JP2003158051A - 半導体製造・検査装置用セラミック基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度制御特性が昇降温特性あるいは吸着特性
に優れると共に、外部端子との接続信頼性の高いセラミ
ック基板を得ること。 【解決手段】 セラミック基板の内部に、導電性セラミ
ックからなる板状の導電体を埋設すると共に、その導電
体の一面に接して外部端子接続用接続パッドを設け、か
つ該接続用パッドを高融点金属にて構成したセラミック
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 (セラミックヒータ) やサセプター、あるいは静電
チャックやウエハプローバーなど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】半導体製品に設けら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、スピンコ
ーターなどにより塗布されているため、塗布後に乾燥す
る必要がある。その乾燥処理は、該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
のなど用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
金属製基板からなる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。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。しかも、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
もあった。

【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もあった。

【０００５】これに対し従来、上述した問題点を克服す
る技術として、特開平９−３０６６４２号公報や、特開
平４−３２４２８６号公報に開示のような、ＡＬＮ基板
を使用したセラミックヒータが提案されている。しかし
ながら、これらの技術では、発熱体と外部端子との接続
には、タングステンが使われているが、使用中にそのタ
ングステンが炭化したり、酸化したりして、抵抗値が変
動するという問題があった。

【０００６】本発明は、ホットプレート等として用いら
れている従来の基板が抱えている上述した問題を克服す
ることのできる技術の開発を目指し、とくに、ヒータや
サセプタとした場合に温度制御特性と昇降温特性に優れ
ると共に、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を目的とする。本発明はまた、導電
体と外部端子との接続信頼性の高いセラミック基板を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を実現すべく
鋭意研究した結果、発明者らは、少なくとも前記導電体
についてはこれをセラミック基板の内部に埋設した状態
にすること、さらに、外部端子と電気的に接続するため
の接続パッドについてもこれを該基板内に収容した状態
におくことが有効であるとの知見を得て、下記要旨構成
にかかる本発明に想到した。即ち、セラミック基板の内
部に、導電性セラミックからなる板状の導電体を埋設す
ると共に、その導電体の一面に接して外部端子接続用接
続パッドを設け、かつ該接続用パッドを高融点金属にて
構成したことを特徴とする半導体製造・検査装置用セラ
ミック基板である。

【０００８】なお、本発明において、前記接続パッドと
外部端子とは、ろう材を介して基板内部にて接続されて
いることが好ましい。

【０００９】また、本発明においては、前記導電体が、
ヒータ用，サセプタ用の発熱体、静電チャック用，ウエ
ハプローバ用の電極であることが好ましい。

【００１０】

【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。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の部分が、たとえば
絶縁性の窒化物セラミック、炭化物セラミックまたは酸
化物セラミックからなり、そして、この基板には、断面
形状が扁平である板状の導電体、例えばヒータの場合に
あっては発熱体を、該セラミック基板の内部の、厚み中
心から基板厚さ方向に偏芯した位置に埋設し、しかも発
熱体からの距離が遠い側にある面を作業面、例えばヒー
タの場合にあっては加熱面としたものである。

【００１１】上記セラミックヒータは、セラミック基板
の内部に、導電性セラミックからなる導電体を埋設し、
その導電体の一面 (基板の加熱面とは反対側に位置する
面)に接して、外部端子との接続に用いる接続パッドを
基板内部に内装状態に設け、そしてこの接続パツドとし
て、タングステン (Ｗ) 、モリブデン (Mo) 、白金 (P
t) あるいはニッケル (Ni) の如き高融点金属を用いた
ことが特徴である。高融点金属とは、融点が1000℃以上
の金属をいう。

