JP2003146770A

JP2003146770A - セラミック接合体

Info

Publication number: JP2003146770A
Application number: JP2002198924A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Ito; 康隆伊藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2001-07-09
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2003-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】セラミック体と円板状のセラミックとの接合
界面において、昇温と降温とが繰り返された場合であっ
ても、熱疲労が生じず、界面にクラック等が発生するこ
とがない気密性に優れたセラミック接合体を提供する。【解決手段】その内部に導電体が設けられた円板形状
のセラミック基板の底面に、セラミック体が接合された
セラミック接合体であって、前記セラミック体と前記セ
ラミック基板との界面により包囲される領域または前記
セラミック体と前記セラミック基板との界面により包囲
される領域の中心と、前記セラミック基板の底面の中心
とが、３〜２００μｍ離れていることを特徴とするセラ
ミック接合体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ホットプレート
（セラミックヒータ）、静電チャック、サセプタなどに
用いられ、その内部に導電体が設けられたセラミック基
板の底面にセラミック体が接合されたセラミック接合体
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
たヒータや静電チャック等が用いられてきた。

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

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

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

【０００６】このようなホットプレートでは、高温にお
いても機械的な強度の大きいセラミック基板を用いてい
るため、セラミック基板の厚さを薄くして熱容量を小さ
くすることができ、その結果、電圧や電流量の変化に対
してセラミック基板の温度を迅速に追従させることがで
きる。

【０００７】また、このようなホットプレートでは、特
許第２５２５９７４号公報、特許第２７８３９８０号公
報、特開２０００−１１４３５５号公報等に記載のよう
に、円筒状のセラミックと円板状のセラミックとを接合
させ、半導体製造工程に用いる反応性ガスやハロゲンガ
ス等から外部端子等の配線を保護する手段がとられてい
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特許第２５
２５９７４号公報に記載されたホットプレートを用いた
場合、長期間反応性ガスやハロゲンガス等に曝された
り、また、円筒状のセラミックと円板状のセラミックと
の接合界面（以下、界面ともいう）に熱応力が集中し、
昇温と降温とを繰り返すことによって熱疲労が生じたり
することにより、界面にクラック等が発生し、界面の気
密性が損なわれ、外部端子等の配線が腐食されるという
問題が発生した。

【０００９】また、特許第２７８３９８０号公報に記載
されたホットプレートでは、その界面において、セラミ
ック粒子が界面の両側に延びるように粒成長すること
で、円筒状のセラミックと円板状のセラミックとの接合
が行われていることから、界面の接合強度は強いもの
の、局所的に熱応力が集中し、昇温と降温とが繰り返さ
れることによって熱疲労が生じてしまい、界面や、円筒
状のセラミックや、円板状のセラミックに、クラック等
が生じることがあった。

【００１０】また、近年の半導体製品においては、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
時間や、降温時間の短縮化への強い要請があるが、特許
２５２５９７４号公報や、特開２０００−１１４３５５
号公報等に記載されたホットプレートでは、円筒状のセ
ラミックにフランジ部が設けられているため、熱容量が
増大し、昇温速度が低下してしまうという問題もあっ
た。

【００１１】さらに、昇温時間を短縮するためには、昇
温速度を上げる必要があり、また、降温時間を短縮する
ためには、降温速度を上げる必要がある。しかしなが
ら、そのように、ホットプレートを急激に昇温させた
り、降温させたりすると、界面等に、より大きな熱応力
が発生することになり、上述したようなクラック等が益
々発生しやすくなる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述した
問題に鑑み、単に、界面の接合強度を向上させることに
より、クラック等の発生を防止するのではなく、局所的
に、熱応力が集中することを防止することにより、クラ
ック等の発生を防止するために鋭意研究した結果、その
内部に導電体が設けられた円板形状のセラミック基板の
底面にセラミック体を接合する際、上記セラミック体と
上記セラミック基板との界面により包囲される領域また
は上記セラミック体と上記セラミック基板との界面によ
り包囲される領域の中心と、上記セラミック基板の底面
の中心とを、特定の距離以上、離間させることにより、
局所的に熱応力が集中することを抑制し、クラック等の
発生を防止することできることを見出し、本発明を完成
するに至った。

【００１３】すなわち、本発明のセラミック接合体は、
その内部に導電体が設けられた円板形状のセラミック基
板の底面に、セラミック体が接合されたセラミック接合
体であって、上記セラミック体と上記セラミック基板と
の界面により包囲される領域または上記セラミック体と
上記セラミック基板との界面により包囲される領域の中
心と、上記セラミック基板の底面の中心とが、３〜２０
０μｍ離れていることを特徴とするものである。

【００１４】本発明のセラミック接合体において、セラ
ミック体は、柱状体や板状体であってもよく、筒状体の
ような中空体であってもよく、内部に空洞が存在せず、
セラミックが充填された構造の充実体であってもよい。

【００１５】図１２は、充実体からなるセラミック体４
８１を用いたセラミック接合体４００を模式的に示した
断面図であり、充実体からなるセラミック体４８１の内
部にソケット４８５を有する外部端子４８３及び導電線
４３０が埋設されるとともに、測温素子１８０のリード
線２９０も埋設されている。また、図１３は、板状体か
らなるセラミック体５８１を用いたセラミック接合体５
００を模式的に示した断面図であり、板状の充実体から
なるセラミック体５８１の内部にソケット５８５を有す
る外部端子５８３及び導電線５３０が埋設されるととも
に、測温素子１８０のリード線２９０も埋設されてい
る。柱状体の場合、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すよう
に、三角柱状体１５０や四角柱状体１６０であってもよ
く、それ以上の多角柱状体１７０であってもよい。

【００１６】本発明で、セラミック体とセラミック基板
との界面により包囲される領域またはセラミック体とセ
ラミック基板との界面により構成される領域の中心と
は、界面で包囲されて構成される図形、または、界面そ
れ自体で構成される図形の重心をいうものとする。ま
た、重心とは、図形の面積を二等分する直線の交点とし
て定義される。円の場合は、円の中心が中心点となる。

【００１７】本発明で、その最も好適な例は、その内部
に導電体が設けられた円板形状のセラミック基板の底面
に、円筒形状の筒状セラミック体が接合されたセラミッ
ク接合体であって、上記筒状セラミック体と上記セラミ
ック基板との界面により包囲される円の中心と、上記セ
ラミック基板の底面の中心とが、３〜２００μｍ離れて
いることを特徴とするセラミック接合体であり、以下に
おいては、このセラミック接合体について説明していく
ことにする。

【００１８】例えば、筒状セラミック体とセラミック基
板との界面により包囲される円の中心（以下、中心Ａと
もいう）、および、上記セラミック基板の底面の中心
（以下、中心Ｂともいう）が合致するセラミック接合体
を加熱した場合、上記界面において、上記筒状セラミッ
ク体が膨張する方向と、上記セラミック基板が膨張する
方向が合致することになる。その結果、局所的に熱応力
が集中し、熱疲労が生じてしまい、クラック等が発生す
ることになる。

【００１９】しかし、本発明のセラミック接合体、すな
わち、中心Ａと中心Ｂとの距離（以下、距離Ｌともい
う）が、３〜２００μｍ離れているセラミック接合体に
よれば、加熱した場合、上記筒状セラミック体が膨張す
る方向と、上記セラミック基板が膨張する方向が異なる
ことになる。その結果、熱応力を分散させることがで
き、クラック等の発生を防止することができる。なお、
距離Ｌが３μｍ未満のセラミック接合体では、熱応力を
充分に分散させることが困難となる。また、距離Ｌが２
００μｍを超えると、逆に熱応力が集中してクラックが
発生しやすくなる。さらに、半導体ウエハを加熱する面
の温度分布が大きくなる。このことは、距離Ｌを変化さ
せた種々のセラミック接合体を４５０℃に加熱して最高
温度と最低温度との差を測定した結果を示す図１５から
も理解される。

