JP2003151869A

JP2003151869A - 半導体製造・検査装置用セラミック基板

Info

Publication number: JP2003151869A
Application number: JP2002205422A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Ito; 康隆伊藤; Masakazu Furukawa; 正和古川; Yasuji Hiramatsu; 靖二平松
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2003-05-23

Abstract

(57)【要約】【課題】薄くて軽い上、ウエハー加熱面の温度分布を
均一にすることができ、さらに発熱体の温度を速やかに
基板作業面の温度に反映させることのできる半導体製造
・検査装置用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に、断面アスペクト
比 (発熱体の幅／発熱体の厚さ) が１０〜１００００の
扁平状をなす板状の発熱体を埋設してなるセラミック基
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、半導体製品の製造
装置や検査装置に用いられるセラミック基板に関し、と
くに半導体製品を乾燥するために用いられるホットプレ
ート (ヒータ) やサセプタあるいは静電チャックやウエ
ハプローバに用いて有用なセラミック基板についての提
案である。

【０００２】

【従来の技術】半導体製品であるＩＣに形成されている
集積回路等は、シリコンウエハー上にエッチングレジス
トとして感光性樹脂を塗布したのち、エッチングするこ
とにより形成するのが普通である。この場合において、
シリコンウエハーの表面に塗布された前記感光性樹脂
は、製造工程においてスピンコーターなどにより塗布さ
れていため、塗布後に乾燥する必要がある。その乾燥処
理は、感光性樹脂を塗布したシリコンウエハーをホット
プレートの上に載置して加熱することにより行われてい
る。従来、このようなホットプレート，即ちヒータとし
ては、金属板 (アルミニウム板) からなる基板の表面
(裏面) に発熱体を配線したものなどが利用されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
金属製ヒータを半導体製品の乾燥に用いた場合、次のよ
うな問題があった。それは、ヒータの基板が金属製であ
ることから、基板の厚みを１５mm以上に厚くしなければ
ならないことにある。なぜなら、薄い金属製基板では、
加熱に起因する熱膨張により、そりや歪みが発生してし
まい、この基板上に載置されるウエハーが破損したり傾
いたりしてしまうからである。要するに、従来のヒータ
は厚みがあるため重量が大きく、かさばるという問題が
あった。

【０００４】また、基板に取付けた発熱体に印加する電
圧や電流量を変えることにより、ヒータの加熱温度を制
御する場合、基板の厚みが大きいと、ヒータ基板の温度
が電圧や電流量の変動に迅速に追従せず、基板の温度制
御がしにくいという問題点もあった。

【０００５】これに対し従来、上述した問題点を克服す
る方法として、上記金属製基板に代え、特許登録第２７
９８５７０号 (特開平６−１７７２３１号公報) や特公
平７−５０７３６号公報などでは、窒化アルミニウム製
静電チャックに、螺旋状の線状発熱体を埋設したヒータ
を提案している。しかしながら、このようなヒータを実
際に試作してみると、ウエハーを載置して加熱する作業
面 (加熱面) に、発熱体のパターンがそのまま投影され
た偏りのる温度分布が生じることがわかった。とくに、
上記ヒータ基板中に、例えばヒータの熱を分散させる緩
衝材の役割りを担うべき静電チャック電極が埋設されて
いないケースで顕著に見られる現象である。

【０００６】そこで、本発明の目的は、昇降温特性や吸
着特性に優れる、ヒータ，サセプタ，静電チャックある
いはウエハプローバとして好適に用いられる半導体製造
・検査装置用セラミック基板を提供することにある。本
発明の他の目的は、埋設導電体 (発熱体や電極) の機能
を速やかにかつ効果的に基板作業面に反映させることの
できるセラミック基板を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した課題につき検討
を続けた結果、その解決のためには次のような手段を採
用することが有効であることがわかった。即ち、本発明
は、窒化物セラミック、炭化物セラミックまたは酸化物
セラミックからなるセラミック基板の内部に、断面アス
ペクト比 (導電体の幅／導電体の厚さ) が１０〜１００
００の扁平形状をなす板状の導電体を埋設してなる半導
体製造・検査装置用セラミック基板を提案する。

