性）の程度を調整することができる。

【００５６】また、セラミック基板２１は、円板形状が
好ましく、直径２００ｍｍ以上が望ましく、２５０ｍｍ
以上が最適である。円板形状のセラミック基板は、温度
の均一性が要求されるが、直径の大きな基板ほど、温度
が不均一になりやすいからである。

【００５７】セラミック基板２１の厚さは、５０ｍｍ以
下が好ましく、２０ｍｍ以下がより好ましい。また、１
〜１０ｍｍが最適である。厚みは、薄すぎると高温での
反りが発生しやすく、厚すぎると熱容量が大きくなり過
ぎて昇温降温特性が低下するからである。また、セラミ
ック基板２１の気孔率は、０または５％以下が望まし
い。高温での熱伝導率の低下、反りの発生を抑制できる
からである。このような、セラミック基板２１は、２０
０℃以上で使用することができる。

【００５８】また、セラミック基板２１には、図１に示
すように、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２４を設けるとともに、有底孔２４の
底を抵抗発熱体２２よりも相対的に加熱面に近く形成
し、この有底孔２４に熱電対等の測温素子２７を設ける
ことが望ましい。

【００５９】また、有底孔２４の底とセラミック基板２
１の加熱面との距離は、０．１ｍｍ〜セラミック基板２
１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２２よりもセラミック基板２１の
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。

【００６０】有底孔２４の底とセラミック基板２１の加
熱面との距離が０．１ｍｍ未満では、放熱してしまい、
セラミック基板２１の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２２の温度の影響を
うけやすくなり、温度制御ができなくなり、やはりセラ
ミック基板２１の加熱面に温度分布が形成されてしまう
からである。

【００６１】有底孔２４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セラミッ
ク基板２１の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。

【００６２】有底孔２４は、図１に示すように、セラミ
ック基板２１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。

【００６３】測温素子２７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、Ｅ
型、Ｊ型、Ｔ型熱電対が挙げられる。これらのなかで
は、Ｋ型熱電対が好ましい。

【００６４】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半導体ウエハの加熱面の温度
分布が小さくなるのである。

【００６５】断熱リング１５は、ポリイミド樹脂、フッ
素樹脂、ベンゾイミダゾール樹脂から選ばれる少なくと
も１種以上の樹脂、あるいは繊維補強した樹脂で構成さ
れていることが望ましい。繊維補強した樹脂としては、
ガラス繊維のファイバーが分散した樹脂等を挙げること
ができる。繊維補強樹脂は、昇温しても軟化してセラミ
ック基板２１が傾かないため、半導体ウエハを加熱面か
ら保持して加熱する場合に、離間距離を精度よく確保で
きる。

【００６６】また、本発明の半導体製造・検査装置（ホ
ットプレートユニット１００）において、抵抗発熱体２
２は、セラミック基板２１の底面に形成されているが、
この場合、抵抗発熱体２２の表面には、金属被覆層２０
０が形成されていることが望ましい。内部の金属焼結体
が酸化されて抵抗値が変化するのを防止するためであ
る。形成する金属被覆層の厚さは、０．１〜１０μｍが
好ましい。

【００６７】上記金属被覆層を形成する際に使用される
金属は、非酸化性の金属であれば特に限定されないが、
具体的には、例えば、金、銀、パラジウム、白金、ニッ
ケル等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、
２種以上を併用してもよい。これらのなかでは、ニッケ
ルが好ましい。なお、後述するが、抵抗発熱体をセラミ
ック基板の内部に形成する場合には、抵抗発熱体表面が
酸化されることがないため、被覆は不要である。

【００６８】本発明の半導体製造・検査装置に係るセラ
ミック基板は、図４に示すように、その内部に抵抗発熱
体が形成されたものであってもよい。

【００６９】図４（ａ）は、その内部に抵抗発熱体が形
成されたセラミック基板の一例を模式的に示す平面図で
あり、（ｂ）は、その部分拡大断面図である。

【００７０】図４（ａ）に示した通り、セラミック基板
４１の内部には、セラミック基板４１の最外周に、屈曲
線の繰り返しパターンである抵抗発熱体４２ａ〜４２ｄ
が配置され、その内部にも、抵抗発熱体４２ａ〜４２ｄ
と同形状の屈曲線の繰り返しパターンである抵抗発熱体
４２ｅ〜４２ｈおよび４２ｉ〜４２ｌが配置されてい
る。

【００７１】また、図４（ｂ）に示すように、抵抗発熱
体４２は、セラミック基板４１の内部に埋設されている
ため、抵抗発熱体４２の端部が存在する部分の真下には
スルーホール４８が形成され、このスルーホール４８
は、袋孔（図示せず）により外部に露出されるようにな
っている。そして、この袋孔に、外部端子４３が嵌合さ
れ、ろう付け等によりスルーホール４８と接続されてい
る。なお、この外部端子４３には、図１に示したセラミ
ック基板２１の外部端子２３と同様、ソケットを介して
導電線が接続されており、この導電線は、制御装置や電
源等と導通が図られている（図示せず）。

【００７２】本発明の半導体製造・検査装置において、
セラミック基板に形成される抵抗発熱体パターンは、図
２に示した屈曲線の繰り返しパターンと同心円形状の繰
り返しパターンとからなるものや、図４に示した屈曲線
の繰り返しパターンからなるもののほか、例えば、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、これらのパターンは、単独で形成してもよく、任
意に組み合わせてもよい。