【００２０】また、上記導電体は、発熱体であり、上記
セラミック接合体は、ホットプレートとして機能するこ
とが望ましい。上記セラミック接合体は、上述したよう
に、熱応力を分散させることができる構造を有してお
り、局所的に熱応力が集中せず、昇温と降温とを繰り返
しても熱疲労が生じることがなく、また、上記セラミッ
ク接合体では、セラミック体のセラミック基板との接合
面に、フランジ部を形成しなくてもよいため、熱容量が
増大することがなく、昇温速度が低下することがないた
め、ホットプレートとして好適に用いることができるか
らである。上記発熱体は、抵抗発熱体であってもよく、
ペルチェ素子のような発熱素子であってもよい。なお、
上記発熱体が抵抗発熱体である場合、上記抵抗発熱体
は、層状に形成されていてもよく、線条体で形成されて
いてもよい。

【００２１】さらに、上記導電体は、静電電極であり、
上記セラミック接合体は、静電チャックとして機能する
ことが望ましい。静電チャックは、腐食性の雰囲気で使
用されることが多く、上記セラミック基板と上記筒状セ
ラミック体とが、上述したように接合された構造が最適
だからである。

【００２２】さらに、前記セラミック基板の直径は、２
００ｍｍ以上が望ましく、２５０ｍｍ以上がより望まし
い。セラミック基板の直径が２５０ｍｍ以上であると、
熱応力を分散させ、クラック等の発生を防止するという
第三の本発明の効果が大きくなるからである。このこと
は、実施例の結果を示した図１６からも容易に理解する
ことができる。すなわち、距離Ｌ＝０では、直径が大き
くなるにつれて、割れの発生率が高くなり、直径２５０
ｍｍを超えるところで急速に大きくなっているが、Ｌ＝
３μｍまたは２００μｍとすることにより、割れの発生
率を低く抑えることができる。

【００２３】

【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。なお、本発明は、この記載に限定されるこ
とはない。以下の説明では、セラミック体を円筒状のセ
ラミック体として説明するが、セラミック体は、円柱状
の充実体であってもよく、三角柱や四角柱の中空体や充
実体であってもよい。

【００２４】初めに実施の形態に係るセラミック接合体
について説明する。実施の形態に係るセラミック接合体
は、その内部に導電体が設けられた円板形状のセラミッ
ク基板の底面に、円筒形状の筒状セラミック体が接合さ
れたセラミック接合体であって、上記筒状セラミック体
と上記セラミック基板との界面により包囲される円の中
心、および、上記セラミック基板の底面の中心が、３〜
２００μｍ離れていることを特徴とするセラミック接合
体である。

【００２５】図１（ａ）は、本発明のセラミック接合体
を模式的に示した平面図であり、（ｂ）は、上記セラミ
ック接合体を模式的に示した部分拡大断面図である。な
お、図１は、セラミック基板および筒状セラミック体の
みを示しており、上記セラミック基板の内部に設けられ
る導電体等は図示していない。

【００２６】セラミック接合体１は、円板形状のセラミ
ック基板２の底面に、円筒形状の筒状セラミック体７が
接合されることにより構成されている。このとき、セラ
ミック基板２と筒状セラミック体７とが接合されている
面が、界面６である。そして、セラミック接合体１で
は、界面６により包囲される円の中心Ａと、セラミック
基板２の底面の中心Ｂとの距離Ｌが、３〜２００μｍ離
れている。なお、上記セラミック基板と上記筒状セラミ
ック体とを接合する方法については、後で詳述すること
にする。

【００２７】また、本発明のセラミック接合体を半導体
製造・検査装置に応用する場合は、その内部に導電体が
設けられたセラミック基板が、底板を備えた支持容器の
上部に固定され、さらに、上記セラミック基板の底面に
接合された筒状セラミック体に、上記導電体からの配線
が格納されていることが望ましい。上記配線が、腐食性
のガス等に曝されることにより、腐食してしまうことを
防止するためである。

【００２８】本発明のセラミック接合体を構成するセラ
ミック基板の内部に形成された導電体が抵抗発熱体およ
び導体回路である場合には、上記セラミック接合体は、
ホットプレートとして機能する。

【００２９】図２は、本発明のセラミック接合体を構成
するセラミック基板の一例であるホットプレートを模式
的に示した平面図であり、図３は、その断面図であり、
図４は、図３に示した筒状セラミック体近傍の部分拡大
断面図である。

【００３０】図３に示すように、このホットプレート１
０では、円板形状のセラミック基板１１の底面１１ｂの
中央付近に直接筒状セラミック体１７が接合されてい
る。このとき、上述したように、筒状セラミック体１７
とセラミック基板１１との界面により包囲される円の中
心、および、セラミック基板１１の底面の中心が、３〜
２００μｍ離れている。また、筒状セラミック体１７
は、支持容器の底板（図示せず）に密着するように形成
されているため、筒状セラミック体１７の内側と外側と
は完全に隔離されている。

【００３１】セラミック基板１１の内部には、図２に示
すように、同心円形状の回路からなる抵抗発熱体１２が
形成されており、これら抵抗発熱体１２は、互いに近い
二重の同心円同士が１組の回路として、１本の線になる
ように接続されている。

【００３２】また、図３に示すように、抵抗発熱体１２
と底面１１ｂとの間には、セラミック基板１１の中心方
向に向かって延びる導体回路１８が形成されており、抵
抗発熱体端部１２ａと導体回路１８の一端とはバイアホ
ール１３０を介して接続されている。

【００３３】この導体回路１８は、抵抗発熱体端部１２
ａを中央部に延設するために形成されたものであり、セ
ラミック基板１１の内部において、筒状セラミック体１
７の内側の近傍にまで延びた導体回路１８の他端の直下
にはスルーホール１３′およびこのスルーホール１３′
を露出させる袋孔１９が形成され、このスルーホール１
３′は、半田層（図示せず）を介して先端がＴ字形状の
外部端子２３と接続されている。

【００３４】抵抗発熱体端部１２ａが筒状セラミック体
１７の内側にある場合には、バイアホールや導体回路は
必要がないので、抵抗発熱体の端部に直接スルーホール
１３が形成され、半田層を介して外部端子２３と接続さ
れている。

【００３５】そして、これらの外部端子２３には導電線
２３０を有するソケット２５が取り付けられ、この導電
線２３０は、底板（図示せず）に形成された貫通孔から
外部に引き出され、電源等（図示せず）と接続されてい
る。

【００３６】一方、セラミック基板１１の底面１１ｂに
形成された有底孔１４には、リード線２９０を有する熱
電対等の測温素子１８０が挿入され、耐熱性樹脂、セラ
ミック（シリカゲル等）等を用いて封止されている。こ
のリード線２９０は、碍子（図示せず）の内部を挿通し
ており、支持容器の底板に形成された貫通孔（図示せ
ず）を通して外部に引き出されており、碍子の内部も外
部と隔離されている。さらに、セラミック基板１１の中
央に近い部分には、リフターピン（図示せず）を挿通す
るための貫通孔１５が設けられている。

【００３７】上記リフターピンは、その上にシリコンウ
エハ等の被処理物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を受
け取ったりするとともに、シリコンウエハをセラミック
基板１１の加熱面１１ａに載置して加熱したり、シリコ
ンウエハを加熱面１１ａ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。