【０００８】前記導電体は、断面アスペクト比が、５０
〜５０００程度であることが好ましく、より好ましくは
１００〜３０００といえる。前記導電体は、その形成位
置を、セラミック基板の厚み中心から厚さ方向に偏った
位置に埋設すると共に、埋設導電体から遠い側の面を作
業面として構成することが好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明にかかるセラミック基板
は、ホットプレート、即ちヒータの他、サセプタや静電
チャック，ウエハプローバ用の基板となるものである
が、以下はホットプレート，即ちセラミックヒータの例
で説明する。

【００１０】さて、そのセラミックヒータは、セラミッ
ク製の板状体, 即ちセラミック基板が、窒化物セラミッ
ク、炭化物セラミックまたは酸化物セラミックからな
り、このセラミック基板中に、アスペクト比が１０〜１
００００の扁平形状をなす板状の導電体、例えばヒータ
の場合にあっては発熱体を埋設した点に特徴がある。

【００１１】本発明において、前記セラミック基板の素
材として、窒化物セラミック、炭化物セラミックまたは
酸化物セラミックに着目した理由は、これらのセラミッ
クは熱膨張係数が金属よりも小さく、薄くしても加熱に
より反ったり、歪んだりしないからである。その結果、
本発明では基板を薄くて軽いものにすることができる。
また、このような素材にて製造されたセラミック基板
は、熱伝導率が高く、また基板自体も薄いため、該セラ
ミック基板の表面温度が、発熱体の温度変化に迅速に応
答しやすいという特性がある。即ち、該セラミック基板
内に埋設した発熱体の電圧、電流量を変えると、その変
化が速やかに基板加熱面の温度変化として表われるの
で、温度制御特性に優れるということができる。

【００１２】前記窒化物セラミックは、金属窒化物セラ
ミック、例えば、窒化アルミニウム、窒化けい素、窒化
ほう素、窒化チタンから選ばれる少なくとも１種以上を
用いることが望ましい。炭化物セラミックは、金属炭化
物セラミック、例えば、炭化けい素、炭化ジルコニウ
ム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステンから
選ばれる少なくとも１種以上のものを用いることが望ま
しい。これらのセラミックの中で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。なお、酸化物セラミックとしては、アルミ
ナ，シリカ，ムライト，チタニア，マグネシア，コージ
エライトから選ばれる１種以上のものを用いることが望
ましい。

【００１３】次に、かかるセラミックヒータは、断面形
状が扁平である板状の発熱体を基板内部に埋設すると共
に、その埋設位置が基板の中心からその厚さ方向に偏っ
た位置 (偏芯位置) に埋設され、そして発熱体からの距
離が遠い側にある面を作業面，即ち加熱面としたことに
より、熱の伝搬がセラミック基板全体に均一に拡散しや
すく、加熱面に発熱体のパターンがそのまま投影されて
不均一な温度分布が発生するようなことがなくなる。即
ち、加熱面の温度分布を全面に亘って均一にすることが
できる。即ち、その位置としては、基板の一方の面 (加
熱面) から５０％を越え、９９％までの位置とすること
が望ましい。５０％以下だと、加熱面に近すぎて発熱体
２のパターンに類似した温度分布が発生してしまい、逆
に、９９％を越えると基板１自体にそりが発生して、ウ
エハーを破損するからである。

【００１４】かかる発熱体は、断面アスペクト比 (発熱
体の幅／発熱体の厚さ) で１０〜５０００の範囲にある
ような扁平形状にしたことにより、断面が真円形状のも
のや断面が正方形に近い形状をしたものよりも、加熱面
の温度分布を均一なものにしやすいという特徴がある。
即ち、発熱体の断面アスペクト比が１０未満では、発熱
体から上方向 (ウエハー加熱面方向) への熱伝搬に対し
側面方向 (セラミック基板の側面方向) への熱伝搬が相
対的に大きくなってしまい、発熱体の形に類似した温度
分布を示すようになる。一方、アスペクト比が１０００
０を越えると、発熱体の中心付近に熱の蓄積が起こっ
て、やはり偏った温度分布が発生してしまい、温度の均
一性が確保できなくなる。

