JP2003243495A - Ceramic substrate - Google Patents

Ceramic substrate

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JP2003243495A
JP2003243495A JP2002316512A JP2002316512A JP2003243495A JP 2003243495 A JP2003243495 A JP 2003243495A JP 2002316512 A JP2002316512 A JP 2002316512A JP 2002316512 A JP2002316512 A JP 2002316512A JP 2003243495 A JP2003243495 A JP 2003243495A
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ceramic substrate
electrostatic
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JP2002316512A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuji Hiramatsu
靖二 平松
Yasutaka Ito
康隆 伊藤
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Ibiden Co Ltd
Original Assignee
Ibiden Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic substrate which is excellent in temperature rise characteristics, dielectric strength and Young's modulus at a high temperature, and is optimum for a substrate for a semiconductor manufacturing/ inspecting device. <P>SOLUTION: In a ceramic substrate which has a conductor on the surface or inside thereof, the amount of a leak through the ceramic substrate is at most 10<SP>-7</SP>Pam<SP>3</SP>/sec(He) by measurement by a helium leak detector. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、主に半導体産業に
おいて使用されるセラミック基板に関し、特には、耐電
圧が高く、静電チャックに使用した場合には半導体ウエ
ハの吸着能力に優れるとともに、ホットプレート(ヒー
タ)として使用した場合には昇温降温特性にも優れるセ
ラミック基板に関する。 【0002】 【従来の技術】半導体は種々の産業において必要とされ
る極めて重要な製品であり、半導体チップは、例えば、
シリコン単結晶を所定の厚さにスライスしてシリコンウ
エハを作製した後、このシリコンウエハに複数の集積回
路等を形成することにより製造される。 【0003】この半導体チップの製造工程においては、
静電チャック上に載置したシリコンウエハに、エッチン
グ、CVD等の種々の処理を施して、導体回路や素子等
を形成する。その際に、デポジション用ガス、エッチン
グ用ガス等として腐食性のガスを使用するため、これら
のガスによる腐食から静電電極層を保護する必要があ
り、また、吸着力を誘起する必要があるため、静電電極
層は、通常、セラミック誘電体膜等により被覆されてい
る。 【0004】このセラミック誘電体膜として、従来から
窒化物セラミックが使用されているが、例えば、特開平
5−8140号公報には、窒化アルミニウム等の窒化物
を使用した静電チャックが開示されている。また、特開
平9−48668号公報には、Al−O−N構造を持つ
カーボン含有窒化アルミニウムを開示している。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】ところが、これらのセ
ラミックを使用した静電チャックは、昇温降温特性が充
分ではなく、また、高温で耐電圧が低下したり、ヤング
率が低下して反りが発生したりするという問題を抱えて
いた。このような問題は、静電チャックに限らず、ホッ
トプレートやウエハプローバ等のセラミック基板の表面
または内部に導体が形成されている半導体製造・検査用
セラミック基板に見られることが判った。 【0006】 【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意研究した結果、このようなセラミ
ック基板の昇温降温特性や耐電圧およびヤング率低下等
の原因が、焼結性が不充分であるためであることを知見
し、その焼結の程度を、ヘリウムリークディテクタによ
る測定で10-7Pa・m3 /sec(He)以下のリー
ク量になるように調整することで、上記の問題を解決す
ることができることを新規に知見した。具体的には、窒
化物セラミックの原料粒子の表面を最初に酸化してお
き、次に酸化物を添加して加圧焼結を行うことにより、
ヘリウムリークディテクタによる測定で、そのリーク量
を10-7Pa・m3 /sec(He)以下と小さくする
ことができることを知見し、本発明を完成させたもので
ある。また、ヘリウムリークディテクタによる測定で、
そのリーク量が10-12 Pa・m3 /sec(He)以
下であると、緻密化が進行しすぎて破壊靱性値や高温で
の熱伝導率が逆に低下するという現象も併せて知見し
た。 【0007】すなわち本発明は、その表面または内部に
導電体が形成されてなるセラミック基板において、上記
セラミック基板は、ヘリウムリークディテクタによる測
定で10-7Pa・m3 /sec(He)以下のリーク量
であることを特徴とするセラミック基板である。 【0008】本発明のセラミック基板は、ヘリウムリー
クディテクタによる測定で、そのリーク量は、10-7
a・m3 /sec(He)以下である。この程度のリー
ク量であると、上記セラミック基板は充分に緻密に焼結
しており、上記セラミック基板の昇温降温特性や、高温
での耐電圧やヤング率に優れる。従って、上記セラミッ
ク基板に反りが発生することもない。 【0009】上記リーク量を測定する際には、直径30
mmで、面積706.5mm2 、厚さ1mmの、上記セ
ラミック基板と同様の試料を用意し、ヘリウムリークデ
ィテクタにセットする。そして、上記試料を通過してく
るヘリウムの流量を測定することにより、上記セラミッ
ク基板のリーク量を測定することができる。ヘリウムリ
ークディテクタは、リーク時のヘリウムの分圧を測定し
ており、ガス流量の絶対値を測定しているのではない。
既知のリーク時のヘリウム分圧を予め測定しておいて、
未知のリーク量をその時のヘリウム分圧から単純な比例
計算で算出する。ヘリウムリークディテクタの詳細な測
定原理は、「月刊Semiconductor Wor
ld 1992.11 p112〜115」に記載され
ている。すなわち、上記セラミック基板が充分に緻密に
焼結していると、上記リーク量はかなり小さな値を示
す。一方、上記セラミック基板の焼結性が不充分である