【００３８】また、セラミック基板１１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
球状の支持ピンを挿入した後、支持ピンをセラミック基
板１１よりわずかに突出させた状態で固定し、上記支持
ピンでシリコンウエハを支持することにより、加熱面１
１ａから５０〜２０００μｍ離間させた状態で加熱して
もよい。

【００３９】なお、支持容器の底板には、冷媒導入管等
を設けてもよい。この場合、この冷媒導入管に、配管を
介して冷媒を導入することより、セラミック基板１１の
温度や冷却速度等を制御することができる。

【００４０】上述したように、このホットプレート１０
では、セラミック基板１１の底面１１ｂに筒状セラミッ
ク体１７が接合され、筒状セラミック体１７は図示しな
い支持容器の底板（容器壁）まで形成されているので、
筒状セラミック体１７の内側とその外側とは、完全に隔
離された状態となっている。

【００４１】従って、底板の貫通孔から引き出された導
電線２３０を管状の部材で保護することにより、ホット
プレート１０の周囲が反応性ガスやハロゲンガス等を含
む雰囲気となっており、これら反応性ガス等が支持容器
の内部に入り込み易い状態であっても、筒状セラミック
体１７の内部の配線等が腐食することはない。なお、測
温素子１８０からの配線２９０も、碍子等により保護さ
れているため、腐食することはない。

【００４２】さらに、筒状セラミック体１７の内部に不
活性ガス等をゆっくり流し込んで、反応性ガスやハロゲ
ンガス等が筒状セラミック体１７の内部に流れ込まない
ようにすることにより、一層確実に導電線２３０の腐食
を防止することができる。

【００４３】筒状セラミック体１７は、セラミック基板
１１をしっかりと支持する働きも有しているので、セラ
ミック基板１１が高温に加熱された際にも、自重により
反るのを防止することができ、その結果、シリコンウエ
ハ等の被処理物の破損を防止するとともに、該被処理物
を均一な温度になるように加熱することもできる。

【００４４】本発明のセラミック接合体におけるセラミ
ック基板の形状は、図２に示すように、円板形状である
が、その直径は、２００ｍｍ以上が望ましく、２５０ｍ
ｍ以上がより望ましい。上記セラミック接合体を、ホッ
トプレートや静電チャックとして用いた場合、このよう
な大きな直径を持つ基板は、大口径の半導体ウエハを載
置することができるからである。また、大きな直径を持
つホットプレートほど、昇温および降温時に発生する熱
応力が大きくなるため、本発明の構成が有効に機能する
からである。

【００４５】このことは、セラミック接合体において、
Ｌ＝０に設定するとともに、セラミック接合体を構成す
るセラミック基板の直径を変化させて、割れの発生率を
測定した結果を示す図１６からも容易に理解することが
できる。すなわち、直径が大きくなるにつれて割れの発
生率が高くなり、直径２５０ｍｍを超えるところで急速
に高くなっている。セラミック基板の直径は、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。

【００４６】また、上記セラミック基板の厚さは、２５
ｍｍ以下であることが望ましい。上記セラミック基板の
厚さが２５ｍｍを超えると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、１．５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。

【００４７】また、図３に示すように、セラミック基板
１１には、被加熱物を載置する加熱面１１ａの反対側か
ら加熱面１１ａに向けて有底孔１４を設けるとともに、
有底孔１４の底を抵抗発熱体１２よりも相対的に加熱面
１１ａに近く形成し、この有底孔１４に熱電対等の測温
素子１８０を設けることが望ましい。測温素子１８０に
より抵抗発熱体１２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。

【００４８】また、有底孔１４の底と加熱面１１ａ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１２よりも加熱面１１ａ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。

【００４９】有底孔１４の底と加熱面１１ａとの距離が
０．１ｍｍ未満では、放熱してしまい、加熱面１１ａ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１１ａに温度分布が形成されてしま
うからである。

【００５０】有底孔１４の直径は、０．３ｍｍ〜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
１１ａとの距離を均等にすることができなくなるからで
ある。

【００５１】有底孔１４は、図１に示したように、セラ
ミック基板１１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。

【００５２】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。

【００５３】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
は、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。

【００５４】上記測温素子は、金ろう、銀ろうなどを使
用して、有底孔１４の底に接着してもよく、有底孔１４
に挿入した後、耐熱性樹脂、セラミック（シリカゲル
等）等で封止してもよく、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
ジン樹脂などが挙げられる。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。

【００５５】上記金ろうとしては、３７〜８０．５重量
％Ａｕ−６３〜１９．５重量％Ｃｕ合金、８１．５〜８
２．５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、Ａｇ
−Ｃｕ系のものを使用することができる。

【００５６】さらに、本発明に係るホットプレート１０
の測温手段として、サーモビュア等の光学的な手段を用
いた測温手段を用いることも可能である。上記サーモビ
ュアを用いた場合には、セラミック基板１１の加熱面１
１ａの温度を測定することができるほか、シリコンウエ
ハ等の被加熱物表面の温度を直接測定することができる
ため、被加熱物の温度制御の精度が向上する。

【００５７】本発明のセラミック接合体において、セラ
ミック基板を形成するセラミックとしては、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
が望ましい。窒化物セラミック、炭化物セラミック、酸
化物セラミックは、熱膨張係数が金属よりも小さく、機
械的な強度が金属に比べて格段に高いため、セラミック
基板の厚さを薄くしても、加熱により反ったり、歪んだ
りしない。そのため、セラミック基板を薄くて軽いもの
とすることができる。さらに、セラミック基板の熱伝導
率が高く、セラミック基板自体が薄いため、セラミック
基板の表面温度が、抵抗発熱体の温度変化に迅速に追従
する。即ち、電圧、電流値を変えて抵抗発熱体の温度を
変化させることにより、セラミック基板の表面温度を制
御することができるのである。

【００５８】上記窒化物セラミックとしては、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。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。

【００５９】また、上記炭化物セラミックとしては、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。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。

【００６０】さらに、上記酸化物セラミックとしては、
例えば、アルミナ、ジルコニア、コージュライト、ムラ
イト等が挙げられる。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。

【００６１】これらのなかでは、窒化物セラミックであ
る窒化アルミニウムが最も好ましい。熱伝導率が１８０
Ｗ／ｍ・Ｋと最も高く、温度追従性に優れるからであ
る。

【００６２】また、上記セラミック基板は、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、Ｙ_２Ｏ_３、Ｎａ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏ、Ｒｂ_２Ｏが好
ましい。これらの含有量としては、０．１〜２０重量％
が好ましい。また、アルミナを含有していてもよい。

【００６３】また、本発明のセラミック基板は、カーボ
ンを含有し、その含有量は、２００〜５０００ｐｐｍで
あることが望ましい。電極を隠蔽することができ、また
黒体輻射を利用しやすくなるからである。

【００６４】なお、上記セラミック基板は、明度がＪＩ
ＳＺ８７２１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。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１
０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〜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。

【００６５】このような特性を有するセラミック基板１
１は、基板中にカーボンを１００〜５０００ｐｐｍ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、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、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。

【００６６】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。

【００６７】また、セラミック基板の気孔率は、０また
は５％以下が好ましい。上記気孔率はアルキメデス法に
より測定する。高温での熱伝導率の低下、反りの発生を
抑制することができるからである。

【００６８】本発明のセラミック接合体における筒状セ
ラミック体の形状は、図３に示すように、円筒形状であ
るが、その内径は、３０ｍｍ以上であることが望まし
い。３０ｍｍ未満であると、セラミック基板をしっかり
と支持することが困難になり、セラミック基板が高温に
加熱された際、セラミック基板が自重によって反ってし
まうおそれがあるからである。