【００１５】より好ましいアスペクト比は５０〜５００
０である。即ち、アスペクト比が５０未満では、発熱体
がクラックの起点となりやすく、一方、５０００を越え
ると製造時のグリーンシート間の焼結を阻害してグリー
ンシート間に界面ができ、これが起点となってクラック
が生じるからである。なお、こうしたアスペクト比をも
つ発熱体の場合、セラミック基板の耐衝撃温度ΔＴ (水
中投下でクラックや剥離が発生する温度) を１５０℃以
上にする上でも有効に作用する。

【００１６】この発熱体２の配置は、具体的には図１,
図２に示すように、セラミック基板１全体の温度を均一
にする上で、同心円状のパターンにすることが好まし
い。また、発熱体２の厚さは、前記アスペクト比の範囲
内において１〜５０μｍ、幅は５〜２０ｍｍの扁平な板
状にすることが好ましい。そして、上記範囲内におい
て、断線等を防止する目的で発熱体の相対的な厚みを厚
くするのは有効である。厚さ、幅をこのように限定する
意味は、抵抗値を制御する上で、この範囲が最も実用的
だからである。なお、この発熱体２の構造 (厚さ, 幅)
を上記のように限定する他の理由は、発熱体自体の幅を
拡げる必要があることに対応している。即ち、発熱体２
を基板１の内部に埋設した場合、加熱面１ａと発熱体２
との距離が短くなると、表面の温度均一性が低下するた
め、幅広にすることは有効である。

【００１７】この発熱体２を基板内部に設けると、窒化
物セラミック等との密着性を考慮する必要がなくなるの
で、Ｗ，Ｍｏなどの高融点金属、ＷやMoなどの炭化物を
使用することができるようになり、ひいては抵抗値を高
くすることができる。なお、抵抗値は、発熱体２を薄
く、細くするほど大きくなる。

【００１８】この発熱体２は、扁平な板状体である限
り、断面が方形、楕円、紡錘、蒲鉾形状のいずれでもよ
い。扁平な板状体を採用した理由は、内部に発熱体を設
ける場合は、扁平形状の方が加熱面に向かって放熱しや
すいため、加熱面の偏った温度分布ができにくいからで
ある。なお、発熱体の断面が扁平でもスパイラル状に成
形したものは本発明に含まない。即ち、このように成形
すると、断面が円形状と同じ熱伝搬作用を示すことにな
るからである。

【００１９】この発熱体２は、基板１厚み方向に複数層
にわたって配設してもよい。この場合は、各層のパター
ンは、平面からみて、相互に補完するような位置に埋設
されることが好ましく、加熱面のどこかが必ずいずれか
の層のパターンがカバーしているような状態に埋設され
ているようにする。例えば、互いに千鳥模様の如き配置
になっている構造である。この発熱体２はまた、基板１
の内部に埋設する限り、その一部が基板表面から露出す
るような状態にしてもよい。

【００２０】本発明において、前記発熱体を基板１の所
定の位置に配設するには、基板の厚さ方向の所定の位置
に、金属粒子等を含む導電ペーストを塗布または印刷す
ることなどによって形成する。その導電ペーストは、導
電性を確保するための金属粒子または導電性セラミック
の他、樹脂、溶剤、増粘剤などを含むものが一般的であ
る。金属粒子としては、貴金属 (Au, Ag, Pt, Pd) 、
Ｗ、Moから選ばれる１種以上が用いられる。これらの金
属は比較的酸化しにくく、発熱するに十分な抵抗値を有
するからである。また、導電性セラミックとしては、Ｗ
やMoの炭化物から選ばれる１種以上を使用することがで
きる。これら金属粒子あるいは導電性セラミックの粒径
は、０．１〜１００μｍであることが望ましい。微細す
ぎると酸化しやすく、大きすぎると焼結しにくくなり、
抵抗値が大きくなるからである。