と、上記リーク量は大きな値を示す。 【0010】本発明においては、例えば、窒化物セラミ
ックの粒子の表面を最初に酸化しておき、次に、酸化物
を添加して加圧焼結を行うことにより、窒化物セラミッ
クの酸化層と添加した酸化物が一体化した焼結体が形成
され、このような焼結体が、ヘリウムリークディテクタ
による測定で10-7Pa・m3 /sec(He)以下と
極めて小さなリーク量となる。なお、リーク量は、ヘリ
ウムリークディテクタによる測定で1×10-12 〜1×
10-8Pa・m3 /sec(He)がよい。高温での熱
伝導率を確保することができるからである。 【0011】ところで、特開平9−48668号公報、
特開平9−48669号公報、特開平10−72260
号公報などには若干のALON結晶相が存在する窒化ア
ルミニウム焼結体が開示されているが、金属酸化物を添
加しているわけでもなく、また、還元窒化法で製造され
ており、表面の酸素など存在せず、焼結性が悪く比較例
にあるように10-6Pa・m3 /sec(He)のよう
な比較的大きなリーク量が発生する。特開平7−153
820号公報では、イットリアを添加しているが、予め
窒化アルミニウム原料粉末の表面を焼成しているわけで
はなく、これも比較例から明らかなように、焼結性が悪
く比較例にあるように10-6Pa・m3 /sec(H
e)のような比較的大きなリーク量が発生する。特開平
5−36819号公報では、窒化珪素とイットリア、ア
ルミナを使用した焼結体を用いた静電チャックを開示す
るが、原料中に酸素を導入することは記載、示唆ともな
く、これもまた、10-6Pa・m3 /sec(He)の
ような比較的大きなリーク量が発生する。さらに、特開
平10−279359号公報では、低温、常圧焼成であ
るため、やはりリーク量が多くなる。また、特開平10
−158002号公報は、半導体搭載用基板に用いるA
lN基板であり、本発明のような半導体製造・検査装置
に用いるものではない。また、特開平10−16785
9号公報では、イットリア量が0.2重量%と少なく、
焼結性が充分でないため、やはりリーク量が多くなる。
このように、従来の技術では、本発明のようなヘリウム
リーク量が1×10-7 Pa・m3 /sec(He)以
下に調整できるような焼結体を用いた半導体製造・検査
装置は実現していない。 【0012】また、添加する酸化物は窒化物セラミック
を構成する元素の酸化物であることが好ましい。窒化物
セラミックの表面酸化物層と同一であり、極めて焼結さ
せやすくなるからである。窒化物セラミックの表面を酸
化するためには、酸素または空気中で500〜1000
℃で0.5〜3時間加熱することが望ましい。 【0013】また、焼結を行う際に用いる窒化物セラミ
ック粉末の平均粒子径は、0.1〜5μm程度が好まし
い。焼結させやすいからである。さらに、Siの含有量
が0.05〜50ppm、Sの含有量が0.05〜80
ppm(いずれも重量)であることが望ましい。これら
は、窒化物セラミック表面の酸化膜と添加した酸化物を
結合させると考えられるからである。その他の焼成条件
については、後の静電チャックの製造方法において詳述
する。 【0014】上記方法を用いて焼成を行うことにより得
られるセラミック基板は、0.05〜10重量%の酸素
を含有していることが望ましい。0.05重量%未満で
は、焼結が進まず粒子境界で破壊が生じ、また熱伝導率
が低下し、一方、酸素量が10重量%を超えると、該酸
素が粒子境界に偏析して粒子境界で破壊が生じ、また熱
伝導率が低下して昇温降温特性が低下するからである。 【0015】本発明では、セラミック基板は、酸素を含
有する窒化物セラミックからなるとともに、最大気孔の
気孔径が50μm以下であることが望ましく、気孔率は
5%以下が望ましい。また、上記セラミック基板には、
気孔が全く存在しないか、気孔が存在する場合は、その
最大気孔の気孔径は、50μm以下であることが望まし
い。 【0016】気孔が存在しない場合は、高温での耐電圧
が特に高くなり、逆に気孔が存在する場合は、破壊靱性
値が高くなる。このためどちらの設計にするかは、要求
特性によって変わるのである。気孔の存在によって破壊
靱性値が高くなる理由は明確ではないが、クラックの進
展が気孔によって止められるからであると推定してい
る。 【0017】本発明で、最大の気孔径が50μm以下で
あることが望ましいのは、気孔径が50μmを超えると
高温、特に200℃以上での耐電圧特性を確保すること
が困難となるからである。最大気孔の気孔径は、10μ
m以下が望ましい。200℃以上での反り量が小さくな
るからである。 【0018】気孔率や最大気孔の気孔径は、焼結時の加
圧時間、圧力、温度、SiCやBNなどの添加物で調整
する。SiCやBNは焼結を阻害するため、気孔を導入
させることができる。 【0019】最大気孔の気孔径を測定する際には、試料
を5個用意し、その表面を鏡面研磨し、2000〜50
00倍の倍率で表面を電子顕微鏡で10箇所撮影する。
そして、撮影された写真で最大の気孔径を選び、50シ
ョットの平均を最大気孔の気孔径とする。 【0020】気孔率は、アルキメデス法により測定す
る。焼結体を粉砕して有機溶媒中あるいは水銀中に粉砕
物を入れて体積を測定し、粉砕物の重量と体積から真比
重を求め、真比重と見かけの比重とから気孔率を計算す
るのである。 【0021】本発明のセラミック基板の直径は200m
m以上が望ましい。特に12インチ(300mm)以上
であることが望ましい。次世代の半導体ウエハの主流と
なるからである。また、本発明が解決する反りの問題
は、直径が200mm以下のセラミック基板では発生し
にくいからである。 【0022】本発明のセラミック基板の厚さは、50m
m以下が望ましく、特に25mm以下が望ましい。セラ
ミック基板の厚さが25mmを超えると、セラミック基
板の熱容量が大きすぎる場合があり、特に、温度制御手
段を設けて加熱、冷却すると、熱容量の大きさに起因し
て温度追従性が低下してしまう場合があるからである。
また、本発明が解決する反りの問題は、厚さが25mm
を超えるような厚いセラミック基板では発生しにくいか
らである。セラミック基板の厚さは、特に5mm以下が
最適である。なお、厚みは、1mm以上が望ましい。ま
た、本発明のセラミック基板は150℃以上、望ましく
は200℃以上で使用される。 【0023】本発明のセラミック基板を構成するセラミ
ック材料は特に限定されないが、窒化物セラミックおよ
び炭化物セラミックが好ましい。上記窒化物セラミック
としては、金属窒化物セラミック、例えば、窒化アルミ
ニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等が挙げ
られる。また、上記炭化物セラミックとしては、例え
ば、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タン
グステン、炭化ジルコニウム等が挙げられる。また、上
記セラミック材料として酸化物セラミックを用いてもよ
く、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、コージュライ
ト、ムライト等が挙げられる。 【0024】これらの窒化物セラミックの中では、特に
窒化アルミニウムが好ましい。熱伝導率が180W/m
・Kと最も高いからである。 【0025】本発明においては、セラミック基板中に酸
化物を含有していることが望ましい。上記酸化物として
は、例えば、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸
化物、希土類酸化物を使用することができ、これらの焼
結助剤のなかでは、特にCaO、Y23 、Na2 O、
Li2 O、Rb2 Oが好ましい。また、アルミナ、シリ
カを使用してもよい。これらの含有量としては、0.5
〜20重量%が望ましい。0.5重量%未満では、リー
ク量を10-7Pa・m3 /sec(He)以下にできな
いことがある。添加する酸化物としては、窒化珪素の場
合はシリカが最適である。 【0026】本発明では、セラミック基板中に5〜50
00ppmのカーボンを含有していることが望ましい。
カーボンを含有させることにより、セラミック基板を黒
色化することができ、ヒータとして使用する際に輻射熱
を充分に利用することができるからである。カーボン
は、非晶質のものであっても、結晶質のものであっても
よい。非晶質のカーボンを使用した場合には、高温にお
ける体積抵抗率の低下を防止することができ、結晶質の
ものを使用した場合には、高温における熱伝導率の低下
を防止することができるからである。従って、用途によ
っては、結晶質のカーボンと非晶質のカーボンの両方を
併用してもよい。また、カーボンの含有量は、50〜2
000ppmがより好ましい。 【0027】セラミック基板にカーボンを含有させる場
合には、その明度がJIS Z 8721の規定に基づ
く値でN4以下となるようにカーボンを含有させること
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。 【0028】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。実際の明度の測定は、N0〜N1
0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。 【0029】 【発明の実施の形態】本発明のセラミック基板は、半導
体の製造や半導体の検査を行うための装置に用いられる
セラミック基板であり、具体的な装置としては、例え
ば、静電チャック、ウエハプローバ、ホットプレート
(セラミックヒータ)、サセプタ等が挙げられる。 【0030】上記セラミック基板の内部に形成された導
電体が抵抗発熱体である場合には、セラミックヒータ
(ホットプレート)として使用することができる。図1
は、本発明のセラミック基板の一実施形態であるセラミ
ックヒータの一例を模式的に示す平面図であり、図2
は、図1に示したセラミックヒータの一部を示す部分拡
大断面図である。 【0031】セラミック基板11は、円板形状に形成さ
れており、セラミック基板11の内部には、温度制御手
段としての抵抗発熱体12が同心円状のパターンに形成
されている。また、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、その回路の両端部に入出力の端子と
なる外部端子13がスルーホール19を介して接続され
ている。 【0032】また、図2に示すように、セラミック基板
11には貫通孔15が設けられ、この貫通孔15に支持
ピン26が挿通され、シリコンウエハ9が保持されてい
る。この支持ピン26を上下することにより、搬送機か
らシリコンウエハ9を受け取ったり、シリコンウエハ9
をセラミック基板11のウエハ処理面11a上に載置し
て加熱したり、シリコンウエハ9をウエハ処理面11a
から一定の間隔で離間させた状態で支持し、加熱したり
することができる。また、セラミック基板11の底面1
1bには、熱電対等の測温素子を挿入するための有底孔
14が設けられている。そして、抵抗発熱体12に通電
すると、セラミック基板11は加熱され、これによりシ
リコンウエハ等の被加熱物の加熱を行うことができる。 【0033】このホットプレートを構成するセラミック
基板11は、ヘリウムリークディテクタによる測定で、
そのリーク量は、10-7Pa・m3 /sec(He)以
下と小さいので、セラミック基板11は充分に緻密に焼
結している。従って、このセラミック基板11は、昇温
降温特性に優れ、高温で耐電圧やヤング率が低下するこ
とはなく、セラミック基板に反りが発生することもな
い。 【0034】抵抗発熱体は、セラミック基板の内部に設
けてもよく、セラミック基板の底面に設けてもよい。抵
抗発熱体を設ける場合は、セラミック基板を嵌め込む支
持容器に、冷却手段としてエアー等の冷媒の吹きつけ口
などを設けてもよい。抵抗発熱体をセラミック基板の内
部に設ける場合には、複数層設けてもよい。この場合
は、各層のパターンは相互に補完するように形成され
て、加熱面からみるとどこかの層にパターンが形成され
た状態が望ましい。例えば、互いに千鳥の配置になって
いる構造である。 【0035】抵抗発熱体としては、例えば、金属または
導電性セラミックの焼結体、金属箔、金属線等が挙げら
れる。金属焼結体としては、タングステン、モリブデン
から選ばれる少なくとも1種が好ましい。これらの金属
は比較的酸化しにくく、発熱するに充分な抵抗値を有す
るからである。 【0036】また、導電性セラミックとしては、タング
ステン、モリブデンの炭化物から選ばれる少なくとも1
種を使用することができる。さらに、セラミック基板の
底面に抵抗発熱体を形成する場合には、金属焼結体とし
ては、貴金属(金、銀、パラジウム、白金)、ニッケル
を使用することが望ましい。具体的には銀、銀−パラジ
ウムなどを使用することができる。上記金属焼結体に使
用される金属粒子は、球状、リン片状、もしくは球状と
リン片状の混合物を使用することができる。 【0037】セラミック基板表面に抵抗発熱体を形成す
る際には、金属中に金属酸化物を添加して焼結してもよ
い。上記金属酸化物を使用するのは、セラミック基板と
金属粒子を密着させるためである。上記金属酸化物によ
り、セラミック基板と金属粒子との密着性が改善される
理由は明確ではないが、金属粒子の表面はわずかに酸化
膜が形成されており、セラミック基板は、酸化物の場合
は勿論、非酸化物セラミックである場合にも、その表面
には酸化膜が形成されている。従って、この酸化膜が金
属酸化物を介してセラミック基板表面で焼結して一体化
し、金属粒子とセラミック基板とが密着するのではない
かと考えられる。 【0038】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 23 )、アル
ミナ、イットリア、チタニアから選ばれる少なくとも1
種が好ましい。これらの酸化物は、抵抗発熱体の抵抗値
を大きくすることなく、金属粒子とセラミック基板との
密着性を改善できるからである。 【0039】上記金属酸化物は、金属粒子100重量部
に対して0.1重量部以上10重量部未満であることが
望ましい。この範囲で金属酸化物を用いることにより、
抵抗値が大きくなりすぎず、金属粒子とセラミック基板
との密着性を改善することができるからである。 【0040】また、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホ
ウ素(B23 )、アルミナ、イットリア、チタニアの
割合は、金属酸化物の全量を100重量部とした場合
に、酸化鉛が1〜10重量部、シリカが1〜30重量
部、酸化ホウ素が5〜50重量部、酸化亜鉛が20〜7
0重量部、アルミナが1〜10重量部、イットリアが1
〜50重量部、チタニアが1〜50重量部が好ましい。
但し、これらの合計が100重量部を超えない範囲で調
整されることが望ましい。これらの範囲が特にセラミッ
ク基板との密着性を改善できる範囲だからである。 【0041】抵抗発熱体をセラミック基板の底面に設け