【００１２】本発明のヒータにおいて、上記発熱体とし
ては、導電性セラミックを使用し、これを基板内部に埋
設する。このように発熱体が基板内部に埋設された状態
であれば、炭化反応は進行せず、また酸化反応も起きに
くい。このため、発熱体の抵抗変動が殆どなくなるので
ある。しかも、本発明によれば、この発熱体と電気的に
接続すべき外部端子は、ＷやMo, Pt，Niなどの高融点金
属からなる接続パッドを介して接続するようにしたので
接続信頼性が高いものとなる。というのは、前記高融点
金属からなるろう材や半田は、導電性セラミック (発熱
体) よりも密着性が良好であり、外部端子と発熱体との
電気的接続に好適である。

【００１３】一方、セラミック基板としては、窒化物セ
ラミックまたは炭化物セラミックを使用することができ
る。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。そのため、ヒータ板
を薄くて(0.5〜５mm程度) 軽いものとすることができ
る。また、このようなセラミック基板は、熱伝導率も高
く、板厚も薄くすることができるため、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追従するよ
うになる。即ち、電圧、電流量を変えて発熱体の温度を
変化させる場合に、該セラミック基板の表面温度を迅速
に制御することができるようになる。前記窒化物セラミ
ックの例としては、金属窒化物セラミック、例えば、窒
化アルミニウム、窒化けい素、窒化ほう素、窒化チタン
などから選ばれるいずれか１種以上を用いることが望ま
しい。また、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いず
れか１種以上を用いることが望ましい。また、酸化物セ
ラミックとしては、マグネシア，アルミナ，ベリリア，
ジルコニア，コージエライト，ムライト，チタニアから
選ばれる１種以上を用いることが望ましい。これらのセ
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。

【００１４】なお、上記発熱体は、断面形状が扁平な板
状であることが望ましい。このような板状の発熱体をセ
ラミック基板 (ヒータ板) の内部に形成した場合、ウエ
ハ加熱面方向への熱伝搬を大きくすることができ、加熱
面の温度の均一性を向上させることができる。

【００１５】発明者らの研究では、こうした扁平形状の
具体的な寸法としては、断面アスペクト比 (発熱体の幅
／発熱体の厚さ) が１０〜１００００の範囲がよい。ア
スペクト比が１０未満の場合は、セラミック基板の側面
方向への熱の放射が相対的に大きくなり、発熱体模様と
同じ温度分布が発生する。一方、このアスペクト比が１
００００を越えても、発熱体中心の直上に熱が蓄積さ
れ、結果的に偏った温度分布が生じてしまう。すなわ
ち、上記の範囲を外れるアスペクト比をもつ発熱体につ
いては、温度の均一性を確保できない。

【００１６】前記アスペクト比は、１００〜３０００に
することが、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) が１５０℃以上を確保する上で好ま
しい。即ち、アスペクト比が１００未満では、発熱体が
クラックの起点となりやすく、３０００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。

【００１７】上述したように、発熱体をセラミック基板
の内部に埋設すると、セラミック基板を構成している窒
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
利点がある。このような発熱体の材料としては、導電性
セラミックス、すなわちＷやMoの炭化物などが高い抵抗
値を得ることができるので好ましい。なお、この発熱体
の厚みについては、断線等を防止する目的で上記アスペ
クト比を満足する範囲内で厚くすることができる。かか
る発熱体は、断面が方形、楕円、紡錘、蒲鉾形状のいず
れでもよく、扁平な板状のものであることが望ましい。
このことは、基板内部に発熱体を埋設する場合、加熱面
と発熱体との距離が短くなり、表面の温度均一性が阻害
されることが多いため、発熱体自体の幅を広げて扁平に
することが必要である。しかも、扁平の方が加熱面に向
かって放熱しやすいため、加熱面の温度分布ができにく
いからである。なお、発熱体の断面が扁平でも螺旋形状
は本発明に含まない。結局、真円形状と同じ熱伝搬効果
を示すことになるからである。