【００２１】導電ペーストに使用される樹脂としては、
エポキシ樹脂、フェノール樹脂などがよい。また、溶剤
としては、イソプロピルアルコールなどが使用される。
増粘剤としては、セルロースなどが挙げられる。

【００２２】なお、本発明では、発熱体をセラミック基
板内部に形成するので、発熱体表面が酸化されることが
ない。このため、該発熱体表面を酸化防止剤などで被覆
する必要はない。

【００２３】そして、セラミック基板１の内部に発熱体
２を形成した場合、外部の端子と接続するための接続パ
ッド４が必要になる。この接続パッド４は、基板１の加
熱面とは反対側にある表面から発熱体２に向けて開口し
たスルーホール (ビアホール) 中に、タングステンペー
ストを充填することにより形成することができる。この
接続パッド４の直径は、0.1 〜１０ｍｍの大きさにする
ことが好ましい。つまり、接続パッド４の大きさがこの
程度であれば、断線を防止しつつ、クラックや歪みを防
止する上で効果的だからである。この接続パッド４は、
ろう材を介して外部端子ピン３と接続される。この接続
は、前記接続パッド４に設けた開口５内にろう材を前記
ピン３と共に挿入充填することにより行う。そのろう材
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。この
Ａｕ／Ｎｉ合金の比率は８０〜９０％Ａｕ／１０〜２０
％Ｎｉが望ましい。また、このＡｕ−Ｎｉ合金層の厚さ
は、接続を確保するために 0.1〜５０μｍにすることが
望ましい。

【００２４】本発明では、必要に応じてセラミック基板
１に熱電対６を埋め込んでおくことができる。熱電対に
より該セラミック基板１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、ヒータ板の温度を制御す
ることができるからである。

【００２５】本発明に係る基板のセラミックヒータとし
ての使用形態においては、図２に示すように、セラミッ
ク基板１に貫通孔７を複数設け、その貫通孔７に支持ピ
ン８を挿通し、そのピン８頂部に基板１の加熱面に対向
させて半導体ウエハー９を支持し、加熱乾燥する。な
お、この使用形態については、支持ピン８を上下動させ
て半導体ウエハー９を図示しない搬送機に渡したり、搬
送機から半導体ウエハー９を受け取ったりすることもで
きる。

【００２６】次に、上記セラミックヒータの製造方法に
ついて説明する。 (1) 窒化物セラミック、炭化物セラミックなどのセラミ
ックの粉体をバインダーおよび溶剤と混合してグリーン
シート (生成形体) を得る工程：この工程の処理におい
て、かかるセラミック粉体としては窒化アルミニウム、
炭化けい素などを使用でき、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。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、ポリビニラールから選ばれる少なくとも１
種以上が望ましい。さらに、溶媒としては、α−テルピ
オーネ、グリコールから選ばれる少なくとも１種以上が
望ましい。

【００２７】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
を製造する。前記グリーンシートに、必要に応じてシリ
コンウエハー用の支持ピン８を挿通するための貫通孔７
や熱電対を埋め込む凹部１１を設けておくことができ
る。これらの貫通孔７や凹部１１は、パンチング法など
を適用して形成することができる。グリーンシートの厚
さは、０．１〜５ｍｍ程度がよい。

【００２８】(2) グリーンシートに発熱体となる導電ペ
ーストを印刷する工程：この工程の処理において、前記
グリーンシート上の発熱体形成部分に金属ペーストある
いは導電性セラミックの如きからなる導電性ペーストを
塗布しまたは印刷する。これらの導電性ペースト中には
金属粒子あるいは導電性セラミック粒子が含まれてお
り、このような金属粒子としてはタングステンまたはモ
リブデンが、また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。タングステ
ン粒子またはモリブデン粒子の平均粒子径は０．１〜５
μｍがよい。大きすぎても小さすぎてもペーストを印刷
しにくいからである。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、ポ
リビニラールから選ばれる少なくとも１種以上のバイン
ダー１．５〜１０重量部、α−テルピオーネ、グリコー
ルから選ばれる少なくとも１種以上の溶媒を１．５〜１
０重量部混合して調整したタングステンペーストまたは
モリブデンペーストが最適である。