る場合は、抵抗発熱体25の表面は、金属層25aで被
覆されていることが望ましい(図5参照)。抵抗発熱体
25は、金属粒子の焼結体であり、露出していると酸化
しやすく、この酸化により抵抗値が変化してしまう。そ
こで、表面を金属層25aで被覆することにより、酸化
を防止することができるのである。 【0042】金属層25aの厚さは、0.1〜100μ
mが望ましい。抵抗発熱体の抵抗値を変化させることな
く、抵抗発熱体の酸化を防止することができる範囲だか
らである。被覆に使用される金属は、非酸化性の金属で
あればよい。具体的には、金、銀、パラジウム、白金、
ニッケルから選ばれる少なくとも1種以上が好ましい。
なかでもニッケルがさらに好ましい。抵抗発熱体には電
源と接続するための端子が必要であり、この端子は、半
田を介して抵抗発熱体に取り付けるが、ニッケルは半田
の熱拡散を防止するからである。接続端子しては、コバ
ール製の外部端子を使用することができる。 【0043】なお、抵抗発熱体をセラミック基板の内部
に形成する場合は、抵抗発熱体表面が酸化されることが
ないため、被覆は不要である。抵抗発熱体をヒータ板内
部に形成する場合、抵抗発熱体の表面の一部が露出して
いてもよい。 【0044】抵抗発熱体として金属箔や金属線を使用す
ることもできる。上記金属箔としては、ニッケル箔、ス
テンレス箔をエッチング等でパターン形成して抵抗発熱
体としたものが望ましい。パターン化した金属箔は、樹
脂フィルム等ではり合わせてもよい。金属線としては、
例えば、タングステン線、モリブデン線等が挙げられ
る。 【0045】上記セラミック基板の内部に形成された導
電体が静電電極層である場合には、上記セラミック基板
は、静電チャックとして使用することができる。この場
合、RF電極や発熱体が静電電極の下部であって、セラ
ミック基板内に導電体として形成されていてもよい。図
3は、本発明に係る静電チャックの一実施形態を模式的
に示した縦断面図であり、図4は、図3に示した静電チ
ャックにおけるA−A線断面図である。 【0046】この静電チャック101では、円板形状の
セラミック基板1の内部に、チャック正極静電層2とチ
ャック負極静電層3とからなる静電電極層が埋設されて
おり、この静電電極層の上に薄いセラミック層4(以
下、セラミック誘電体膜という)が形成されている。ま
た、静電チャック101上には、シリコンウエハ9が載
置され、接地されている。 【0047】図4に示したように、チャック正極静電層
2は、半円弧状部2aと櫛歯部2bとからなり、チャッ
ク負極静電層3も、同じく半円弧状部3aと櫛歯部3b
とからなり、これらのチャック正極静電層2とチャック
負極静電層3とは、櫛歯部2b、3bを交差するように
対向して配置されており、このチャック正極静電層2お
よびチャック負極静電層3には、それぞれ直流電源の+
側と−側とが接続され、直流電圧V2 が印加されるよう
になっている。 【0048】また、セラミック基板1の内部には、シリ
コンウエハ9の温度をコントロールするために、図1に
示したような平面視同心円形状の抵抗発熱体5が設けら
れており、抵抗発熱体5の両端には、外部端子が接続、
固定され、電圧V1 が印加されるようになっている。図
3、4には示していないが、このセラミック基板1に
は、図1、2に示したように、測温素子を挿入するため
の有底孔とシリコンウエハ9を支持して上下させる支持
ピン(図示せず)を挿通するための貫通孔が形成されて
いる。なお、抵抗発熱体は、セラミック基板の底面に形
成されていてもよい。 【0049】この静電チャック101を機能させる際に
は、チャック正極静電層2とチャック負極静電層3とに
直流電圧V2 を印加する。これにより、シリコンウエハ
9は、チャック正極静電層2とチャック負極静電層3と
の静電的な作用によりこれらの電極にセラミック誘電体
膜4を介して吸着され、固定されることとなる。このよ
うにしてシリコンウエハ9を静電チャック101上に固
定させた後、このシリコンウエハ9に、CVD等の種々
の処理を施す。 【0050】上記静電チャック101では、セラミック
誘電体膜4は、酸素を含有する窒化物セラミックからな
り、また、気孔率が5%以下であり、最大の気孔径が5
0μm以下であることが望ましい。また、このセラミッ
ク誘電体膜4中の気孔は、お互いに独立した気孔により
構成されていることが望ましい。この静電チャックを構
成するセラミック基板は、ヘリウムリークディテクタに
よる測定で、そのリーク量は、10-7Pa・m3 /se
c(He)以下と小さいので、セラミック基板は充分に
緻密に焼結している。従って、このセラミック基板は、
昇温降温特性に優れ、高温で耐電圧やヤング率が低下す
ることはなく、セラミック基板に反りが発生することも
ない。 【0051】温度制御手段としては、抵抗発熱体12の
ほかに、ペルチェ素子(図7参照)が挙げられる。温度
制御手段としてペルチェ素子を使用する場合は、電流の
流れる方向を変えることにより発熱、冷却両方行うこと
ができるため有利である。ペルチェ素子8は、図7に示
すように、p型、n型の熱電素子81を直列に接続し、
これをセラミック板82などに接合させることにより形
成される。ペルチェ素子としては、例えば、シリコン・
ゲルマニウム系、ビスマス・アンチモン系、鉛・テルル
系材料等が挙げられる。 【0052】本発明の静電チャックは、例えば、図3、
4に示したような構成を有するものである。セラミック
基板の材料等については、既に説明したが、以下におい
ては、その他の上記静電チャックを構成する各部材、お
よび、本発明の静電チャックの他の実施形態について、
順次、詳細に説明していく。 【0053】本発明の静電チャックで使用されるセラミ
ック誘電体膜は、窒化物セラミックからなることが好ま
しい。上記窒化物セラミックとしては、上記セラミック
基板と同様のものが挙げられる。上記窒化物セラミック
は、酸素を含有していることが望ましい。この場合、窒
化物セラミックは、焼結が進行しやすくなり、気孔を含
んでいる場合にも、この気孔は独立した気孔となり、耐
電圧が向上する。 【0054】上記窒化物セラミックに酸素を含有させる
ため、通常、窒化物セラミックの原料粉末中に金属酸化
物を混合して焼成を行う。上記金属酸化物としては、ア
ルミナ(Al23 )、酸化珪素(SiO2 )等が挙げ
られる。これらの金属酸化物の添加量は、窒化物セラミ
ック100重量部に対して、0.5〜10重量部が好ま
しい。 【0055】セラミック誘電体膜の厚さを、50〜50
00μmとすることで、チャック力を低下させずに充分
な耐電圧を確保することができる。上記セラミック誘電
体膜の厚さが50μm未満であると、膜厚が薄すぎるた
めに充分な耐電圧が得られず、シリコンウエハを載置
し、吸着した際にセラミック誘電体膜が絶縁破壊する場
合があり、一方、上記セラミック誘電体膜の厚さが50
00μmを超えると、シリコンウエハと静電電極との距
離が遠くなるため、シリコンウエハを吸着する能力が低
くなってしまう。セラミック誘電体膜の厚さは、100
〜1500μmが好ましい。 【0056】上記セラミック誘電体膜の気孔率は、5%
以下、最大気孔の気孔径は、50μm以下が好ましい。
また、上記気孔率が5%を超えると、気孔数が増え、ま
た、気孔径が大きくなりすぎ、その結果、気孔同士が連
通しやすくなる。このような構造のセラミック誘電体膜
では、耐電圧が低下してしまう。さらに、最大気孔の気
孔径が50μmを超えると、酸化物が粒子境界に存在し
ていても、高温での耐電圧を確保できない。気孔率は、
0.01〜3%が好ましく、最大気孔の気孔径は、0.