【００６９】また、上記筒状セラミック体の厚さは、３
〜２０ｍｍであることが望ましい。３ｍｍ未満である
と、筒状セラミック体の厚さが薄すぎるため、機械的強
度が乏しくなり、昇温と降温とを繰り返すことによっ
て、上記筒状セラミック体が破損してしまうおそれがあ
り、２０ｍｍを超えると、筒状セラミック体の厚さが厚
すぎるため、熱容量が大きくなり、昇温速度が低下する
おそれがあるからである。

【００７０】また、上記筒状セラミック体を形成するセ
ラミックとしては、上述したセラミック基板と同様のも
のを用いることができる。なお、上記筒状セラミック体
と上記セラミック基板とを接合する方法については、後
で詳述することにする。

【００７１】また、セラミック基板の内部に形成される
抵抗発熱体のパターンとしては、図２に示した同心円形
状のほか、渦巻き形状、偏心円形状、同心円形状と屈曲
線形状との組み合わせなどを挙げることができる。ま
た、抵抗発熱体１２の厚さは、１〜５０μｍが望まし
く、その幅は、５〜２０μｍが望ましい。

【００７２】抵抗発熱体１２の厚さや幅を変化させるこ
とにより、その抵抗値を変化させることができるが、こ
の範囲が最も実用的だからである。抵抗発熱体１２の抵
抗値は、その厚さが薄く、また、その幅が狭くなるほど
大きくなる。

【００７３】抵抗発熱体１２は、断面が方形、楕円形、
紡錘形、蒲鉾形状のいずれでもよいが、偏平なものであ
ることが望ましい。偏平の方が加熱面１１ａに向かって
放熱しやすいため、加熱面１１ａへの熱伝搬量を多くす
ることができ、加熱面１１ａの温度分布ができにくいか
らである。なお、抵抗発熱体１２は螺旋形状でもよい。

【００７４】ホットプレート１０において、抵抗発熱体
１２からなる回路の数は１以上であれば特に限定されな
いが、加熱面１１ａを均一に加熱するためには、複数の
回路が形成されていることが望ましい。

【００７５】また、抵抗発熱体１２の形成位置は、セラ
ミック基板１１の内部であれば、特に限定されないが、
セラミック基板１１の底面１１ｂからその厚さの６０％
までの位置に少なくとも１層形成されていることが好ま
しい。加熱面１１ａまで熱が伝搬する間に拡散し、加熱
面１１ａでの温度が均一になりやすいからである。

【００７６】また、抵抗発熱体１２を形成する際には、
金属や導電性セラミックからなる導体ペーストを用いる
ことが好ましい。即ち、セラミック基板１１の内部に抵
抗発熱体１２を形成する際には、グリーンシート上に導
体ペースト層を形成した後、グリーンシートを積層、焼
成することにより、内部に抵抗発熱体１２を作製する。

【００７７】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
ミックが含有されているほか、樹脂、溶剤、増粘剤など
を含むものが好ましい。

【００７８】上記金属粒子としては、例えば、貴金属
（金、銀、白金、パラジウム）、鉛、タングステン、モ
リブデン、ニッケル等が好ましい。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。

【００７９】上記導電性セラミックとしては、例えば、
タングステン、モリブデンの炭化物などが挙げられる。
これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用しても
よい。これら金属粒子または導電性セラミック粒子の粒
径は、０．１〜１００μｍ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。

【００８０】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。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１２とセラミック基板１
１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。

【００８１】導体ペーストに使用される樹脂としては、
例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が挙げられ
る。また、溶剤としては、例えば、イソプロピルアルコ
ール等が挙げられる。増粘剤としては、セルロース等が
挙げられる。

【００８２】また、基板の内部に導体回路１８を形成す
る際には、上述した抵抗発熱体１２を形成する際に使用
した金属や導電性セラミックからなる導体ペーストを用
いることができるほか、電極等を形成する際に通常に用
いられる導体ペースト等を用いることができる。

【００８３】導体回路１８の大きさは特に限定されず、
幅は０．１〜５０ｍｍ、厚さは０．１〜５００μｍが好
ましく、長さは、抵抗発熱体１２の端部からセラミック
基板１１の中央付近に接合された筒状セラミック体１７
の内側までの距離に合わせて適宜調整される。

【００８４】本発明では、ソケット２５を介して外部端
子２３と接続されている導電線２３０は、他の導電線２
３０との間の短絡等を防止するために、耐熱性の絶縁部
材で被覆されていることが望ましい。このような絶縁性
部材としては、筒状セラミック体１７と同様の窒化アル
ミニウムや、その他、アルミナ、シリカ、ムライト、コ
ージェライト等の酸化物セラミック、窒化珪素、およ
び、炭化珪素等が挙げられる。

【００８５】また、図２、３および４に示したホットプ
レート１０では、通常、セラミック基板１１が支持容器
（図示せず）の上部に嵌合されているが、他の実施の形
態においては、基板が上端に基板受け部を有する支持容
器の上面に載置され、ボルト等の固定部材により固定さ
れていてもよい。

【００８６】なお、上述した本発明に係るホットプレー
ト１０は、１００℃以上で使用することが望ましく、２
００℃以上で使用することがより望ましい。

【００８７】本発明のセラミック接合体を構成するセラ
ミック基板は、半導体の製造や半導体の検査を行うため
に用いられるものであり、具体的には、例えば、静電チ
ャック、サセプタ、ホットプレート（セラミックヒー
タ）等が挙げられる。

【００８８】上述したホットプレートは、セラミック基
板の内部に抵抗発熱体のみが設けられた装置であり、こ
れにより、シリコンウエハ等の被処理物をセラミック基
板の表面に載置または離間させて保持し、所定の温度に
加熱したり洗浄を行うことができる。

【００８９】本発明のセラミック接合体を構成するセラ
ミック基板の内部に形成された導電体が静電電極および
導体回路である場合には、上記セラミック接合体は、静
電チャックとして機能する。図５は、このような静電チ
ャックを模式的に示す縦断面図であり、図６は、その部
分拡大断面図であり、図７は、静電チャックを構成する
基板に形成された静電電極付近を模式的に示す水平断面
図である。

【００９０】この静電チャック３０を構成するセラミッ
ク基板３１の内部には、半円形状のチャック正負極静電
層３２ａ、３２ｂが対向して配設され、これらの静電電
極上にセラミック誘電体膜３４が形成されている。ま
た、セラミック基板３１の内部には、抵抗発熱体３２０
が設けられ、シリコンウエハ等の被処理物を加熱するこ
とができるようになっている。なお、セラミック基板３
１には、必要に応じて、ＲＦ電極が埋設されていてもよ
い。

【００９１】上記静電電極は、貴金属（金、銀、白金、
パラジウム）、鉛、タングステン、モリブデン、ニッケ
ル等の金属、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好ま
しい。また、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。

【００９２】この静電チャック３０は、図５、図６に示
した通り、セラミック基板３１中に静電電極３２ａ、３
２ｂが形成され、静電電極３２ａ、３２ｂの端部の直下
にスルーホール３３が形成され、静電電極３２上にセラ
ミック誘電体膜３４が形成されている以外は、上述した
ホットプレート１０と同様に構成されている。

【００９３】すなわち、セラミック基板３１の底面の中
央付近には筒状セラミック体３７が接合されている。こ
のとき、上述したように、筒状セラミック体３７とセラ
ミック基板３１との界面により包囲される円の中心、お
よび、セラミック基板３１の底面の中心が、３〜２００
μｍ離れている。また、筒状セラミック体３７の内側の
上方には、スルーホール３３、３３０が形成されてお
り、これらのスルーホール３３、３３０は、静電電極３
２ａ、３２ｂ、抵抗発熱体３２０に接続されるととも
に、袋孔３９０に挿入された外部端子３６０に接続さ
れ、この外部端子３６０の一端には、導電線３３１を有
するソケット３５０が接続されている。そして、この導
電線３３１が貫通孔（図示せず）より外部に引き出され
ている。