【００２９】(3) 工程(2) で得られた発熱体２用の導電
ペースト印刷グリーンシートと、工程(1) と同様の工程
で得られたペーストを印刷していないグリーンシートと
を各々少なくとも１枚以上積層する工程：この工程にお
いて、２種類のグリーンシートを各１層以上積層する場
合は、(2) のペーストつきグリーンシートの上側 (加熱
面側の意味) に積層されるグリーンシートの数を、下側
に積層される(1) のグリーンシートの数よりも少なくし
て、発熱体２の埋設位置を厚さ方向に偏芯させることが
重要である。具体的には、上側に２０〜５０枚、下側に
５〜２０枚を積層する。

【００３０】(4) 上記グリーンシート積層体を加熱加圧
してグリーンシートおよび導電ペーストを焼結し、セラ
ミック基板および発熱体を得る工程：この工程におい
て、加熱の温度は、１０００〜２０００℃で、加圧は１
００〜２００kg／cm２で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、窒素などを使用できる。

【００３１】(5) 最後に、接続パッド４につながる開口
５に、ろう材としてはんだペーストを印刷した後、外部
端子接続用ピン３を乗せて、加熱してリフローする。加
熱温度は２００〜５００℃が好適である。さらに、必要
に応じて熱電対６を埋め込むことができる。なお、例示
のセラミックヒータについても、ウエハー加熱面と発熱
体との間に、静電チャック電極 (図示を省略) を埋設し
てもよい。

【００３２】以上、半導体製造・検査装置用セラミック
基板として、ホットプレート (セラミックヒータ) を例
にとって説明した。本発明の他の実施形態としては、上
記セラミックヒータのほかに、例えば、静電チャックや
ウエハプローバ、サセプタ等が挙げられる。例えば、半
導体製造・検査装置を構成するセラミック基板の内部埋
設する前記導電体として、静電電極を設ける場合には、
静電チャック101 として機能する。その静電電極となる
導電体を形成するには、上述したヒーター用導電ペース
トと同じものを適用することができると共に、基板につ
いても同一のものが用いられる。

【００３３】図５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１の内部
にチャック正負電極層５２、５３が埋設され、それぞれ
スルーホール５６，５７と接続され、その電極上にセラ
ミック誘電体膜５４が形成されている。

【００３４】一方、セラミック基板１の内部には、抵抗
発熱体５５とスルーホール５８とが設けられ、シリコン
ウエハ等の被加熱物半導体製品９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１には、必
要に応じて、ＲＦ電極を埋設していてもよい。本発明に
かかるセラミック基板が、上述した静電チャックに適用
されると、導電体即ち電極の配置が改善されているため
に、ウエハー等の吸着特性に優れたものが得られる。

【００３５】次に、本発明にかかる半導体製造・検査装
置を構成するセラミック基板の他の実施形態としては、
基板の表面にチャックトップ導体層を設け、内部の導電
体として、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102 として機能するものが得られ
る。

【００３６】図６は、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る。
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１の表面に、同心円形状の溝６２が形成されるととも
に、この溝６２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６３が設けられており、上記溝６２を含
むセラミック基板１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６４が円形状に形
成されている。

【００３７】一方、該セラミック基板１内の前記チャッ
クトップ導体層６４とは反対側の面に近い位置には、シ
リコンウエハの温度をコントロールするために、平面視
同心円形状に配設される抵抗発熱体６５が埋設されてい
る。この抵抗発熱体６５の両端には、スルーホール６６
を介して外部端子が接続、固定されている。

【００３８】また、この実施形態においては、該セラミ
ック基板１の内部には、その他にストレイキャパシタや
ノイズを除去するために格子形状のガード電極６７とグ
ランド電極６８とが設けられている。このようなウエハ
プローバ102 では、セラミック基板１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
とができるが、吸着特性に優れることから、検査工程に
おける処理能力に優れたものが得られる。