1〜10μmが好ましい。このような構成のセラミック
誘電体膜では、ヘリウムリークディテクタによる測定
で、そのリーク量は、10-7Pa・m3 /sec(H
e)以下と小さい。従って、セラミック誘電体膜は充分
に緻密に焼結しており、腐食性のガス等がセラミック誘
電体膜を透過して静電電極を腐食させたりすることはな
い。 【0057】上記セラミック誘電体膜中には、カーボン
が50〜5000ppm含有されていることが望まし
い。静電チャック中に設けられた電極パターンを隠蔽す
ることができ、かつ、高輻射熱が得られるからである。
また、体積抵抗率が低い方が、低温域においては、シリ
コンウエハの吸着能力が高くなる。 【0058】なお、本発明で、セラミック誘電体膜中に
ある程度の気孔が存在してもよいとしているのは、破壊
靱性値を高くすることができるからであり、これにより
熱衝撃性を改善することができる。 【0059】上記静電電極としては、例えば、金属また
は導電性セラミックの焼結体、金属箔等が挙げられる。
金属焼結体としては、タングステン、モリブデンから選
ばれる少なくとも1種からなるものが好ましい。金属箔
も、金属焼結体と同じ材質からなることが望ましい。こ
れらの金属は比較的酸化しにくく、電極として充分な導
電性を有するからである。また、導電性セラミックとし
ては、タングステン、モリブデンの炭化物から選ばれる
少なくとも1種を使用することができる。 【0060】図9および図10は、他の静電チャックに
おける静電電極を模式的に示した水平断面図であり、図
9に示す静電チャック20では、セラミック基板1の内
部に半円形状のチャック正極静電層22とチャック負極
静電層23が形成されており、図10に示す静電チャッ
クでは、セラミック基板1の内部に円を4分割した形状
のチャック正極静電層32a、32bとチャック負極静
電層33a、33bが形成されている。また、2枚の正
極静電層22a、22bおよび2枚のチャック負極静電
層33a、33bは、それぞれ交差するように形成され
ている。なお、円形等の電極が分割された形態の電極を
形成する場合、その分割数は特に限定されず、5分割以
上であってもよく、その形状も扇形に限定されない。 【0061】本発明における静電チャックとしては、例
えば、図3に示すように、セラミック基板1とセラミッ
ク誘電体膜4との間にチャック正極静電層2とチャック
負極静電層3とが設けられ、セラミック基板1の内部に
は抵抗発熱体5が設けられた構成の静電チャック10
1、図5に示すように、セラミック基板1とセラミック
誘電体膜4との間にチャック正極静電層2とチャック負
極静電層3とが設けられ、セラミック基板1の底面に抵
抗発熱体25が設けられた構成の静電チャック201、
図6に示すように、セラミック基板1とセラミック誘電
体膜4との間にチャック正極静電層2とチャック負極静
電層3とが設けられ、セラミック基板1の内部に抵抗発
熱体である金属線7が埋設された構成の静電チャック3
01、図7に示すように、セラミック基板1とセラミッ
ク誘電体膜4との間にチャック正極静電層2とチャック
負極静電層3とが設けられ、セラミック基板1の底面に
熱電素子81とセラミック板82からなるペルチェ素子
8が形成された構成の静電チャック401等が挙げられ
る。 【0062】本発明では、図3〜7に示したように、セ
ラミック基板1とセラミック誘電体膜4との間にチャッ
ク正極静電層2とチャック負極静電層3とが設けられ、
セラミック基板1の内部に抵抗発熱体5や金属線7が形
成されているため、これらと外部端子とを接続するため
の接続部(スルーホール)16、17が必要となる。ス
ルーホール16、17は、タングステンペースト、モリ
ブデンペーストなどの高融点金属、タングステンカーバ
イド、モリブデンカーバイドなどの導電性セラミックを
充填することにより形成される。 【0063】また、接続部(スルーホール)16、17
の直径は、0.1〜10mmが望ましい。断線を防止し
つつ、クラックや歪みを防止できるからである。このス
ルーホールを接続パッドとして外部端子6、18を接続
する(図8(d)参照)。 【0064】接続は、半田、ろう材により行う。ろう材
としては銀ろう、パラジウムろう、アルミニウムろう、
金ろうを使用する。金ろうとしては、Au−Ni合金が
望ましい。Au−Ni合金は、タングステンとの密着性
に優れるからである。 【0065】Au/Niの比率は、〔81.5〜82.
5(重量%)〕/〔18.5〜17.5(重量%)〕が
望ましい。Au−Ni層の厚さは、0.1〜50μmが
望ましい。接続を確保するに充分な範囲だからである。
また、10-6〜10-5Paの高真空で500〜1000
℃の高温で使用するとAu−Cu合金では劣化するが、
Au−Ni合金ではこのような劣化がなく有利である。
また、Au−Ni合金中の不純物元素量は全量を100
重量部とした場合に1重量部未満であることが望まし
い。 【0066】本発明では、必要に応じて、セラミック基
板の有底孔に熱電対を埋め込んでおくことができる。熱
電対により抵抗発熱体の温度を測定し、そのデータをも
とに電圧、電流量を変えて、温度を制御することができ
るからである。熱電対の金属線の接合部位の大きさは、
各金属線の素線径と同一か、もしくは、それよりも大き
く、かつ、0.5mm以下がよい。このような構成によ
って、接合部分の熱容量が小さくなり、温度が正確に、
また、迅速に電流値に変換されるのである。このため、
温度制御性が向上してウエハの加熱面の温度分布が小さ
くなるのである。上記熱電対としては、例えば、JIS
−C−1602(1980)に挙げられるように、K
型、R型、B型、S型、E型、J型、T型熱電対が挙げ
られる。 【0067】図11は、以上のような構成の本発明の静
電チャックを嵌め込むための支持容器41を模式的に示
した断面図である。支持容器41には、静電チャック1
01が断熱材45を介して嵌め込まれるようになってい
る。また、この支持容器11には、冷媒吹き出し口42
が形成されており、冷媒注入口44から冷媒が吹き込ま
れ、冷媒吹き出し口42を通って吸引口43から外部に
出ていくようになっており、この冷媒の作用により、静
電チャック101を冷却することができるようになって
いる。 【0068】次に、本発明のセラミック基板を一例であ
る静電チャックの製造方法の一例を図8(a)〜(d)
に示した断面図に基づき説明する。 (1)まず、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および溶剤と混合してグ
リーンシート50を得る。前述したセラミック粉体とし
ては、例えば、酸化性雰囲気で焼成することにより得ら
れた酸素を含有する窒化アルミニウム粉末などを使用す
ることができる。また、必要に応じて、アルミナやイオ
ウなどの焼結助剤を加えてもよい。 【0069】なお、後述する静電電極層印刷体51が形
成されたグリーンシートの上に積層する数枚または1枚
のグリーンシート50′は、セラミック誘電体膜4とな
る層であるので、必要により、セラミック基板とは別の
組成としてもよい。通常、セラミック誘電体膜4の原料
とセラミック基板1の原料とは、同じものを使用するこ
とが望ましい。これらは、一体として焼結することが多
いため、焼成条件が同じになるからである。ただし、材
料が異なる場合には、まず先にセラミック基板を製造し
ておき、その上に静電電極層を形成し、さらにその上に
セラミック誘電体膜を形成することもできる。 【0070】また、バインダとしては、アクリル系バイ
ンダ、エチルセルロース、ブチルセロソルブ、ポリビニ
ルアルコールから選ばれる少なくとも1種が望ましい。
さらに、溶媒としては、α−テルピネオール、グリコー
ルから選ばれる少なくとも1種が望ましい。これらを混
合して得られるペーストをドクターブレード法でシート
状に成形してグリーンシート50を作製する。 【0071】グリーンシート50に、必要に応じ、シリ