【００９４】また、筒状セラミック体３７の外側に端部
を有する抵抗発熱体３２０の場合には、図２〜４に示し
たホットプレート１０の場合と同様に、バイアホール３
９、導体回路３８０およびスルーホール３３０′を形成
することより、抵抗発熱体３２０の端部を筒状セラミッ
ク体３７の内側に延設している（図６参照）。従って、
スルーホール３３０′を露出させる袋孔３９０に外部端
子３６０を挿入して接続することにより、筒状セラミッ
ク体３７の内側に外部端子３６０を格納することができ
る。

【００９５】このような静電チャック３０を作動させる
場合には、抵抗発熱体３２０および静電電極３２に、そ
れぞれ電圧を印加する。これにより、静電チャック３０
上に載置されたシリコンウエハが所定温度に加熱される
とともに、静電的にセラミック基板３１に吸着されるこ
とになる。なお、この静電チャックは、必ずしも、抵抗
発熱体３２０を備えていなくてもよい。

【００９６】図８は、他の静電チャックの基板に形成さ
れた静電電極を模式的に示した水平断面図である。基板
７１の内部に半円弧状部７２ａと櫛歯部７２ｂとからな
るチャック正極静電層７２と、同じく半円弧状部７３ａ
と櫛歯部７３ｂとからなるチャック負極静電層７３と
が、互いに櫛歯部７２ｂ、７３ｂを交差するように対向
して配置されている。

【００９７】また、図９は、更に別の静電チャックの基
板に形成された静電電極を模式的に示した水平断面図で
ある。この静電チャックでは、基板８１の内部に円を４
分割した形状のチャック正極静電層８２ａ、８２ｂとチ
ャック負極静電層８３ａ、８３ｂが形成されている。ま
た、２枚のチャック正極静電層８２ａ、８２ｂおよび２
枚のチャック負極静電層８３ａ、８３ｂは、それぞれ交
差するように形成されている。なお、円形等の電極が分
割された形態の電極を形成する場合、その分割数は特に
限定されず、５分割以上であってもよく、その形状も扇
形に限定されない。

【００９８】次に、本発明のセラミック接合体の製造方
法の一例として、ホットプレートの製造方法について、
図１０を参照しながら説明する。図１０（ａ）〜（ｄ）
は、本発明に係るホットプレートの製造方法の一部を模
式的に示した断面図である。

【００９９】（１）グリーンシートの作製工程まず、窒化物セラミック等の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５０を作製する。

【０１００】上述した窒化物等の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、Ｎａ、Ｃａを含む化
合物等を加えてもよい。

【０１０１】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。

【０１０２】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、抵抗発熱体の端部と導体回路
とを接続するためのバイアホールとなる部分６３０を形
成したグリーンシートと、導体回路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６３、６３′を形成
したグリーンシートを作製する。

【０１０３】また、必要に応じて、シリコンウエハを運
搬するためのリフターピンを挿入する貫通孔となる部
分、シリコン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、熱電対などの測温素子を埋め込む
ための有底孔となる部分等を形成する。なお、貫通孔や
有底孔は、後述するグリーンシート積層体を形成した
後、または、上記積層体を形成し、焼成した後に上記加
工を行ってもよい。

【０１０４】なお、バイアホールとなる部分６３０およ
びスルーホールとなる部分６３、６３′には、上記ペー
スト中にカーボンを加えておいたものを充填してもよ
い。グリーンシート中のカーボンは、スルーホール中に
充填されたタングステンやモリブデンと反応し、これら
の炭化物が形成されるからである。

【０１０５】（２）グリーンシート上に導体ペーストを
印刷する工程バイアホールになる部分６３０を形成したグリーンシー
ト上に、金属ペーストまたは導電性セラミックを含む導
体ペーストを印刷し、導体ペースト層６２を形成する。
これらの導体ペースト中には、金属粒子または導電性セ
ラミック粒子が含まれている。

【０１０６】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。

【０１０７】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重量部混合した組成物（ペースト）が挙
げられる。

【０１０８】また、スルーホールとなる部分６３、６
３′を形成したグリーンシート上に、静電電極等を形成
するときに通常使用される導体ペーストを印刷して、導
体ペースト層６８を形成する。

【０１０９】（３）グリーンシートの積層工程導体ペースト層６２を印刷したグリーンシート上に、導
体ペーストを印刷していないグリーンシート５０を複数
積層し、その下に、導体ペースト層６８を形成したグリ
ーンシートを重ねる。そして、このグリーンシートの下
に、更に、何も印刷していないグリーンシート５０を複
数積層する（図１０（ａ））。

【０１１０】このとき、導体ペースト層６２を印刷した
グリーンシートの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、製造する抵抗発熱体の形成位置を底面側の方向に
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。

【０１１１】（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層６２、６８等を焼
結させ、セラミック基板１１、抵抗発熱体１２および導
体回路１８等を製造する（図１０（ｂ））。加熱温度
は、１０００〜２０００℃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。

【０１１２】次に、セラミック基板１１の底面１１ｂ
に、測温素子を挿入するための有底孔を設ける（図示せ
ず）。上記有底孔は、表面研磨後に、ドリル加工やサン
ドブラストなどのブラスト処理等を行うことにより形成
することができる。なお、上記有底孔や凹部は、後述す
るセラミック基板１１と筒状セラミック体１７とを接合
した後に設けてもよく、グリーンシート５０に予め有底
孔となる部分を設けておき、グリーンシート５０を積
層、焼成すると同時に形成してもよい。また、内部の抵
抗発熱体１２と接続するためのスルーホール１３、１
３′を露出させるために袋孔１９を形成する。この袋孔
１９もセラミック基板１１と筒状セラミック体１７とを
接合した後に設けてもよい。

【０１１３】（５）筒状セラミック体の製造窒化アルミニウム粉末等を円筒形状の成形型に入れて成
形し、必要に応じて切断加工する。これを加熱温度１０
００〜２０００℃、常圧で焼結させて筒状セラミック体
１７を製造する。上記焼結は、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。また、筒状セラミック体１７の
大きさは、セラミック基板の内部に形成したスルーホー
ル１３，１３′がその内側に収まるように調整する。次
いで、筒状セラミック体１７の端面を研磨して平坦化す
る。

【０１１４】（６）セラミック基板と筒状セラミック体
との接合セラミック基板１１の底面１１ｂの中央付近と筒状セラ
ミック体１７の端面とを接触させた状態で、セラミック
基板１１と筒状セラミック体１７とを加熱して、これら
を接合する。このとき、筒状セラミック体１７の内径の
内側にセラミック基板１１内のスルーホール１３，１
３′が収まるようにし、さらに、筒状セラミック体１７
とセラミック基板１１との界面により包囲される円の中
心、および、セラミック基板１１の底面の中心が、３〜
２００μｍ離れるようにして、筒状セラミック体１７を
セラミック基板１１の底面１１ｂに接合する（図１０
（ｃ））。具体的には、図１１に示すような開口９１を
設けたマスク９０をセラミック基板１１の底面に載置し
た後、開口９１に筒状セラミック体１７を嵌め込み、加
熱することで、セラミック基板１１と筒状セラミック体
１７とを接合する。なお、開口９１の開口径と筒状セラ
ミック体１７の外径は同じであるため、開口９１の中心
Ｃとセラミック基板１１の底面の中心Ｂとの距離が、セ
ラミック基板１１と筒状セラミック体１７との界面によ
り包囲される円の中心と、セラミック基板１１の底面の
中心との距離Ｌとなる。