【００３９】

【実施例】実施例１ (セラミックヒータ) (1) 窒化アルミニウム粉末 (トクヤマ製、平均粒径1.1
μｍ) 100 重量部、イットリア (酸化イットリウムのこ
と、平均粒径 0.4μｍ) ４重量部、アクリルバインダー
11.5重量部、分散剤 0.5重量部および１−ブタノールお
よびエタノールからなるアルコール53重量部を混合した
組成物を、ドクターブレードで形成して厚さ 0.47mm の
グリーンシートを得た。 (2) 前記グリーンシートを80℃で５時間乾燥させた後、
パンチングにて直径1.8mm、3.0 mm、5.0 mmの半導体ウ
エハー支持ピンを挿入するための貫通孔７、および発熱
体２と端子ピン３とを接続するための接続パッド４形成
用の孔を設けた。 (3) 平均粒子径１μｍのタングステンカーバイド粒子10
0 重量部、アクリル系バインダー3.0 重量部、３．α−
テルピオーネ溶媒を3.5 重量部、分散剤0.3 重量部を混
合して導電性ペーストＡを調整した。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
ンダー 1.9重量部、α−テルピオーネ溶媒を3.7 重量
部、分散剤0.2 重量部を混合して導電性ペーストＢを調
整した。前記導電性ペーストＡをグリーンシートにスク
リーン印刷でパターンを描いて印刷した。印刷パターン
は図１のような同心円とした。また、端子ピンと接続す
るための接続パッド４形成用の孔に導電性ペーストＢを
充填した (図２) 。さらに、タングステンペーストを印
刷しないグリーンシートを上側 (加熱面)に37枚、下側
に13枚を 130℃、80kg／cm²の圧力で積層した。 (4) 積層体を窒素ガス中で600 ℃で５時間脱脂し、1890
℃、圧力150 kg／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。これを直径230 mmの
円状に切り出して内部に厚さ６μｍ、幅10mmの発熱体
(アスペクト比１６６７) を有するセラミック製の板状
体とした (図３(a))。 (5) (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、ガラスビーズによるブラスト処理
で熱電対６のための凹部11を設けた（図３(b))。 (6) さらに、接続パッド４の表面の一部をえぐり取っ
て、図４に示すような凹部開口５とし、この開口５にNi
−Au合金からなるろう材を用い、700 ℃で加熱リフロー
してコバール製の端子ピン３を接続した（図３(c) ）。
なお、端子ピン３の接続は、図４のようにタングステン
の支持体12が３点で支持するような構造にすることが望
ましい。接続信頼性を確保できるからである。 (7) 温度制御のための複数の熱電対６を凹部11に埋め込
み、ヒータ100 を得た（図３(d) ）。

【００４０】実施例２ (炭化けい素セラミック板製ヒ
ータ) 実施例１と基本的に同様であるが、平均粒径1.0 μｍの
炭化けい素粉末100 重量部、アクリルバインダー11.5重
量部、分散剤 0.5重量部、および１−ブタノールおよび
エタノールからなるアルコール53重量部を混合した組成
物を、ドクターブレードで形成して厚さ0.50mmのグリー
ンシートを得た。焼結温度を1900℃とし、セラミックヒ
ータを形成した。

【００４１】比較例１基本的には実施例１と同様であるが、発熱体を扁平な板
状ではなく、断面を厚さ20μｍ×幅20μｍの正方形 (ア
スペクト比１) とした。

【００４２】比較例２基本的には実施例１と同様であるが、印刷条件を変えて
発熱体を扁平な板状ではなく、断面を厚さ５μｍ×幅60
μｍ (アスペクト比 12000) とした。