コンウエハの支持ピンを挿入する貫通孔、熱電対を埋め
込む凹部、スルーホールを形成する部分等に貫通孔を設
けておくことができる。貫通孔は、パンチングなどによ
り形成することができる。グリーンシート50の厚さ
は、0.1〜5mm程度が好ましい。 【0072】次に、グリーンシート50の貫通孔に導体
ペーストを充填し、スルーホール印刷体53、54を
得、次に、グリーンシート50上に静電電極層や抵抗発
熱体となる導体ペーストを印刷する。印刷は、グリーン
シート50の収縮率を考慮して所望のアスペクト比が得
られるように行い、これにより静電電極層印刷体51、
抵抗発熱体層印刷体52を得る。印刷体は、導電性セラ
ミック、金属粒子などを含む導電性ペーストを印刷する
ことにより形成する。 【0073】これらの導電性ペースト中に含まれる導電
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。また、金属粒子としては、例
えば、タングステン、モリブデン、白金、ニッケルなど
を使用することができる。 【0074】導電性セラミック粒子、金属粒子の平均粒
子径は0.1〜5μmが好ましい。これらの粒子は、大
きすぎても小さすぎても導体用ペーストを印刷しにくい
からである。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、ブチルセロソルブおよびポリビ
ニルアルコールから選ばれる少なくとも1種のバインダ
1.5〜10重量部、α−テルピネオール、グリコー
ル、エチルアルコールおよびブタノールから選ばれる少
なくとも1種の溶媒を1.5〜10重量部混合して調製
した導体用ぺーストが最適である。 【0075】次に、図8(a)に示すように、印刷体5
1、52、53、54を有するグリーンシート50と、
印刷体を有さないグリーンシート50′とを積層する。
抵抗発熱体形成側に印刷体を有さないグリーンシート5
0′を積層するのは、スルーホールの端面が露出して、
抵抗発熱体形成の焼成の際に酸化してしまうことを防止
するためである。もしスルーホールの端面が露出したま
ま、抵抗発熱体形成の焼成を行うのであれば、ニッケル
などの酸化しにくい金属をスパッタリングする必要があ
り、さらに好ましくは、Au−Niの金ろうで被覆して
もよい。 【0076】(2)次に、図8(b)に示すように、積
層体の加熱および加圧を行い、グリーンシートおよび導
電ペーストを焼結させる。加熱温度は、1700〜20
00℃、加圧は100〜200kgf/cm2 が好まし
く、これらの加熱および加圧は、不活性ガス雰囲気下で
行う。不活性ガスとしては、アルゴン、窒素などを使用
することができる。この工程で、スルーホール16、1
7、チャック正極静電層2、チャック負極静電層3、抵
抗発熱体5等が形成される。 【0077】(3)次に、図8(c)に示すように、外
部端子接続のための袋孔35、36を設ける。袋孔3
5、36の内壁は、その少なくともその一部が導電化さ
れ、導電化された内壁は、チャック正極静電層2、チャ
ック負極静電層3、抵抗発熱体5等と接続されているこ
とが望ましい。 【0078】(7)最後に、図8(d)に示すように、
袋孔35、36に金ろうを介して外部端子6、18を設
ける。さらに、必要に応じて、有底孔を設け、その内部
に熱電対を埋め込むことができる。半田は銀−鉛、鉛−
スズ、ビスマス−スズなどの合金を使用することができ
る。なお、半田層の厚さは、0.1〜50μmが望まし
い。半田による接続を確保するに充分な範囲だからであ
る。 【0079】なお、上記説明では静電チャック101
(図3参照)を例にしたが、静電チャック201(図5
参照)を製造する場合は、静電電極層を有するセラミッ
ク板を製造した後、このセラミック板の底面に導体ペー
ストを印刷、焼成し、抵抗発熱体25を形成し、この
後、無電解めっき等により金属層25aを形成すればよ
い。また、静電チャック301(図6参照)を製造する
場合は、セラミック粉末中に金属箔、金属線を静電電極
や抵抗発熱体にして埋め込み、焼結すればよい。さら
に、静電チャック401(図7参照)を製造する場合
は、静電電極層を有するセラミック板を製造した後、こ
のセラミック板に溶射金属層を介してペルチェ素子を接
合すればよい。 【0080】本発明のセラミック基板の表面および内部
に導電体が配設され、表面の導体層がチャックトップ導
体層であり、内部の導電体がガード電極またはグランド
電極のいずれか少なくとも一方である場合には、上記セ
ラミック基板は、ウエハプローバとして機能する。 【0081】図12は、本発明のウエハプローバの一実
施形態を模式的に示した断面図であり、図13は、図1
2に示したウエハプローバにおけるA−A線断面図であ
る。このウエハプローバ501では、円板形状のセラミ
ック基板63の表面に平面視同心円形状の溝67が形成
されるとともに、溝67の一部にシリコンウエハを吸引
するための複数の吸引孔68が設けられており、溝67
を含むセラミック基板63の大部分にシリコンウエハの
電極と接続するためのチャックトップ導体層62が円形
状に形成されている。 【0082】一方、セラミック基板63の底面には、シ
リコンウエハの温度をコントロールするために、図1に
示したような平面視同心円形状の発熱体61が設けられ
ており、発熱体61の両端には、外部端子(図示せず)
が接続、固定されている。また、セラミック基板63の
内部には、ストレイキャパシタやノイズを除去するため
に平面視格子形状のガード電極65とグランド電極66
(図13参照)とが設けられている。ガード電極65と
グランド電極66の材質は、静電電極と同様のものでよ
い。 【0083】上記チャックトップ導体層62の厚さは、
1〜20μmが望ましい。1μm未満では抵抗値が高く
なりすぎて電極として働かず、一方、20μmを超える
と導体の持つ応力によって剥離しやすくなってしまうか
らである。 【0084】チャックトップ導体層62としては、例え
ば、銅、チタン、クロム、ニッケル、貴金属(金、銀、
白金等)、タングステン、モリブデンなどの高融点金属
から選ばれる少なくとも1種の金属を使用することがで
きる。 【0085】このような構成のウエハプローバでは、そ
の上に集積回路が形成されたシリコンウエハを載置した
後、このシリコンウエハにテスタピンを持つプローブカ
ードを押しつけ、加熱、冷却しながら電圧を印加して導
通テストを行うことができる。また、このようなウエハ
プローバを構成するセラミック基板は、ヘリウムリーク
ディテクタによる測定で、そのリーク量は、10-7Pa
・m3 /sec(He)以下であり、このセラミック基
板は充分に緻密に焼結しており、このウエハプローバは
昇温降温特性に優れ、高温で耐電圧やヤング率が低下す
ることはなく、ウエハプローバに反りが発生することも
ない。なお、ウエハプローバを製造する場合には、例え
ば、静電チャックの場合と同様に、初めに抵抗発熱体が
埋設されたセラミック基板を製造し、その後、セラミッ
ク基板の表面に溝を形成し、続いて、溝が形成された表
面部分にスパッタリングおよびめっき等を施して、金属
層を形成すればよい。 【0086】 【実施例】以下、本発明をさらに詳細に説明する。 (実施例1〜7)静電チャック101(図3参照)の製
造 (1)空気中で500℃で1時間焼成した窒化アルミニ
ウム粉末(トクヤマ社製、平均粒径0.6μm)100
0重量部、イットリア(平均粒径:0.4μm)40重
量部、アクリルバインダ115重量部、分散剤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530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。 【0087】(2)次に、このグリーンシートを80℃
で5時間乾燥させた後、パンチングにより直径1.8m
m、3.0mm、5.0mmの半導体ウエハ支持ピンを