【０１１５】なお、セラミック基板１１と筒状セラミッ
ク体１７とを接合する方法として、金ろう、銀ろう等を
用いてろう付けする方法、酸化物系ガラス等の接着剤を
用いて接合する方法等を用いることができる。また、セ
ラミック基板１１および筒状セラミック体１７を形成す
るセラミックと主成分が同じセラミックペーストを塗布
し、これを焼結させる方法、セラミック基板や筒状セラ
ミック体の接合面に焼結助剤を含有する溶液を塗布する
方法によっても、セラミック基板１１と筒状セラミック
体１７とを接合することができる。本発明においては、
いずれの接合方法を用いた場合であっても、接合面にお
ける熱応力を分散させることができるため、セラミック
基板１１と筒状セラミック体１７との接合部分の気密性
を確保することができる。

【０１１６】（７）端子等の取り付け筒状セラミック体１７の内径の内側に形成した袋孔１９
に、半田やろう材を介して外部端子２３を挿入し、加熱
してリフローすることにより、外部端子２３をスルーホ
ール１３、１３′に接続する（図１０（ｄ））。上記加
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。

【０１１７】次に、この外部端子２３にソケット２５を
介して電源に接続される導電線２３０に接続する（図３
参照）。更に、測温素子としての熱電対等を、形成した
有底孔に挿入し、耐熱性樹脂等で封止することで、その
底面に筒状セラミック体を備えたホットプレートを製造
することができる。

【０１１８】このホットプレートでは、その上にシリコ
ンウエハ等の半導体ウエハを載置するか、または、シリ
コンウエハ等をリフターピンや支持ピン等で保持させた
後、シリコンウエハ等の加熱や冷却を行いながら、洗浄
等の操作を行うことができる。

【０１１９】上記ホットプレートを製造する際に、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る。ただし、この場合は、
静電電極と外部端子とを接続するためのスルーホールを
形成する必要があるが、支持ピンを挿入するための貫通
孔を形成する必要はない。

【０１２０】セラミック基板の内部に電極を設ける場合
には、抵抗発熱体を形成する場合と同様にグリーンシー
トの表面に静電電極となる導体ペースト層を形成すれば
よい。

【０１２１】以下、本発明をさらに詳細に説明する。

【実施例】（実施例１）静電チャックの製造（図５〜
６参照）（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、イットリウム（平均粒径
０．４μｍ）４重量部、アクリル系樹脂バインダ１２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重量部を混合した組成
物を用い、ドクターブレード法を用いて成形することに
より厚さ０．４７ｍｍのグリーンシートを得た。

【０１２２】（２）次に、このグリーンシートを８０℃
で５時間乾燥した後、何も加工を施していないグリーン
シートと、パンチングを行い、抵抗発熱体と導体回路と
を接続するためのバイアホール用貫通孔を設けたグリー
ンシートと、導体回路と外部端子とを接続するためのバ
イアホール用貫通孔を設けたグリーンシートと、静電電
極と外部端子とを接続するためのスルーホール用貫通孔
を設けたグリーンシートとを作製した。

【０１２３】（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、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。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を調製した。

【０１２４】（４）バイアホール用貫通孔を設けたグリ
ーンシートの表面に、導体ペーストＡをスクリーン印刷
法により印刷し、抵抗発熱体となる導体ペースト層を印
刷した。また、導体回路と外部端子とを接続するための
スルーホール用貫通孔を設けたグリーンシートの表面
に、上記導電性ペーストＡをスクリーン印刷法により印
刷し、導体回路となる導体ペースト層を印刷した。更
に、何も加工を施していないグリーンシートに図７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。

【０１２５】更に、抵抗発熱体と導体回路とを接続する
ためのバイアホール用貫通孔と外部端子を接続するため
のスルーホール用貫通孔に導体ペーストＢを充填した。

【０１２６】次に、上記処理の終わった各グリーンシー
トを積層した。まず、抵抗発熱体となる導体ペースト層
が印刷されたグリーンシートの上側（加熱面側）に、ス
ルーホール３３となる部分のみが形成されたグリーンシ
ートを３４枚積層し、そのすぐ下側（底面側）に導体回
路となる導体ペースト層が印刷されたグリーンシートを
積層し、さらに、その下側にスルーホール３３、３３
０、３３０′となる部分が形成されたグリーンシートを
１２枚積層した。このように積層したグリーンシートの
最上部に、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、さらにその上に何の
加工もしていないグリーンシートを２枚積層し、これら
を１３０℃、８ＭＰａの圧力で圧着して積層体を形成し
た。

【０１２７】（５）次に、得られた積層体を窒素ガス
中、６００℃で５時間脱脂し、その後、１８９０℃、圧
力１５ＭＰａの条件で３時間ホットプレスし、厚さ３ｍ
ｍの窒化アルミニウム板状体を得た。これを直径２３０
ｍｍの円板状に切り出し、内部に、厚さが５μｍ、幅が
２．４ｍｍの抵抗発熱体３２０、厚さが２０μｍ、幅が
１０ｍｍの導体回路３８０および厚さ６μｍのチャック
正極静電層３２ａ、チャック負極静電層３２ｂを有する
セラミック基板３１とした。

【０１２８】（６）次に、（５）で得られたセラミック
基板３１を、ダイヤモンド砥石で研磨した後、マスクを
載置し、ガラスビーズによるブラスト処理で表面に熱電
対のための有底孔３００を設け、セラミック基板３１の
底面３１ｂで、スルーホール３３、３３′が形成されて
いる部分をえぐりとって袋孔３９０を形成した。

【０１２９】（７）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
を混合した組成物を用い、スプレードライ法により顆粒
を製造し、この顆粒をパイプ状の金型に入れ、常圧、１
８９０℃で焼結させ、長さ２００ｍｍ、外径４５ｍｍ、
内径３５ｍｍの筒状セラミック体を製造した。

【０１３０】（８）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
を混合した液状体をセラミック基板３１および筒状セラ
ミック体３７の接合面に塗布した後、セラミック基板３
１の底面３１ｂであって、袋孔３９０がその内径の内側
に収まるような位置に、筒状セラミック体３７の端面を
接触させ、１８９０℃に加熱することで、セラミック基
板３１と筒状セラミック体３７とを接合した。具体的に
は、図１１に示すような開口９１を設けたマスク９０を
セラミック基板３１の底面に載置した後、開口９１に筒
状セラミック体３７を嵌め込み、加熱することで、セラ
ミック基板３１と筒状セラミック体３７とを接合した。
なお、セラミック基板３１と筒状セラミック体３７との
界面により包囲される円の中心と、セラミック基板３１
の底面の中心との距離Ｌは、５μｍとした。

【０１３１】（９）次に、筒状セラミック体３７の内部
の袋孔３９０に、銀ろう（Ａｇ：４０重量％、Ｃｕ：３
０重量％、Ｚｎ：２８重量％、Ｎｉ：１．８重量％、残
部：その他の元素、リフロー温度：８００℃）を用い
て、外部端子３６０を取り付けた。そして、外部端子３
６０にソケット３５０を介して導電線３３１を接続し
た。

【０１３２】（１０）そして、温度制御のための熱電対
を有底孔３００に挿入し、シリカゾルを充填し、１９０
℃で２時間硬化、ゲル化させることで、その内部に静電
電極、抵抗発熱体、導体回路、バイアホールおよびスル
ーホールが設けられたセラミック基板の底面に、筒状セ
ラミック体が接合され、上記セラミック基板が静電チャ
ックとして機能するセラミック接合体を製造した。