【００７３】なお、抵抗発熱体は、少なくとも２以上の
回路に分割されていることが望ましい。このように複数
の回路に分割することにより、各回路に投入する電力を
制御して発熱量を変えることができ、セラミック基板の
加熱面の温度を正確に制御することができるからであ
る。

【００７４】また、抵抗発熱体は、貴金属（金、銀、白
金、パラジウム）、タングステン、モリブデン、ニッケ
ル等の金属、または、タングステン、モリブデンの炭化
物等の導電性セラミックからなるものであることが望ま
しい。抵抗値を高くすることが可能となり、断線等を防
止する目的で厚み自体を厚くすることができるととも
に、酸化しにくく、熱伝導率が低下しにくいからであ
る。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用し
てもよい。

【００７５】また、抵抗発熱体の厚さは、１〜５０μｍ
が望ましく、１〜１０μｍがより好ましい。また、その
幅は、０．１〜２０ｍｍが好ましく、０．１〜５ｍｍが
より好ましい。抵抗発熱体の厚さや幅を変化させること
により、その抵抗値を変化させることができるが、この
範囲が最も実用的だからである。抵抗発熱体の抵抗値
は、薄く、また、細くなるほど大きくなる。

【００７６】なお、抵抗発熱体を図４のように、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
離が近くなり、表面の温度の均一性が低下するため、抵
抗発熱体自体の幅を広げる必要がある。また、セラミッ
ク基板の内部に抵抗発熱体を設けるため、窒化物セラミ
ック等との密着性を考慮する必要性がなくなる。また、
抵抗発熱体を表面（底面）に設けると、加熱面と抵抗発
熱体との距離が遠くなり、表面の温度の均一性を向上さ
せることができる。また、冷却媒体を直接抵抗体に接触
させて熱交換できるため、セラミック基板の急速降温を
実現できる。

【００７７】抵抗発熱体は、断面が方形、楕円形、紡錘
形、蒲鉾形状のいずれでもよいが、偏平なものであるこ
とが望ましい。偏平の方が加熱面に向かって放熱しやす
いため、加熱面への熱伝搬量を多くすることができ、加
熱面の温度分布ができにくいからである。なお、抵抗発
熱体は螺旋形状でもよい。

【００７８】また、セラミック基板の内部に抵抗発熱体
を形成する場合、底面から厚さ方向に５０％までの領域
に形成することが望ましい。加熱面に温度分布が発生す
るのを防止し、半導体ウエハを均一に加熱するためであ
る。

【００７９】セラミック基板の底面または内部に抵抗発
熱体を形成するためには、金属や導電性セラミックから
なる導電ペーストを用いることが好ましい。すなわち、
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、通常、焼成を行って、セラミック基板を製造した
後、その表面に上記導体ペースト層を形成し、焼成する
ことより、抵抗発熱体を形成する。一方、図４に示すよ
うにセラミック基板の内部に抵抗発熱体を形成する場合
には、グリーンシート上に上記導電ペースト層を形成し
た後、グリーンシートを積層、焼成することにより、内
部に抵抗発熱体を形成する。

【００８０】上記導体ペーストとしては特に限定されな
いが、導電性を確保するため金属粒子または導電性セラ
ミック粒子が含有されているほか、樹脂、溶剤、増粘剤
等を含むものが好ましい。

【００８１】上記金属粒子や導電性セラミック粒子の材
料としては、上述したものが挙げられる。これら金属粒
子または導電性セラミック粒子の粒径は、０．１〜１０
０μｍが好ましい。０．１μｍ未満と微細すぎると、酸
化されやすく、一方、１００μｍを超えると、焼結しに
くくなり、抵抗値が大きくなるからである。

【００８２】上記金属粒子の形状は、球状であっても、
リン片状であってもよい。これらの金属粒子を用いる場
合、上記球状物と上記リン片状物との混合物であってよ
い。

【００８３】上記金属粒子がリン片状物、または、球状
物とリン片状物との混合物の場合は、金属粒子間の金属
酸化物を保持しやすくなり、抵抗発熱体とセラミック基
板との密着性を確実にし、かつ、抵抗値を大きくするこ
とができるため有利である。

【００８４】上記導体ペーストに使用される樹脂として
は、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール
樹脂等が挙げられる。また、溶剤としては、例えば、イ
ソプロピルアルコール等が挙げられる。増粘剤として
は、セルロース等が挙げられる。

【００８５】抵抗発熱体用の導体ペーストをセラミック
基板の表面に形成する際には、上記導体ペースト中に上
記金属粒子のほかに金属酸化物を添加し、上記金属粒子
および上記金属酸化物を焼結させたものとすることが好
ましい。このように、金属酸化物を金属粒子とともに焼
結させることにより、セラミック基板と金属粒子とをよ
り密着させることができる。

【００８６】上記金属酸化物を混合することにより、セ
ラミック基板との密着性が改善される理由は明確ではな
いが、金属粒子表面や非酸化物からなるセラミック基板
の表面は、その表面がわずかに酸化されて酸化膜が形成
されており、この酸化膜同士が金属酸化物を介して焼結
して一体化し、金属粒子とセラミックとが密着するので
はないかと考えられる。また、セラミック基板を構成す
るセラミックが酸化物の場合は、当然に表面が酸化物か
らなるので、密着性に優れた導体層が形成される。