挿入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。 【0088】(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。この導電性ペースト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4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。 【0089】さらに、外部端子を接続するためのスルー
ホール用の貫通孔に導体ペーストBを充填した。上記処
理の終わったグリーンシート50に、さらに、タングス
テンペーストを印刷しないグリーンシート50′を上側
(加熱面)に34枚、下側に13枚積層し、その上に静
電電極パターンからなる導体ペースト層を印刷したグリ
ーンシート50を積層し、さらにその上にタングステン
ペーストを印刷していないグリーンシート50′を2枚
積層し、これらを130℃、80kgf/cm2 の圧力
で圧着して積層体を形成した(図8(a))。 【0090】(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℃、表1に示す
ような、圧力0〜200kgf/cm2 で3時間ホット
プレスし、厚さ3mmの窒化アルミニウム板状体を得
た。これを230mmの円板状に切り出し、内部に厚さ
6μm、幅10mmの抵抗発熱体5および厚さ10μm
のチャック正極静電層2、チャック負極静電層3を有す
る窒化アルミニウム製の板状体とした(図8(b))。 【0091】(5)次に、(4)で得られた板状体を、
ダイヤモンド砥石で研磨した後、マスクを載置し、Si
C等によるブラスト処理で表面に熱電対のための有底孔
(直径:1.2mm、深さ:2.0mm)を設けた。 【0092】(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35、36とし(図8
(c))、この袋孔35、36にNi−Auからなる金
ろうを用い、700℃で加熱リフローしてコバール製の
外部端子6、18を接続させた(図8(d))。なお、
外部端子の接続は、タングステンの支持体が3点で支持
する構造が望ましい。接続信頼性を確保することができ
るからである。 【0093】(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5を有する静電チャ
ック101の製造を完了した。このようにして製造した
抵抗発熱体5を有する静電チャック101のセラミック
基板(セラミック誘電体膜)の耐電圧、熱伝導率、反り
量、酸素含有量、リーク量、破壊靱性値を下記の方法に
より測定した。その結果を下記の表1に示した。 【0094】(8)次に、この静電チャック101を図
11の断面形状を有するステンレス製の支持容器41に
セラミックファイバー(イビデン社製 商品名 イビウ
ール)からなる断熱材45を介して嵌め込んだ。この支
持容器41は冷却ガスの冷媒吹き出し口42を有し、静
電チャック101の温度調整を行うことができる。この
支持容器41に嵌め込まれた静電チャック101の抵抗
発熱体5に通電を行って、温度を上げ、また、支持容器
に冷媒を流して静電チャック101の温度を制御した
が、極めて良好に温度を制御することができた。 【0095】(実施例8)静電チャック201(図5参
照)の製造 (1)空気中で500℃で1時間焼成した窒化アルミニ
ウム粉末(トクヤマ社製、平均粒径0.6μm)100
0重量部、イットリア(平均粒径:0.4μm)40重
量部、アクリルバインダ115重量部、分散剤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530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。 【0096】(2)次に、このグリーンシートを80℃
で5時間乾燥させた後、パンチングにより直径1.8m
m、3.0mm、5.0mmの半導体ウエハ支持ピンを
挿入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。 【0097】(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。この導電性ペーストA
をグリーンシートにスクリーン印刷で印刷し、図10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。 【0098】さらに、外部端子を接続するためのスルー
ホール用の貫通孔に導体ペーストBを充填した。上記処
理の終わったグリーンシート50に、さらに、タングス
テンペーストを印刷しないグリーンシート50′を上側
(加熱面)に1枚、下側に48枚積層し、これらを13
0℃、80kgf/cm2 の圧力で圧着して積層体を形
成した。 【0099】(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200
kgf/cm2 で3時間ホットプレスし、厚さ3mmの
窒化アルミニウム板状体を得た。これを230mmの円
板状に切り出し、内部に厚さ15μmのチャック正極静
電層2およびチャック負極静電層3を有する窒化アルミ
ニウム製の板状体とした。 【0100】(5)上記(4)で得た板状体の底面にマ
スクを載置し、SiC等によるブラスト処理で表面に熱
電対のための凹部(図示せず)等を設けた。 【0101】(6)次に、ウエハ載置面に対向する面
(底面)に抵抗発熱体25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4.5μmでリン片状のものであった。 【0102】(7)導電ペーストを印刷した板状体を7
80℃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板状体を浸漬
して、銀の焼結体15の表面に厚さ1μm、ホウ素の含
有量が1重量%以下のニッケル層25aを析出させた。
この後、板状体に、120℃で3時間アニーリング処理
を施した。銀の焼結体からなる抵抗発熱体は、厚さが5
μm、幅2.4mmであり、面積抵抗率が7.7mΩ/
□であった。 【0103】(8)次に、セラミック基板にスルーホー
ル16を露出させるための袋孔を設けた。この袋孔にN
i−Au合金(Au81.5重量%、Ni18.4重量
%、不純物0.1重量%)からなる金ろうを用い、97
0℃で加熱リフローしてコバール製の外部端子ピンを接
続させた。また、抵抗発熱体に半田(スズ9/鉛1)を
介してコバール製の外部端子ピンを形成した。 【0104】(9)次に、温度制御のための複数熱電対
を凹部に埋め込み、静電チャック201を得た。このよ
うにして製造した抵抗発熱体5を有する静電チャック2
01のセラミック基板(セラミック誘電体膜)の耐電
圧、熱伝導率、反り量、酸素含有量、リーク量、破壊靱
性値を下記の方法により測定した。その結果を下記の表
1に示した。 【0105】(10)次に、この静電チャック201を
図11の断面形状を有するステンレス製の支持容器41
にセラミックファイバー(イビデン社製 商品名 イビ
ウール)からなる断熱材45を介して嵌め込んだ。この
支持容器41は冷却ガスの冷媒吹き出し口42を有し、
静電チャック201の温度調整を行うことができる。こ
の支持容器41に嵌め込まれた静電チャック201の抵
抗発熱体15に通電を行って、温度を上げ、また、支持
容器に冷媒を流して静電チャック201の温度を制御し
たが、極めて良好に温度を制御することができた。 【0106】(実施例9) 静電チャック301(図
6)の製造 (1)厚さ10μmのタングステン箔を打抜き加工する
ことにより図9に示した形状の電極2枚を形成した。こ
の電極2枚とタングステン線を空気中500℃で焼成し
た窒化アルミニウム粉末(トクヤマ社製、平均粒径1.
1μm)1000重量部、イットリア(平均粒径:0.