【０１３３】（実施例２）ホットプレートの製造（図
２〜３、図１０参照）（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（Ｙ_２Ｏ
_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、分散剤０．５重量
部および１−ブタノールとエタノールとからなるアルコ
ール５３重量部を混合したペーストを用い、ドクターブ
レード法により成形を行って、厚さ０．４７ｍｍのグリ
ーンシートを作製した。

【０１３４】（２）次に、このグリーンシートを８０℃
で５時間乾燥させた後、図２に示すようなシリコンウエ
ハを運搬等するためのリフターピンを挿入するための貫
通孔１５となる部分、バイアホールとなる部分６３０、
および、スルーホールとなる部分６３、６３′をパンチ
ングにより形成した。

【０１３５】（３）平均粒径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を調整した。

【０１３６】平均粒径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を調整した。

【０１３７】この導体ペーストＡをバイアホールとなる
部分６３０を形成したグリーンシート上にスクリーン印
刷で印刷し、抵抗発熱体用の導体ペースト層６２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、導体ペースト層６２の幅を１０ｍｍ、その厚
さを１２μｍとした。

【０１３８】続いて、導体ペーストＡをスルーホールと
なる部分６３′を形成したグリーンシート上にスクリー
ン印刷で印刷し、導体回路用の導体ペースト層６８を形
成した。印刷の形状は帯状とした。

【０１３９】また、導体ペーストＢを、バイアホールと
なる部分６３０およびスルーホールとなる部分６３、６
３′に充填した。

【０１４０】上記処理の終わった導体ペースト層６２を
印刷したグリーンシートの上に、導体ペーストを印刷し
ていないグリーンシートを３７枚重ね、その下に、導体
ペースト層６８を印刷したグリーンシートを重ねた後、
更にその下に、導体ペーストを印刷していないグリーン
シートを１２枚重ねて、１３０℃、８ＭＰａの圧力で積
層した。

【０１４１】（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で１０時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍの窒化アル
ミニウム板状体を得た。これを２３０ｍｍの円板状に切
り出し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの抵抗発熱体１
２、厚さ２０μｍ、幅１０ｍｍの導体回路１８、バイア
ホール１３０およびスルーホール１３、１３′を有する
セラミック基板１１とした。

【０１４２】（５）次に、（４）で得られたセラミック
基板１１を、ダイヤモンド砥石で研磨した後、マスクを
載置し、ガラスビーズによるブラスト処理で表面に熱電
対のための有底孔１４を設け、セラミック基板１１の底
面１１ｂで、スルーホール１３、１３′が形成されてい
る部分をえぐりとって袋孔１９を形成した。

【０１４３】（６）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、Ｙ_２Ｏ_３（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、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
合した組成物を用い、スプレードライ法により顆粒を製
造し、この顆粒を円筒状の金型に入れ、常圧、１８９０
℃で焼結させ、筒状セラミック体１７を製造した。

【０１４４】（７）セラミック基板１１および筒状セラ
ミック体１７の接合面に硝酸イットリウム（２．６１×
１０^−１ｍｏｌ／Ｌ）水溶液を塗布した後、セラミック
基板１１の底面１１ｂであって、袋孔１９がその内径の
内側に収まるような位置に、筒状セラミック体１７の端
面を接触させ、１８９０℃に加熱することで、セラミッ
ク基板１１と筒状セラミック体１７とを接合した。具体
的には、図１１に示すような開口９１を設けたマスク９
０をセラミック基板１１の底面に載置した後、開口９１
に筒状セラミック体１７を嵌め込み、加熱することで、
セラミック基板１１と筒状セラミック体１７とを接合し
た。なお、セラミック基板１１と筒状セラミック体１７
との界面により包囲される円の中心と、セラミック基板
１１の底面の中心との距離Ｌは、１９０μｍとした。

【０１４５】（８）次に、筒状セラミック体１７の内部
の袋孔１９に、銀ろう（Ａｇ：４０重量％、Ｃｕ：３０
重量％、Ｚｎ：２８重量％、Ｎｉ：１．８重量％、残
部：その他の元素、リフロー温度：８００℃）を用い
て、外部端子２３を取り付けた。そして、外部端子２３
にソケット２５を介して導電線２３０を接続した。

【０１４６】（９）そして、温度制御のための熱電対を
有底孔１４に挿入し、シリカゾルを充填し、１９０℃で
２時間硬化、ゲル化させることで、その内部に抵抗発熱
体、導体回路、バイアホールおよびスルーホールが設け
られたセラミック基板の底面に、筒状セラミック体が接
合され、上記セラミック基板がホットプレートとして機
能するセラミック接合体を製造した。

【０１４７】（実施例３）以下の工程を実施したほか
は、実施例１と同様の方法で、セラミック接合体を製造
した。まず、セラミック基板を直径３００ｍｍとし、
（７）の工程において、窒化アルミニウム粉末１００重
量部、イットリア４重量部、アクリル系樹脂バインダ１
１．５重量部、分散剤０．５重量部、アルコール５３重
量部を混合し、スプレードライ法により顆粒を製造する
とともに、導電線と外部端子とをソケットで連結して電
力供給線とし、この電力供給線を金型にいれ、顆粒を金
型に充填してプレスし、さらに、１０００ｋｇ／ｃｍ^２
の圧力で冷間静水圧プレスを行った後、常圧、１８９０
℃にて焼結させ、さらに、外形加工して長さ２００ｍ
ｍ、外径４５ｍｍの円柱状の充実体からなるセラミック
体とした。また、セラミック基板の底面の中心と、セラ
ミック体とセラミック基板との界面（円）の中心との距
離Ｌ＝３μｍとした。

【０１４８】（実施例４）以下の工程を実施したほか
は、実施例２と同様の方法で、セラミック接合体を製造
した。セラミック基板を直径３２０ｍｍとし、（６）に
おいて、窒化アルミニウム粉末１００重量部、イットリ
ア４重量部、アクリル系樹脂バインダ１１．５重量部、
分散剤０．５重量部、アルコール５３重量部を混合し、
スプレードライ法により顆粒を製造するとともに、導電
線と外部端子とをソケットで連結して電力供給線とし、
この電力供給線を金型にいれ、顆粒を金型に充填してプ
レスし、さらに、１０００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で冷間静
水圧プレスを行った後、常圧、１８９０℃にて焼結さ
せ、さらに、外形加工して長さ２００ｍｍ、外径４５ｍ
ｍの円柱状で充実体のセラミック体とした。また、セラ
ミック基板の底面の中心と、セラミック体とセラミック
基板との界面（円）の中心との距離Ｌ＝２００μｍとし
た。

【０１４９】（実施例５）Ｌ＝１０μｍとしたほかは、
実施例１と同様の方法で、セラミック接合体を製造し
た。（実施例６）Ｌ＝５０μｍとしたほかは、実施例２と同
様の方法で、セラミック接合体を製造した。

【０１５０】（実施例７）Ｌ＝１００μｍとしたほか
は、実施例３と同様の方法で、セラミック接合体を製造
した。（実施例８）Ｌ＝１５０μｍとしたほかは、実施例４と
同様の方法で、セラミック接合体を製造した。

【０１５１】（試験例１）Ｌ＝０〜２４０μｍに変化さ
せて製造したセラミック接合体を４５０℃に昇温した際
の、加熱面の最高温度と最低温度との温度差ΔＴを測定
した。その結果を図１５に示す。Ｌ＝２００μｍを超え
ると、ΔＴが大きくなることが理解される。なお、セラ
ミック接合体は、図２〜３に示したものと同様に構成さ
れている。