【００８７】上記金属酸化物としては、例えば、酸化
鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素（Ｂ ₂ Ｏ₃ ）、アル
ミナ、イットリアおよびチタニアからなる群から選ばれ
る少なくとも１種が好ましい。これらの酸化物は、抵抗
発熱体の抵抗値を大きくすることなく、金属粒子とセラ
ミック基板との密着性を改善することができるからであ
る。

【００８８】上記酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ
素（Ｂ₂ Ｏ₃ ）、アルミナ、イットリア、チタニアの割
合は、金属酸化物の全量を１００重量部とした場合、重
量比で、酸化鉛が１〜１０、シリカが１〜３０、酸化ホ
ウ素が５〜５０、酸化亜鉛が２０〜７０、アルミナが１
〜１０、イットリアが１〜５０、チタニアが１〜５０で
あって、その合計が１００重量部を超えない範囲で調整
されていることが好ましい。これらの範囲で、これらの
酸化物の量を調整することにより、特にセラミック基板
との密着性を改善することができる。

【００８９】上記金属酸化物の金属粒子に対する添加量
は、０．１重量％以上１０重量％未満が好ましい。ま
た、このような構成の導体ペーストを使用して抵抗発熱
体を形成した際の面積抵抗率は、０．１ｍΩ／□〜１０
Ω／□が好ましい。

【００９０】面積抵抗率が０．１ｍΩ／□未満の場合、
発熱量を確保するために、抵抗発熱体パターンの幅を
０．１〜１ｍｍ程度と非常に細くしなければならず、こ
のため、パターンのわずかな欠け等で断線したり、抵抗
値が変動し、また、面積抵抗率が１０Ω／□を超える
と、抵抗発熱体パターンの幅を大きくしなければ、発熱
量を確保できず、その結果、パターン設計の自由度が低
下し、加熱面の温度を均一にすることが困難となる。

【００９１】このように、上記した半導体製造・検査装
置（ホットプレートユニット）を構成するセラミック基
板には、抵抗発熱体が設けられており、ヒータとしての
機能を有し、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。

【００９２】以上、本発明の本半導体製造・検査装置に
係るセラミック基板として、セラミック基板に抵抗発熱
体のみが形成されたホットプレートを例にとって説明し
たが、本発明の半導体製造・検査装置に係るセラミック
基板の具体例としては、上記ホットプレートのほかに、
例えば、静電チャック、ウエハプローバ、サセプタ等が
挙げられる。

【００９３】上記ホットプレート（セラミックヒータ）
は、セラミック基板の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。

【００９４】一方、本発明の半導体製造・検査装置を構
成するセラミック基板の内部に導電層として静電電極を
設けた場合には、静電チャックとして機能する。上記静
電電極に用いる金属としては、例えば、貴金属（金、
銀、白金、パラジウム）、タングステン、モリブデン、
ニッケル等が好ましい。また、上記導電性セラミックと
しては、例えば、タングステン、モリブデンの炭化物等
が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以
上を併用してもよい。

【００９５】図５（ａ）は、静電チャックに用いられる
セラミック基板を模式的に示す縦断面図であり、（ｂ）
は、（ａ）に示したセラミック基板のＡ−Ａ線断面図で
ある。この静電チャック用のセラミック基板では、セラ
ミック基板６１の内部にチャック正負電極層６２、６３
が埋設され、それぞれスルーホール６８０と接続され、
その電極上にセラミック誘電体膜６４が形成されてい
る。

【００９６】一方、セラミック基板６１の内部には、抵
抗発熱体６６とスルーホール６８とが設けられ、半導体
ウエハ１９等の被加熱物を加熱することができるように
なっている。なお、セラミック基板６１には、必要に応
じて、ＲＦ電極が埋設されていてもよい。

【００９７】また、（ｂ）に示したように、セラミック
基板６１は、通常、平面視円形状に形成されており、セ
ラミック基板６１の内部に（ｂ）に示した半円弧状部６
２ａと櫛歯部６２ｂとからなるチャック正極静電層６２
と、同じく半円弧状部６３ａと櫛歯部６３ｂとからなる
チャック負極静電層６３とが、互いに櫛歯部６２ｂ、６
３ｂを交差するように対向して配置されている。

【００９８】このような構成のセラミック基板が図１に
示した支持容器１０と略同じ構造および機能を有する支
持容器に嵌め込まれ、静電チャックとして動作する。こ
の際、チャック正極静電層６２とチャック負極静電層６
３とに制御装置内の直流電源から延びた配線の＋側と−
側を接続し、直流電圧を印加する。これにより、この静
電チャック上に載置された半導体ウエハが静電的に吸着
され、半導体ウエハに種々の加工を施すことが可能とな
る。

【００９９】図６および図７は、他の静電チャックを構
成するセラミック基板の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用のセラミック
基板２１０では、セラミック基板２１１の内部に半円形
状のチャック正極静電層２１２とチャック負極静電層２
１３が形成されており、図７に示す静電チャック用のセ
ラミック基板２２０では、セラミック基板２２１の内部
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。また、２枚の正極静電層２２２ａ、２
２２ｂおよび２枚のチャック負極静電層２２３ａ、２２
３ｂ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。