【００１８】本発明の好ましい実施形態では、この発熱
体は、セラミック基板の厚み中心からその厚さ方向に偏
った位置に埋設され、そしてその発熱体から遠い側にあ
る面を加熱面，即ち作業面として構成されることが望ま
しい。このような構成にすると、熱が伝搬中にセラミッ
ク基板の全般に拡散しやすく、加熱面に発熱体のパター
ンに類似した温度分布が発生するのを抑制する上で効果
があり、加熱面における温度分布を均一なものとするこ
とができる。

【００１９】上述したように、この発熱体２をセラミッ
ク基板１の内部に、厚み中心から厚さ方向に偏った位置
に埋設する場合、該基板の一方の面 (加熱面) から５０
％を越え、９９％までの位置に埋設することが望まし
い。その理由は、加熱面からの距離が５０％以下だと、
加熱面に近すぎて偏った温度分布が発生してしまい、逆
に、９９％を越えるとセラミック基板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。

【００２０】また、この発熱体２の埋設位置は、厚み方
向に複数段に分けて埋設してもよい。この場合は、各段
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、加熱面からみるとどこかにいずれかの段
のパターンが形成された状態が望ましい。例えば、互い
に千鳥模様の如き配置になっている構造である。なお、
この発熱体２は、セラミック基板１の内部に埋設する場
合において、その一部が表面に露出した状態に埋設する
場合も本発明に含まれる。

【００２１】前記発熱体２の望ましい構成を、図面にも
とづいて説明する。図１, 図２に示すように、発熱体２
は、セラミック基板１全体の温度を均一にする必要があ
ることから、同心円状のパターンにすることが好まし
い。また、この発熱体２は、上述したアスペクト比の許
容範囲内において、厚さが１〜５０μｍ、幅が５〜２０
ｍｍの扁平な板状にすることが好ましい。厚さ、幅を変
えることにより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な抵抗値が得られる。

【００２２】前記発熱体２は、主としてグリーンシート
の表面に、ＷやMoの炭化物を好適例とする導電性セラミ
ック (粒径０．１〜１００μｍ) 粒子を含む導電ペース
トを印刷し、塗布することにより形成される。その導電
ペーストには、導電性を確保するための導電性セラミッ
クの他、樹脂、溶剤、増粘剤などを含む。

【００２３】前記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でき
る。増粘剤としては、セルロースなどが挙げられる。

【００２４】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
する必要がなくなる。

【００２５】本発明では、セラミック基板１の内部に発
熱体２を埋設形成することから、外部端子と電気的に接
続するための接続パッド４を別に設けることが必要にな
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などの導電
性物質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。

【００２６】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−Ｎ
ｉ合金が望ましい。Ａｕ−Ｎｉ合金は、Ｗ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とすることが望ましい。
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。これら
の範囲は、発熱体２とピン３との接続を確保するに十分
な条件である。なお、Ａｕ−Ｃｕ合金は、１０−６〜１
０−５Ｐａの高真空中で５００〜１０００℃の高温で使
用すると劣化するが、Ａｕ−Ｎｉ合金については、この
ような劣化がなく、有利である。このＡｕ−Ｎｉ合金中
の不純物元素量は、全量を１００wt％とした場合に１wt
％未満であることが望ましい。

【００２７】本発明では、必要に応じてセラミック基板
１中に熱電対６を埋め込んでおくことができる。この熱
電対６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、基板加熱面の温
度を制御することができるからである。

【００２８】本発明に係るセラミック基板がセラミック
ヒータとして使用される場合は、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、この状態で発
熱体２に通電してウエハー９を加熱乾燥するケースであ
る。なお、この実施形態については、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。

【００２９】次に、上記セラミック基板をヒータとして
使用する場合の、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。上記バインダとして
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。上記溶媒としては、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。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は、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10を設けておくことができる。これ
らの貫通孔７や凹部10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。

【００３０】(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導電性セラミック
の如き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導電性セラミック粒子が含まれ
ており、このような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。このよう
なペーストとしては、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
１．５〜１０重量部混合して調整したペーストが最適で
ある。

【００３１】(3) 工程(2) で得られた発熱体２用の導電
ペーストを印刷したグリーンシートと、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。