【０１５２】（比較例１）セラミック基板３１と筒状セ
ラミック体３７との界面により包囲される円の中心と、
セラミック基板３１の底面の中心とが同じ位置となるよ
うにセラミック基板３１と筒状セラミック体３７を接合
した以外は、実施例１と同様の方法で、セラミック接合
体を製造した。

【０１５３】（比較例２）セラミック基板３１と筒状セ
ラミック体３７との界面により包囲される円の中心と、
セラミック基板３１の底面の中心との距離Ｌを２μｍと
した以外は、実施例１と同様の方法で、セラミック接合
体を製造した。

【０１５４】（比較例３）セラミック基板１１と筒状セ
ラミック体１７との界面により包囲される円の中心と、
セラミック基板１１の底面の中心との距離Ｌを２μｍと
した以外は、実施例２と同様の方法で、セラミック接合
体を製造した。

【０１５５】（比較例４）セラミック基板３１と筒状セ
ラミック体３７との界面により包囲される円の中心と、
セラミック基板３１の底面の中心との距離Ｌを２０５μ
ｍとした以外は、実施例１と同様の方法で、セラミック
接合体を製造した。

【０１５６】（比較例５）セラミック基板１１と筒状セ
ラミック体１７との界面により包囲される円の中心と、
セラミック基板１１の底面の中心との距離Ｌを２０５μ
ｍとした以外は、実施例２と同様の方法で、セラミック
接合体を製造した。

【０１５７】実施例１〜８および比較例１〜５に係るセ
ラミック接合体について、以下の評価試験を行った。そ
の結果を下記の表１に示す。

【０１５８】（１）破壊強度の測定曲げ強度試験を行い、接合面の破壊強度を測定した。

【０１５９】（２）ヒートサイクル試験２５℃に保持した後、４５０℃に加熱する過程を繰り返
すヒートサイクル試験を５００回行い、筒状セラミック
体とセラミック基板との接合部におけるクラックの発生
の有無を確認した。なお、発生率５０％未満ならクラッ
クは発生しないと判断し、５０％以上でクラック発生と
判断した。

【０１６０】（３）配線等の腐食の有無実施例および比較例に係るセラミック接合体を支持容器
に取り付け、ＣＦ_４ガス雰囲気で２００℃まで昇温した
後における、セラミック接合体の配線等の腐食状態を目
視により観察した。なお、筒状セラミック体の内部に
は、不活性ガスとして、窒素ガスを導入した。

【０１６１】

【表１】

【０１６２】上記表１に示した結果より明らかなよう
に、実施例１〜８に係るセラミック接合体では、破壊強
度試験およびヒートサイクル試験のいずれの場合におい
ても、充分に大きな接合強度を有し、また、これらのセ
ラミック接合体の筒状セラミック体内部に配設された配
線等は、ＣＦ_４ガスにより腐食されることはなかった。
一方、比較例１〜５に係るセラミック接合体では、筒状
セラミック体とセラミック基板との接合強度が低く、さ
らに、筒状セラミック体内部に配設された配線等がＣＦ
_４ガスにより腐食されていた。これは、円筒状のセラミ
ックと円板状のセラミックとの接合界面において、局所
的に熱応力が集中することにより、熱疲労が生じてしま
い、クラック等が発生したためであると考えられた。

【０１６３】（実施例９、１０および比較例６、７）Ｌ
＝３μｍ（実施例９）、Ｌ＝２００μｍ（実施例１
０）、Ｌ＝０μｍ（比較例６）、Ｌ＝２０５μｍ（比較
例７）とし、セラミック基板の直径を１５０ｍｍ〜３５
０ｍｍに変化させて製造したセラミック接合体の割れの
発生率を調べた。この結果を図１６に示す。比較例６、
７より明らかなように、直径が２５０ｍｍを超えると割
れの発生率が８０％近くなり、実用的な耐久性が得られ
ない。一方、実施例９、１０では、直径が２５０ｍｍを
超えても、割れの発生率は、低い値を維持したままであ
る。このように、本発明は直径２５０ｍｍ以上のセラミ
ックヒータで生じる耐久性の低下を解消することができ
るのである。

【０１６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
円筒状や円柱状等からなるセラミック体と円板状のセラ
ミックとの接合界面において、局所的に熱応力が集中す
ることがなく、この部分にクラック等が発生することが
ないため、充分な気密性を確保することができ、セラミ
ック接合体の信頼性を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明のセラミック接合体を模式的
に示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したセラミ
ック接合体の断面図である。

【図２】本発明のセラミック接合体の一例であるホット
プレートを模式的に示す底面部である。

【図３】図２に示したホットプレートの断面図である。

【図４】図２に示したホットプレートを構成するセラミ
ック基板を模式的に示した部分拡大断面図である。

【図５】本発明のセラミック接合体の一例である静電チ
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
図である。

【図６】図５に示した静電チャックを構成するセラミッ
ク基板を模式的に示した部分拡大断面図である。

【図７】セラミック基板に埋設されている静電電極の一
例を模式的に示す水平断面図である。

【図８】セラミック基板に埋設されている静電電極の別
の一例を模式的に示す水平断面図である。

【図９】セラミック基板に埋設されている静電電極の更
に別の一例を模式的に示す水平断面図である。

【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のセラミック接合
体の一例であるホットプレートの製造方法の一例を模式
的に示す断面図である。

【図１１】セラミック基板と筒状セラミック体との接合
方法の一例を模式的に示す斜視図である。

【図１２】本発明のセラミック接合体の一例を示す断面
図である。

【図１３】本発明のセラミック接合体の一例を示す断面
図である。

【図１４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明のセラミック接合
体を構成する柱状体の例を示す斜視図である。

【図１５】試験例の結果を示すグラフである。

【図１６】実施例９、１０および比較例６、７の結果を
示すグラフである。

【符号の説明】

１０ホットプレート１１セラミック基板１１ａ加熱面１１ｂ底面１２抵抗発熱体１２ａ抵抗発熱体端部１３、１３′スルーホール１４有底孔１５貫通孔１６界面１７筒状セラミック体１８導体回路１９袋孔１３０バイアホール１８０測温素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3K092 PP09 QC03 QC07 QC13 QC33 QC34 QC44 QC49 RF03 RF11 VV09 VV12 VV31 4G026 BA16 BB16 BE03 BF06 BH06 5F031 CA02 HA02 HA16 HA17 HA33 HA37 JA01 JA46

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】その内部に導電体が設けられた円板形状
のセラミック基板の底面に、セラミック体が接合された
セラミック接合体であって、前記セラミック体と前記セ
ラミック基板との界面により包囲される領域または前記
セラミック体と前記セラミック基板との界面により包囲
される領域の中心と、前記セラミック基板の底面の中心
とが、３〜２００μｍ離れていることを特徴とするセラ
ミック接合体。
【請求項２】その内部に導電体が設けられた円板形状
のセラミック基板の底面に、円筒形状の筒状セラミック
体が接合されたセラミック接合体であって、前記筒状セ
ラミック体と前記セラミック基板との界面により包囲さ
れる円の中心と、前記セラミック基板の底面の中心と
が、３〜２００μｍ離れていることを特徴とするセラミ
ック接合体。
【請求項３】前記導電体は、発熱体であり、ホットプ
レートとして機能する請求項１または２に記載のセラミ
ック接合体。
【請求項４】前記導電体は、静電電極であり、静電チ
ャックとして機能する請求項１または２に記載のセラミ
ック接合体。
【請求項５】前記セラミック基板は、直径２５０ｍｍ
以上である請求の範囲１〜４のいずれか１に記載のセラ
ミック接合体。