【０１００】本発明の半導体製造・検査装置を構成する
セラミック基板の表面にチャックトップ導体層を設け、
内部の導体層として、ガード電極やグランド電極を設け
た場合には、ウエハプローバとして機能する。

【０１０１】図８は、本発明に係るウエハプローバを構
成するセラミック基板の一実施形態を模式的に示した断
面図であり、図９は、その平面図であり、図１０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。

【０１０２】このウエハプローバでは、平面視円形状の
セラミック基板３の表面に同心円形状の溝８が形成され
るとともに、溝８の一部に半導体ウエハを吸引するため
の複数の吸引孔９が設けられており、溝８を含むセラミ
ック基板３の大部分に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２が円形状に形成されてい
る。

【０１０３】一方、セラミック基板３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、平面視同心
円形状の抵抗発熱体５１が設けられている。抵抗発熱体
５１の両端には、図示はしていないが、外部端子が接
続、固定されている。

【０１０４】また、セラミック基板３の内部には、スト
レイキャパシタやノイズを除去するために図１０に示し
たような格子形状のガード電極６とグランド電極７（図
示せず）とが設けられている。なお、符号５２は、電極
非形成部を示している。このような矩形状の電極非形成
部５２をガード電極６の内部に形成しているのは、ガー
ド電極６を挟んだ上下のセラミック基板３をしっかりと
接着させるためである。

【０１０５】このような構成のセラミック基板が図１に
示したものと略同様の構造の支持容器に嵌め込まれ、ウ
エハプローバとして動作する。このウエハプローバで
は、セラミック基板３の上に集積回路が形成されたシリ
コンウエハ等の被加熱物を載置した後、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付け、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。

【０１０６】次に、本発明の半導体製造・検査装置を構
成するセラミック基板に、抵抗発熱体のみが形成され、
ホットプレート（セラミックヒータ）として機能するセ
ラミック基板の製造方法について説明し、さらに、この
ホットプレートを用いて半導体製造・検査装置（ホット
プレートユニット）を組み立てる方法を簡単に説明す
る。まず、底面に抵抗発熱体を有するセラミック基板を
備えた半導体製造・検査装置の製造方法について説明す
る（図１〜３参照）。

【０１０７】（１）セラミック基板の製造工程上述した窒化アルミニウム等のセラミック粉末に必要に
応じてイットリア等の焼結助剤やバインダ等を配合して
スラリーを調製した後、このスラリーをスプレードライ
等の方法で顆粒状にし、この顆粒を金型等に入れて加圧
することにより板状等に成形し、生成形体（グリーン）
を作製する。スラリー調製時に、非晶質や結晶質のカー
ボンを添加してもよい。

【０１０８】次に、この生成形体を加熱、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２１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。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２１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、窒化物セラミックでは、１０００〜２５００℃であ
る。

【０１０９】次に、セラミック基板に、必要に応じて、
図示はしないが、半導体ウエハを支持するための支持ピ
ンを挿入する貫通孔となる部分、半導体ウエハを運搬等
するためのリフターピンを挿入する貫通孔２５となる部
分、熱電対等の測温素子２７を埋め込むための有底孔２
４となる部分等を形成する。

【０１１０】（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、一般に、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
ーン印刷等を用い、抵抗発熱体を設けようとする部分に
印刷を行うことにより、導体ペースト層を形成する。ま
た、抵抗発熱体は、セラミック基板全体を均一な温度に
する必要があることから、例えば、図示したような、同
心円形状の繰り返しと屈曲線の繰り返し形状とを組み合
わせたパターンに印刷することが望ましく、また、複数
の屈曲線の繰り返しパターンや、同心円形状の繰り返し
パターンに印刷したものであってもよい。導体ペースト
層は、焼成後の抵抗発熱体２２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。

【０１１１】（３）導体ペーストの焼成セラミック基板２１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２１の底面に焼き付け、
抵抗発熱体２２を形成する。加熱焼成の温度は、５００
〜１０００℃が好ましい。

【０１１２】導体ペースト中に上述した金属酸化物を添
加しておくと、金属粒子、セラミック基板および金属酸
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。

【０１１３】（４）金属被覆層の形成抵抗発熱体２２表面には、金属被覆層２００を設けるこ
とが望ましい。金属被覆層２００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。

【０１１４】（５）端子等の取り付け抵抗発熱体２２の回路の端部に、外部端子２３を半田等
により取り付ける。また、有底孔２４に熱電対等の測温
素子２７を挿入し、ポリイミド等の耐熱樹脂、セラミッ
ク等で封止することにより、ホットプレート（セラミッ
クヒータ）として機能するセラミック基板２１の製造を
終了する。

【０１１５】（６）支持容器の作製次に、図１に示したような、その内側上部に円環形状の
基板支持部１６と、その内側底部に板状体１２とを有す
る支持容器１０を作製する。支持容器１０は、有底円筒
形状であり、外枠１１と板状体１２とを一体として形成
することが望ましい。また、板状体１２には、複数の冷
媒供給管１４を設け、冷媒供給管１４の周囲の板状体
に、複数の開口２０を形成する。さらに、板状体１２に
は、上述した冷媒供給管１４とともに、冷媒排出管１３
も設ける。