【００３２】(4) 上記グリーンシートの所定の位置に接
続パツドを形成する工程：この工程では、発熱体２の埋
設位置に合わせて、グリーンシート積層材の反加熱面側
の表面から穿孔し、得られた開口内にタングステンペー
ストなどを充填することにより接続パツド４を形成す
る。

【００３３】(5) 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、発熱体および接続パツドを形成する工程：
この工程において、加熱の温度は、１０００〜２０００
℃で、加圧は１００〜２００kg／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。

【００３４】(6) 最後に、上記接続パッド４に、外部端
子接続用ピンを挿入するための開口５を前記接続パツド
内部に設ける。そして、この開口５内に、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
挿入して加熱し、リフロー処理する。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、例示のヒータについ
ては、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) を形成してもよい。

【００３５】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 (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に埋設する前
記導電体として、静電電極を埋設する場合には、静電チ
ャック101 として機能する。その導電体としての静電電
極に用いられる導電ペーストとしては、例えば、貴金属
（Au, Ag, Pt, Pd）、ＷやMoの炭化物を主とするものな
どが好ましい。また、基板セラミックとしては、例え
ば、ＷやMoの炭化物などの導電性セラミックが挙げられ
る。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を混合併
用してもよい。

【００３６】図５は、静電チャックとして用いられるセ
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。

【００３７】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電極を埋設してもよい。上述したよう
に、本発明にかかるセラミック基板が静電チャックとし
て用いられると、導電体すなわち板状電極の配置が工夫
されているため、ウエハー等の吸着特性が頗る良好であ
る。

【００３８】次に、本発明にかかる半導体製造・検査装
置用セラミック基板はまた、その表面に、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。

【００３９】図６は、ウエハプローバとして構成したセ
ラミック基板の一実施形態を模式的に示す断面図であ
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。

【００４０】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。

【００４１】また、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。

【００４２】

【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。 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ー3.0 重量部、アルミニウ
ム−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とした。 平均粒子径３μｍのタングステン粒子 100重量部、ア
クリル系バインダー 1.9重量部、アルミニウム−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とした。 (3) 発熱体形成用グリーンシート上に、上記導電性ペー
ストＡをスクリーン印刷法によって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。
次に、外部端子接続用ピンと接続するための接続パッド
４形成用の孔に、上記導電性ペーストＢを充填した (図
２) 。さらに、発熱体形成用グリーンシートに対し、発
熱体形成用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、上側 (加熱面) に37枚、下側に13枚を13
0℃、80kg／cm²の圧力で積層した。

【００４３】(4) 上記積層体を窒素ガス中で600 ℃で５
時間脱脂し、1890℃、圧力150 kg／cm ²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６μ
ｍ、幅10mmの発熱体を有するセラミック製の板状体とし
た (図３(a))。スルーホールの大きさは直径0.2 mm、深
さ0.2 mmであり、３個の集合円の直径は2.5 mmであっ
た。

【００４４】(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
ブラスト処理で表面に熱電対のための凹部を設けた（図
３(b))。 (6) さらに、上記接続パツド４部に設けた開口の外まわ
りに、等間隔に３個の切り欠きをドリルでえぐり取って
直径５mm、深さ0.5 mmの孔を形成し、この孔内にNi-Au
合金 (Au 81.5 、Ni 18.4 、不純物 0.1) からなる金ろ
うを充填し、970℃で加熱リフローしてコバール製の外
部端子接続用ピンを挿入し接続させるための導電性支持
部材を形成した（図３(c) ）。そして、外部端子接続用
ピンを前記導電性支持部材12にて、図４に示すように支
持する。 (7) 最後に、温度制御のための複数の熱電対を凹部に埋
め込み、ヒータ100 を得た（図３(d) ）。

【００４５】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。発熱体は、厚さ６μｍ、幅1.8 mm (アス
ペクト比 300) である。