【００４３】実施例３基本的には実施例１と同様であるが、発熱体を扁平な板
状ではなく、断面を厚さ６μｍ×幅 0.24 ｍｍ (アスペ
クト比 40 ) とした。

【００４４】実施例４基本的には実施例１と同様であるが、発熱体を扁平な板
状ではなく、断面を厚さ６μｍ×幅 33 ｍｍ (アスペク
ト比 5500 ) とした。

【００４５】下記の表は、本発明に適合するヒータと比
較例のヒータとについて、昇降温時の応答時間と、サー
モビュア測定による加熱面の最高温度と最低温度の温度
差、およびそれぞれの熱衝撃特性ΔＴ (セラミックヒー
タを１００〜４００℃に加熱し、これを水中に投下した
後、セラミック基板から供試体を切出し、曲げ強度を測
定し、温度と曲げ強度のグラフを作成し、曲げ強度が急
激に低下した温度をΔＴとした。) を対比した試験結果
であるが、本発明例のものの優位性が確かめられた。

【表１】

【００４６】実施例５（静電チャック） (1) 窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径1.
1 μｍ）100 重量部、イットリア（平均粒径：0.4 μ
ｍ）４重量部、アクリルバインダ11.5重量部、分散剤0.
5 重量部および１−ブタノールとエタノールとからなる
アルコール53重量部を混合したペーストを用い、ドクタ
ーブレード法による成形を行って、厚さ0.47mmのグリー
ンシートを得た。 (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1.8 mm、3.0 mm、5.0 mm
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。

【００４７】(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。

【００４８】さらに、外部端子を接続するためのスルー
ホール用の貫通孔に導体ペーストＢを充填した。上記処
理の終わったグリーンシートに、さらに、タングステン
ペーストを印刷しないグリーンシートを上側（加熱面）
に３４枚、下側に１３枚積層し、その上に静電電極パタ
ーンからなる導体ペースト層を印刷したグリーンシート
を積層し、さらにその上にタングステンペーストを印刷
していないグリーンシートを２枚積層し、これらを130
℃、80 kg/cm²の圧力で圧着して積層体を形成した。

【００４９】(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０〜150 kg/cm
²（詳細は表１）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230 mmの円板状
に切り出し、内部に厚さ６μｍ、幅１０mmの抵抗発熱体
５５および厚さ１０μｍのチャック正極静電層５２、チ
ャック負極静電層５３を有する窒化アルミニウム製の板
状体とした。

【００５０】(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、SiＣ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：2.0 mm）を設けた。 (6) さらに、スルーホールが形成されている部分をえぐ
り取って袋孔とし、この袋孔にNi−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
５９を接続した。なお、外部端子５９の接続は、図４に
示すような、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。

【００５１】(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
101 の製造を完了した。このような静電チャックについ
ては、サーモビュアによる加熱面の温度差 (最高温度と
最低温度) は８℃であった。また応答時間も0.8 sec で
あった。さらに吸着力のばらつきも５％以内であった。

【００５２】実施例６（ウエハプローバ） (1) 窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径1.
1 μｍ）100 重量部、イットリア（平均粒径0.4 μｍ）
４重量部、実施例１で得られた非晶質カーボン0.9 重量
部、および、１−ブタノールおよびエタノールからなる
アルコール53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0.47mmのグリーン
シートを得た。 (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と接続するため
のスルーホール用の貫通孔を設けた。

【００５３】(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電性ペースト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電性ペースト
Ｂとした。次に、グリーンシートに、この導電性ペース
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電性
ペーストＢを充填した。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130 ℃、80 kg/cm２の圧力で一体化することに
より積層体を作製した。

【００５４】(4) 次に、この積層体を窒素ガス中で 600
℃で５時間脱脂し、1890℃、圧力150kg／cm２で３時間
ホットプレスし、厚さ３mmの窒化アルミニウム板状体を
得た。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0.2 mm、深さ0.2 mmであった。また、ガ
ード電極６７、グランド電極６８の厚さは１０μｍ、ガ
ード電極６７の形成位置は、ウエハ載置面から１mm、グ
ランド電極６８の形成位置は、ウエハ載置面から1.2 mm
であった。また、ガード電極６７およびグランド電極６
８の導体非形成領域の１辺の大きさは、0.5 mmであっ
た。