【０１１６】（７）半導体製造・検査装置（ホットプレ
ートユニット）の組み立てこの後、得られたホットプレートとして機能するセラミ
ック基板２１を、図１に示したように、断熱リング１５
を介して、支持容器１０の基板支持部１６上に載置し、
ボルト１８を介した固定金具１７により、支持容器１０
に固定する。そして、測温素子２７に接続したリード線
２６や、ソケット２９を介して外部端子２３と接続した
導電線２８を板状体１２通して外部へ引き出すことによ
り、ホットプレートユニット１００の製造を完了する。

【０１１７】このようなホットプレートユニット１００
を製造する際に、セラミック基板の内部に静電電極を設
けることにより静電チャックを製造することができ、ま
た、加熱面にチャックトップ導体層を設け、セラミック
基板の内部にガード電極やグランド電極を設けることに
よりウエハプローバを製造することができる。

【０１１８】次に、その内部に抵抗発熱体が形成され、
ホットプレートとして機能するセラミック基板の製造方
法を図１１（ａ）〜（ｄ）に示した断面図に基づき説明
し、さらに、このセラミック基板を用いて半導体製造・
検査装置（ホットプレートユニット）を組み立てる方法
を簡単に説明する。

【０１１９】（１）グリーンシートの作製工程まず、窒化物セラミックの粉末をバインダ、溶剤等と混
合してペーストを調製し、これを用いてグリーンシート
を作製する。上述したセラミック粉末としては、窒化ア
ルミニウム等を使用することができ、必要に応じて、イ
ットリア等の焼結助剤を加えてもよい。また、グリーン
シートを作製する際、結晶質や非晶質のカーボンを添加
してもよい。

【０１２０】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。

【０１２１】これらを混合して得られるペーストをドク
ターブレード法でシート状に成形してグリーンシート５
０を作製する。グリーンシート５０の厚さは、０．１〜
５ｍｍが好ましい。次に、得られたグリーンシートに、
必要に応じて、半導体ウエハを支持するための支持ピン
を挿入する貫通孔となる部分、半導体ウエハを運搬等す
るためのリフターピンを挿通する貫通孔となる部分、熱
電対等の測温素子を埋め込むための有底孔となる部分、
抵抗発熱体と外部端子とを接続するためのスルーホール
となる部分等を形成する。なお、上記支持ピンを挿入す
るための貫通孔や、リフターピンを挿通するための貫通
孔および測温素子を埋め込むための有底孔となる部分
は、後述するグリーンシート積層体を形成した後に、上
記加工を行ってもよく、焼結体とした後に、上記加工を
行ってもよい。

【０１２２】（２）グリーンシート上に導体ペーストを
印刷する工程グリーンシート５０上に、金属ペーストまたは導電性セ
ラミックを含む導体ペーストを印刷し、抵抗発熱体４２
となる導体ペースト層４２０、スルーホール４８となる
部分に導体ペーストを充填し、充填層４８０を形成す
る。これらの導電ペースト中には、金属粒子または導電
性セラミック粒子が含まれている。上記金属粒子である
タングステン粒子またはモリブデン粒子等の平均粒子径
は、０．１〜５μｍが好ましい。平均粒子が０．１μｍ
未満であるか、５μｍを超えると、導体ペーストを印刷
しにくいからである。

【０１２３】このような導体ペーストとしては、例え
ば、金属粒子または導電性セラミック粒子８５〜８７重
量部；アクリル系、エチルセルロース、ブチルセロソル
ブ、ポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも１種
のバインダ１．５〜１０重量部；および、α−テルピネ
オール、グリコールから選ばれる少なくとも１種の溶媒
を１．５〜１０重量部を混合した組成物（ペースト）が
挙げられる。

【０１２４】（３）グリーンシートの積層工程上記（１）の工程で作製した導体ペーストを印刷してい
ないグリーンシート５０を、上記（２）の工程で作製し
た導体ペースト層４２０、充填層４８０を印刷したグリ
ーンシート５０の上下に積層する（図１１（ａ））。こ
のとき、上側に積層するグリーンシート５０の数を下側
に積層するグリーンシート５０の数よりも多くして、導
体ペースト層４２０の形成位置を底面の方向に偏芯させ
る。具体的には、上側のグリーンシート５０の積層数は
２０〜５０枚が、下側のグリーンシート５０の積層数は
５〜２０枚が好ましい。

【０１２５】（４）グリーンシート積層体の焼成工程グリーンシート積層体の加熱、加圧を行い、グリーンシ
ート５０および内部の導体ペーストを焼結させ、セラミ
ック基板４１を作製する。加熱温度は、１０００〜２０
００℃が好ましく、加圧の圧力は、１０〜２０ＭＰａが
好ましい。加熱は、不活性ガス雰囲気中で行う。不活性
ガスとしては、例えば、アルゴン、窒素等を使用するこ
とができる。

【０１２６】次に、上記グリーンシートの作製工程で、
測温素子を挿入するための有底孔や、リフターピンを挿
通するための貫通孔を設けなかった場合、ここで、有底
孔４４や貫通孔４５を設け（図１１（ｂ））、続いて、
外部端子を挿入するための袋孔４９等を設ける（図１１
（ｃ））。有底孔４４、貫通孔４５および袋孔４９は、
表面研磨後に、ドリル加工やサンドブラスト等のブラス
ト処理を行うことにより形成することができる。