【００４６】比較例１ 実施例１と同様であるが、発熱体に対し導電ペーストＢ
を使用した。

【００４７】比較例２ 実施例１と同様であるが、スルーホール中にも導電ペー
ストＡを充填使用した。

【００４８】表１は、実施例と比較例のヒータについ
て、発熱体面積抵抗率を昇温前と600℃に昇温して24時
間放置後について比較したものである。また、端子ピン
とソケットとの着脱試験を500 回繰返して端子ピンの剥
離を調べ、同表に示した。面積抵抗率の測定は、四端子
法によった。表に示すように、本発明の基板の優位性が
確かめられた。

【表１】

【００４９】実施例３ （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。

【００５０】(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。

【００５１】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。

【００５２】(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/cm２
（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５
５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。

【００５３】(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。

【００５４】(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、400 ℃に昇温し、さらにこれを２５℃に戻す試験
を100 回繰返した後、最初のチャック力と100 回試験後
のチャック力 (吸着力) の変化率を測定したところ、１
％以内と事実上変化がなかった。一方、導電性セラミッ
クではなく、タングステンなどを使用した例では、昇温
で抵抗値が変動し、チャック力が５％程度変化してしま
う。

【００５５】実施例４ （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。

【００５６】(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。

【００５７】(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。

【００５８】(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。

【００５９】(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。

【００６０】(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。

【００６１】(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。

【００６２】(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の被覆はない。

【００６３】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。

【００６４】(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。

【００６５】(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については、150 ℃に昇温して、こ
れを25℃に戻す試験を10回繰り返した後、誤った判定の
発生の有無を調べたところ、誤判定はなかった。これに
対し、導電性セラミックではなく、タングステンなどを
使用した比較例では、昇温によってガード電極やグラン
ド電極の抵抗値が変動し、誤判定が発生した。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる半
導体製造・検査装置用セラミック基板は、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板状体を使用すること
で、薄くなっているため、電圧、電流量の変化に対する
基板の応答性とくに温度追従性に優れており、温度制御
がしやすく、かつ昇降温特性に優れるという効果があ
る。さらに、基板がヒータである場合、該基板の加熱面
の温度分布の均一性にも優れており、一方、該基板を静
電チャックやウエハプローバとした場合、吸着力の変動
や誤判定の発生もなく、製造性，検査性も向上する。ま
た、本発明の基板は、埋設導電体と外部端子との接続信
頼性に優れる。

【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】導電性支持部材による外部端子接続用ピン支持
のもようを示す模式図である。

【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】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 外部端子接続用ピン ４ 接続パッド ５ 開口 ６ 熱電対 ７ 貫通孔 ８ 支持ピン ９ ウエハー １１ 凹部 １２ 導電性支持部材 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 3/10 Ｈ０５Ｂ 3/10 Ｃ 3/20 ３９３ 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 AA10 AA15 AA16 CA02 CA14 CA29 CA31 HA08 JA10 3K092 PP10 QA05 QB08 QB31 QB44 QB76 QC02 QC19 QC42 QC43 QC59 RF03 RF11 RF17 RF22 SS34 UA05 VV16 VV22 4M106 AA01 BA01 DD30 DH02 DJ01 5F031 CA02 HA02 HA03 HA18 HA33 HA37 MA26 MA30 MA32 5F045 BB02 DP02 EK09

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック基板の内部に、導電性セラミ
   ックからなる板状の導電体を埋設すると共に、その導電
   体の一面に接して外部端子接続用接続パッドを設け、か
   つ該接続用パッドを高融点金属にて構成したことを特徴
   とする半導体製造・検査装置用セラミック基板。
2. 【請求項２】 接続パッドと外部端子とがろう材を介し
   て基板内部において接続されることを特徴とする請求項
   １に記載のセラミック基板。
3. 【請求項３】 前記導電体がヒータ用、サセプタ用の発
   熱体、静電チャック、ウエハプロ―バ用電極であること
   を特徴とする請求項１または２に記載のセラミック基
   板。