【００５５】(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６２（幅0.5 mm、深さ0.5 mm）を設けた。

【００５６】(6) さらに、ウエハ載置面に対向する面に
発熱体６５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4.5 μｍでリン片状のものであった。

【００５７】(7) 導電ペーストを印刷したのち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１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基板を浸漬して、銀の焼結体
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、基板
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2.4 mmであ
り、面積抵抗率が7.7 ｍΩ／□であった。

【００５８】(8) 溝６２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0.6 Ｐａ、温度100 ℃、電力20
0 Ｗ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0.3 μｍ、
モリブデン層は２μｍ、ニッケル層は１μｍであった。

【００５９】(9) 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、
上記(8) で得られたセラミック基板を浸漬し、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、電解ニッケルめっきで被覆されない。

【００６０】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50
ｇ／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。

【００６１】(10) 溝６２から裏面に抜ける空気吸引孔
６３をドリル加工により形成し、さらにスルーホール１
６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（Au：81.5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を形成した。

【００６２】(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102 を得た。このよ
うなウエハプローバは、200 ℃に昇温した時の温度差が
0.5 ℃であり、応答時間も0.8 sec であった。また、誤
判定もなかった。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかるセ
ラミック基板は、薄くかつ軽いので実用的である。ま
た、熱伝導性の良い窒化物セラミックまたは炭化物セラ
ミックの薄い板状体を使用することで、電圧、電流量の
変化に対する基板の応答性 (温度追従性) に優れてお
り、温度制御しやすい上に、昇降温特性に優れるという
効果がある。さらに、この基板をヒータとした場合に、
発熱体を偏芯させたことも相俟って、加熱面の温度分布
の均一性に優れている。一方、静電チャックやウエハプ
ローバとした場合には、吸着特性に優れたものが得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】発熱体のパターンを示す模式図である。

【図２】セラミックヒータの使用状態を示す一部の縦断
面図である。

【図３】セラミックヒータの製造工程を示す模式図であ
る。

【図４】端子接続部の構造を示す斜視図である。

【図５】静電チャックの縦断面図である。

【図６】ウエハプローバの縦断面図である。

【図７】静電チャックの内装電極パターンの模式図であ
る。

【符号の説明】

１セラミック基板２発熱体３端子ピン４接続パツド５開口６熱電対７貫通孔８半導体ウエハー支持ピン９半導体製品１１凹部１２支持体１００セラミックヒータ１０１静電チャック１０２ウエハプローバ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 3/20 ３９３Ｈ０５Ｂ 3/20 ３９３ 3/74 3/74 (72)発明者平松靖二岐阜県揖斐郡揖斐川町北方１−１イビデン株式会社内Ｆターム(参考） 3K034 AA02 AA04 AA08 AA10 AA12 AA15 AA16 AA19 AA34 AA37 BB06 BB14 BC04 BC17 BC29 CA02 CA14 CA17 CA22 CA27 DA04 HA01 HA10 JA01 JA10 3K092 PP20 QA05 QB02 QB03 QB18 QB20 QB26 QB31 QB43 QB74 QB75 QB76 QC02 QC20 QC25 QC31 QC38 QC43 RF03 RF11 RF17 RF27 TT16 UA05 4M106 AA01 BA01 BA20 CA31 DD01 DH02 DH15 DJ01 DJ32 5F031 CA02 HA02 HA03 HA18 HA33 HA37 MA26 MA30 MA32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック基板の内部に、断面アスペク
ト比 (導電体の幅／導電体の厚さ) が１０〜１００００
の扁平形状をなす板状の導電体を埋設してなる半導体製
造・検査装置用セラミック基板。
【請求項２】前記導電体の断面アスペクト比が、５０
〜５０００であることを特徴とする請求項１に記載のセ
ラミック基板。
【請求項３】前記導電体の形成位置を、セラミック基
板の厚み中心から厚さ方向に偏った位置に埋設すると共
に、埋設発熱体から遠い側の面を作業面として構成した
ことを特徴とする請求項１に記載のセラミック基板。