【０１２７】（５）端子等の取り付け次に、袋孔４９より露出したスルーホール４８に、外部
端子４３を半田やろう材等により取り付ける（図１１
（ｄ））。また、有底孔４４に熱電対等の測温素子を挿
入し、ポリイミド等の耐熱樹脂、セラミック等で封止す
る（図示せず）ことで、その内部に抵抗発熱体が形成さ
れたセラミック基板の製造を終了する。なお、加熱温度
は、半田処理の場合には９０〜４５０℃が好適であり、
ろう材での処理の場合には、９００〜１１００℃が好適
である。

【０１２８】この後、得られたセラミック基板を、上述
したその底面に抵抗発熱体を有するセラミック基板を備
えたホットプレートユニットの製造方法における
（６）、（７）と同様の工程を経ることで、ホットプレ
ートユニットの製造を完了する。

【０１２９】このようなホットプレートユニットを製造
する際に、セラミック基板の内部に抵抗発熱体を形成す
るとともに、静電電極を設けることにより静電チャック
を製造することができ、また、加熱面にチャックトップ
導体層を設け、セラミック基板の内部に抵抗発熱体とと
もに、ガード電極やグランド電極を設けることによりウ
エハプローバを製造することができる。

【０１３０】セラミック基板の内部に静電電極、ガード
電極およびグランド電極を設ける場合には、抵抗発熱体
を形成する場合と同様にグリーンシートの表面に導体ペ
ースト層を形成すればよい。また、セラミック基板の表
面にチャックトップ導体層を形成する場合には、スパッ
タリング法やめっき法を用いることができ、これらを併
用してもよい。

【０１３１】

【実施例】以下、本発明をさらに詳細に説明する。（実施例１）半導体製造・検査装置（ホットプレートユ
ニット）の製造（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径
１．１μｍ）１００重量部、酸化イットリウム（Ｙ₂ Ｏ
₃ ：イットリア、平均粒径：０．４μｍ）４重量部、ア
クリル系樹脂バインダ１１．５重量部およびアルコール
からなる組成物のスプレードライを行い、顆粒状の粉末
を作製した。

【０１３２】（２）次に、この顆粒状の粉末を断面が六
角形状の金型に入れ、六角形の平板状に成形して生成形
体（グリーン）を得た。（３）加工処理の終わった生成形体を温度：１８００
℃、圧力：２０ＭＰａでホットプレスし、厚さが３ｍｍ
の窒化アルミニウム焼結体を得た。次に、この焼結体か
ら直径２１０ｍｍの円板体を切り出し、セラミック製の
板状体（セラミック基板）とした。

【０１３３】次に、この板状体にドリル加工を施し、半
導体ウエハのリフターピンを挿入する貫通孔２５となる
部分、熱電対を埋め込むための有底孔２４となる部分
（直径：１．１ｍｍ、深さ：２ｍｍ）を形成した。

【０１３４】（４）上記（３）で得た焼結体の底面に、
スクリーン印刷にて導体ペーストを印刷した。印刷パタ
ーンは、図２に示したような同心円状と屈曲線の繰り返
しパターンとの組み合わせとした。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１
００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。

【０１３５】（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焼結体に焼き付け、抵
抗発熱体２２を形成した。銀−鉛の抵抗発熱体２２は、
厚さが５μｍ、幅２．４ｍｍ、面積抵抗率が７．７ｍΩ
／□であった。

【０１３６】（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
製した焼結体を浸漬し、銀−鉛の抵抗発熱体２２の表面
に厚さ１μｍの金属被覆層（ニッケル層）を析出させ
た。

【０１３７】（７）電源との接続を確保するための外部
端子２３を取り付ける部分に、スクリーン印刷により、
銀−鉛半田ペースト（田中貴金属社製）を印刷して半田
ペースト層を形成した。ついで、半田ペースト層の上に
コバール製の外部端子２３を載置して、４２０℃で加熱
リフローし、外部端子２３を抵抗発熱体２２の表面に取
り付け、続いて導電線２８を有するソケット２９を外部
端子に取り付けた。

【０１３８】（８）温度制御のための熱電対を有底孔２
４に挿入し、ポリイミド樹脂を充填し、１９０℃で２時
間硬化させ、ホットプレートユニットを構成するセラミ
ック基板の製造を終了した。

【０１３９】この後、この抵抗発熱体２２を有するセラ
ミック基板２１を図１に示したような構成の支持容器１
０に断熱リング１５を介して支持し、固定するととも
に、測温素子２７（熱電対）からのリード線２６および
抵抗発熱体２２の端部からの導電線２８を図１に示した
ように配設した。

【０１４０】この支持容器１０はステンレス製であり、
外枠１１の内径および板状体１２の直径は２２０ｍｍで
あり、厚さは１．５ｍｍであった。また、断熱リング１
５は、ガラス繊維で補強されたフッ素樹脂である。ま
た、ボルト１８、固定金具１７、冷媒排出管１３、冷媒
供給管１４もステンレス製である。

【０１４１】また、板状体には、直径１０ｍｍの内径を
有する冷媒供給管１４を１３個設け、冷媒供給管１４か
ら半径Ｌ／４以内の領域の板状体には、図１２に示すよ
うな、分割された円環形状の開口８１を設けた。また、
冷媒供給管１４から半径Ｌ／３〜Ｌ／２の領域について
も、開口８１を形成した。

【０１４２】図１２（ａ）は、支持容器を構成する板状
体の一例を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、
（ａ）の拡大図であり、開口８１を破線で示している。
図１２（ａ）に示すように、冷媒供給管１４の周囲の板
状体８０には、複数の開口８１が設けられており、冷媒
供給管１４から半径Ｌ／４以内の領域、および、半径Ｌ
／３〜Ｌ／２の領域を（ｂ）に図示している。なお、Ｌ
は冷媒供給管同士の距離であり、開口率とは、冷媒供給
管から半径Ｌ／４以内の領域、または、半径Ｌ／３〜Ｌ
／２の領域の面積に対する、これらの領域に設けられた
開口の合計面積の比の百分率をいう。本実施例では、Ｌ
＝８ｍｍであり、冷媒供給管１４から半径Ｌ／４以内の
領域の開口率は４３％、半径Ｌ／３〜Ｌ／２の領域の開
口率は４７％であった。

【０１４３】（実施例２）半導体製造・検査装置（ホッ
トプレートユニット）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り成形を行って厚さ０．
４７ｍｍのグリーンシート５０を得た。

【０１４４】（２）次に、このグリーンシート５０を８
０℃で５時間乾燥させた後、パンチングにより直径１．
８ｍｍ、３．０ｍｍおよび５．０ｍｍの貫通孔をそれぞ
れ形成した。これらの貫通孔は、リフターピンを挿入す
るための貫通孔４５となる部分、スルーホール４８とな
る部分等である。（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を調整した。

【０１４５】平均粒子径３μｍのタングステン粒子１０
０重量部、アクリル系バインダ１．９重量部、α−テル
ピネオール溶媒３．７重量部および分散剤０．２重量部
を混合して導体ペーストＢを調整した。

【０１４６】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、抵抗発熱体４２となる導体ペー
スト層４２０を形成した。印刷パターンは、図４に示す
ように、屈曲線の繰り返しパターン（抵抗発熱体４２ａ
〜４２ｌに相当）とした。また、スルーホール４８とな
る貫通孔部分に導体ペーストＢを充填した。

【０１４７】上記処理の終わったグリーンシートに、印
刷処理を施していないグリーンシートを上側（加熱面）
に３７枚、下側に１３枚積層し、１３０℃、８ＭＰａ
（８０Ｋｇ／ｃｍ²）の圧力で一体化することにより積
層体を作製した（図１１（ａ）参照）。

【０１４８】（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１０時間ホットプレス
し、厚さ３ｍｍの窒化アルミニウム板状体を得た。これ
を２１０ｍｍの円板状に切り出し、内部に厚さ６μｍ、
幅１０ｍｍの抵抗発熱体４２を有するセラミック基板４
１とした。なお、スルーホール４８の大きさは、直径
０．２ｍｍ、深さ０．２ｍｍであった。

【０１４９】（５）さらに、得られた板状体の底面に、
マスクを載置し、ＳｉＣ等によるブラスト処理で表面に
測温素子のための有底孔４４を設け（図１１（ｂ）参
照）、また、ドリル加工により、直径５ｍｍ、深さ０．
５ｍｍの袋孔４９を形成し、スルーホール４８を露出さ
せた（図１１（ｃ）参照）。

【０１５０】（６）スクリーン印刷により、袋孔４９
に、銀−鉛半田ペースト（田中貴金属社製）を印刷して
半田層を形成した（図示せず）。ついで、半田層の上に
コバール製の外部端子４３を載置して、４２０℃で加熱
リフローし、外部端子４３をスルーホール４８の表面に
取り付けた（図１１（ｄ）参照）。

【０１５１】温度制御のための測温素子を有底孔４４に
はめ込み、セラミック接着剤（東亜合成社製アロンセ
ラミック）を埋め込んで固定させ、ホットプレートユニ
ットを構成するセラミック基板の製造を終了した。

【０１５２】（７）次に、実施例１と同様にして、製造
したセラミック基板を、図１に示した支持容器１０と同
様の支持容器に断熱リングを介して支持し、固定すると
ともに、抵抗発熱体４２および測温素子からの配線を引
き出し、半導体製造・検査装置の製造を完了した。

【０１５３】また、上記板状体には、直径１０ｍｍの内
径を有する冷媒供給管を５個設け、冷媒供給管から半径
Ｌ／４以内の領域の板状体には、図１２に示すような、
分割された円環形状の開口を設けた。また、冷媒供給管
からＬ／３〜Ｌ／２の領域についても開口を形成した。
なお、冷媒供給管から半径Ｌ／４以内の領域の開口率は
２０％、半径Ｌ／３〜Ｌ／２の領域の開口率は２０％で
あった。

【０１５４】（実施例３）冷媒供給管から半径Ｌ／４以
内の領域での開口率を９８％、半径Ｌ／３〜Ｌ／２の領
域での開口率を９８％とした以外は、実施例１と同様に
して半導体製造・検査装置を製造した。

【０１５５】（実施例４）冷媒供給管から半径Ｌ／４以
内の領域での開口率を１８％、半径Ｌ／３〜Ｌ／２の領
域での開口率を１８％とした以外は、実施例１と同様に
して半導体製造・検査装置を製造した。

【０１５６】（実施例５）冷媒供給管から半径Ｌ／４以
内の領域での開口率を２５％、半径Ｌ／３〜Ｌ／２の領
域での開口率を０％とした以外は、実施例１と同様にし
て半導体製造・検査装置を製造した。

【０１５７】（実施例６）冷媒供給管から半径Ｌ／４以
内の領域での開口率を４７％、半径Ｌ／３〜Ｌ／２の領
域での開口率を１８％とした以外は、実施例１と同様に
して半導体製造・検査装置を製造した。

【０１５８】（比較例１）支持容器１０を構成する板状
体１２に開口２０を設けなかった以外は、実施例１と同
様にして、半導体製造・検査装置を製造した。

【０１５９】（比較例２）支持容器を構成する板状体に
開口を設けなかった以外は、実施例２と同様にして、半
導体製造・検査装置を製造した。

【０１６０】評価方法（１）降温時間セラミック基板を２００℃まで加熱した後、冷媒供給管
から冷媒（窒素）を支持容器内に供給し、１００℃まで
降温するのに要する時間を測定した。結果を表１に示
す。

【０１６１】

【表１】

【０１６２】表１に示した結果より明らかなように、セ
ラミック基板を２００℃から１００℃まで降温するのに
要する時間は、実施例１〜６では、３〜８分であり、い
ずれの実施例でも降温時間は比較的短い。

【０１６３】これに対し、比較例１、２では、セラミッ
ク基板を２００℃から１００℃まで降温するのに要する
時間は、１５分と長時間を要した。

【０１６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の支持容器
および半導体製造・検査装置によれば、冷媒供給管の周
囲の板状体に開口が形成されているため、支持容器の周
囲の空気が支持容器内に導入され、支持容器に設置され
たセラミック基板の冷却を迅速に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の半導体製造・検査装置の一
例であるホットプレートユニットを模式的に示す断面図
であり、（ｂ）は、支持容器を構成する板状体を模式的
に示す斜視図である。

【図２】図１に示したセラミック基板の平面図である。

【図３】図１に示したセラミック基板の一部を拡大した
部分拡大断面図である。

【図４】（ａ）は、本発明の半導体製造・検査装置の一
例であるホットプレートユニットを構成するセラミック
基板の別の実施形態を模式的に示す平面図であり、
（ｂ）は、（ａ）に示したセラミック基板の部分拡大断
面図である。

【図５】（ａ）は、静電チャックを構成するセラミック
基板を模式的に示す縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）
に示したセラミック基板のＡ−Ａ線断面図である。

【図６】静電チャックを構成するセラミック基板の別の
一例を模式的に示す水平断面図である。

【図７】静電チャックを構成するセラミック基板のさら
に別の一例を模式的に示す水平断面図である。

【図８】本発明の半導体製造・検査装置の一例であるウ
エハプローバを構成するセラミック基板を模式的に示す
断面図である。

【図９】図８に示したセラミック基板を模式的に示す平
面図である。

【図１０】図８に示したセラミック基板のＡ−Ａ線断面
図である。

【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の半導体製造・検
査装置の一例であるホットプレートユニットを構成する
セラミック基板の製造方法の一部を模式的に示す断面図
である。

【図１２】（ａ）は、本発明の支持容器を構成する板状
体の一例を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、
（ａ）の拡大図である。

【符号の説明】

１０支持容器１１外枠部１２板状体１３冷媒排出管１４冷媒排出管１５断熱リング１６基板支持部１７固定金具１８ボルト１９半導体ウエハ２０開口２１セラミック基板２２抵抗発熱体２３外部端子２４有底孔２５貫通孔２６リード線２７測温素子２８導電線２９ソケット１００ホットプレートユニット

フロントページの続きＦターム(参考） 3L044 AA03 BA06 CA14 DA02 KA04 4M106 AA01 BA01 CA59 CA60 DJ02 5F031 CA02 HA02 HA10 HA16 HA18 HA37 HA38 HA39 MA28 MA32 MA33 NA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック基板を支持する支持容器であ
って、外枠の内側に板状体が一体又は別個に設けられ、
前記板状体に冷媒供給管が固定されるとともに、前記冷
媒供給管の周囲の板状体に開口が形成されていることを
特徴とする支持容器。
【請求項２】請求項１に記載の支持容器にセラミック
基板が支持固定されてなることを特徴とする半導体製造
・検査装置。
【請求項３】前記セラミック基板の表面または内部に
は、抵抗発熱体が設けられてなる請求項２に記載の半導
体製造・検査装置。
【請求項４】前記冷媒供給管は複数形成されてなると
ともに、前記冷媒供給管同士の距離をＬとするとき、冷
媒供給管から半径Ｌ／４以内の領域の開口率が２０％以
上１００％未満である請求項２または３に記載の半導体
製造・検査装置。
【請求項５】前記冷媒供給管は複数形成されてなると
ともに、前記冷媒供給管同士の距離をＬとするとき、冷
媒供給管から半径Ｌ／３〜Ｌ／２の領域の開口率が２０
％以上１００％未満である請求項２または３に記載の半
導体製造・検査装置。