4μm)40重量部、アクリルバインダ115重量部と
ともに、成形型中に入れて窒素ガス中で1890℃、圧
力200kgf/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2
30mmの円板状に切り出して窒化アルミニウム製の板
状体とした。このとき、静電電極層の厚さは、10μm
であった。 【0107】(2)この板状体に対し、実施例1の
(5)〜(7)の工程を実施し、静電チャック301を
得た。このようにして製造した抵抗発熱体5を有する静
電チャック301のセラミック基板(セラミック誘電体
膜)の耐電圧、熱伝導率、反り量、酸素含有量、リーク
量、破壊靱性値を下記の方法により測定した。その結果
を下記の表1に示した。 【0108】(実施例10) 静電チャック401(図
7)の製造 実施例8の(1)〜(5)の工程を実施した後、さらに
底面にニッケルを溶射し、この後、鉛・テルル系のペル
チェ素子を接合させることにより、静電チャック401
を得た。このようにして製造した抵抗発熱体5を有する
静電チャック401のセラミック基板(セラミック誘電
体膜)の耐電圧、熱伝導率、反り量、酸素含有量、リー
ク量、破壊靱性値を下記の方法により測定した。その結
果を下記の表1に示した。このようにして製造した静電
チャック401は、降温特性に優れ、ペルチェ素子で冷
却したところ450℃から100℃まで3分で降温し
た。 【0109】(比較例1) 静電チャックの製造 窒化アルミニウム粉末(トクヤマ社製、平均粒径1.1
μm)1000重量部、イットリア(平均粒径:0.4
μm)40重量部、アクリルバインダ115重量部、分
散剤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530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ほかは、実施例1と同
様にして、静電チャックを製造した。このようにして製
造した抵抗発熱体を有する静電チャックのセラミック基
板(セラミック誘電体膜)の耐電圧、熱伝導率、反り
量、酸素含有量、リーク量、破壊靱性値を下記の方法に
より測定した。その結果を下記の表1に示した。 【0110】(比較例2) 静電チャックの製造 窒化アルミニウム粉末(トクヤマ社製、平均粒径1.1
μm)1000重量部、アクリルバインダ115重量
部、分散剤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530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ほかは、実施例1
と同様にして、静電チャックを製造した。このようにし
て製造した抵抗発熱体を有する静電チャックのセラミッ
ク基板(セラミック誘電体膜)の耐電圧、熱伝導率、反
り量、酸素含有量、リーク量、破壊靱性値を下記の方法
により測定した。その結果を下記の表1に示した。 【0111】評価方法 (1)セラミック基板(セラミック誘電体膜)の耐電圧
の評価 実施例1〜10、比較例1〜2で製造した静電チャック
について、静電チャック上に金属電極を載置し、静電電
極層と電極との間に、電圧を印加し、絶縁破壊する電圧
を測定した。 【0112】(2)熱伝導率 a.使用機器 リーガクレーザーフラッシュ法熱定数測定装置 LF/TCM−FA8510B b.試験条件. 温度・・・25℃、450℃ 雰囲気・・・真空 c.測定方法 ・比熱測定における温度検出は、試料裏面に銀ペースト
で接着した熱電対(プラチネル)により行った。 ・常温比熱測定はさらに試料上面に受光板(グラッシー
カーボン)をシリコングリースを介して接着した状態で
行い、試料の比熱(Cp)は、下記の計算式(1)によ
り求めた。 【0113】 【数1】 【0114】上記計算式(1)において、Δは、入力
エネルギー、ΔTは、試料の温度上昇の飽和値、Cp
G.C は、グラッシーカーボンの比熱、WG.C は、グラッ
シーカーボンの重量、CpS.G は、シリコングリースの
比熱、WS.G は、シリコングリースの重量、Wは、試料
の重量である。 【0115】(3)反り量 450℃まで昇温して150kgcm2 の荷重をかけた
後、25℃まで冷却し、形状測定器(京セラ社製 ナノ
ウエイ)を用いて、反り量を測定した。 (4)酸素含有量 実施例、比較例にかかる焼結体と同条件で焼結させた試
料をタングステン乳鉢で粉砕し、これの0.01gを採
取して試料加熱温度2200℃、加熱時間30秒1条件
で酸素・窒化同時分析装置(LECO社製 TC−13
6型)で測定した。 【0116】(5)リーク量 実施例、比較例にかかる焼結体と同条件で焼結させた試
料(面積706.5mm 2 、厚さ1mm)を用い、汎用
型ヘリウムリークディテクタ(島津製作所社製「MSE
−11AU/TP型」)を使用してヘリウムのリーク量
を測定した。 【0117】(6)破壊靱性値 ビッカーズ硬度計(明石製作所社製 MVK−D型)に
より、圧子を表面に圧入し、発生したクラックの長さを
測定し、これを以下の計算式(2)を用いて計算した。 【0118】 破壊靱性値=0.026×E1/2 ×0.5×P1/2 ×a×C-3/2・・・(2) 【0119】上記計算式(2)において、Eは、ヤング
率(3.18×1011Pa)、Pは、押し込み荷重(9
8N)、aは、圧痕対角線平均長さの半分(m)、C
は、クラックの長さの平均の半分(m)である。 【0120】(実施例11)ウエハプローバ501(図
11参照)の製造 (1)窒化アルミニウム粉末(トクヤマ社製、平均粒径
1.1μm)1000重量部、イットリア(平均粒径:
0.4μm)40重量部、アクリルバインダ115重量
部、窒化硼素0.002重量部、分散剤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
0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。 【0121】(2)次に、このグリーンシートを80℃
で5時間乾燥させた後、パンチングにて発熱体と外部端
子ピンと接続するためのスルーホール用の貫通孔を設け
た。 【0122】(3)平均粒子径1μmのタングステンカ
ーバイド粒子100重量部、アクリル系バインダ3.0
重量部、α−テルピネオール溶媒3.5重量および分散
剤0.3重量部を混合して導電性ペースト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。 【0123】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、端
子ピンと接続するためのスルーホール用の貫通孔に導電
性ペーストBを充填した。 【0124】さらに、印刷されたグリーンシートおよび
印刷がされていないグリーンシートを50枚積層して1
30℃、80kgf/cm2 の圧力で一体化することに
より積層体を作製した。 【0125】(4)次に、この積層体を窒素ガス中で6
00℃で5時間脱脂し、1890℃、圧力200kgf
/cm2 で3時間ホットプレスし、厚さ3mmの窒化ア
ルミニウム板状体を得た。得られた板状体を、直径30
0mmの円形状に切り出してセラミック製の板状体とし
た。スルーホール16の大きさは、直径0.2mm、深
さ0.2mmであった。 【0126】また、ガード電極65、グランド電極66
の厚さは10μm、ガード電極65の形成位置は、ウエ
ハ載置面から1mm、グランド電極66の形成位置は、
ウエハ載置面から1.2mmであった。また、ガード電
極65およびグランド電極66の導体非形成領域66a
の1辺の大きさは、0.5mmであった。 【0127】(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67(幅0.5mm、深さ0.5mm)
を設けた。 【0128】(6)さらに、ウエハ載置面に対向する面
に抵抗発熱体61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4.5μmでリン片状のもの
であった。 【0129】(7)導電ペーストを印刷したヒータ板を
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63に焼き付けた。さ
らに硫酸ニッケル30g/l、ほう酸30g/l、塩化
アンモニウム30g/lおよびロッシェル塩60g/l
を含む水溶液からなる無電解ニッケルめっき浴にヒータ
板を浸漬して、銀の焼結体61の表面に厚さ1μm、ホ
ウ素の含有量が1重量%以下のニッケル層(図示せず)
を析出させた。この後、ヒータ板は、120℃で3時間
アニーリング処理を施した。銀の焼結体からなる発熱体
は、厚さが5μm、幅2.4mmであり、面積抵抗率が
7.7mΩ/□であった。 【0130】(8)溝67が形成された面に、スパッタ
リング法により、順次、チタン層、モリブデン層、ニッ
ケル層を形成した。スパッタリングのための装置は、日
本真空技術株式会社製のSV−4540を使用した。ス
パッタリングの条件は気圧0.6Pa、温度100℃、
電力200Wであり、スパッタリング時間は、30秒か
ら1分の範囲内で、各金属によって調整した。得られた
膜の厚さは、蛍光X線分析計の画像から、チタン層は
0.3μm、モリブデン層は2μm、ニッケル層は1μ
mであった。 【0131】(9)硫酸ニッケル30g/l、ほう酸3
0g/l、塩化アンモニウム30g/lおよびロッシェ
ル塩60g/lを含む水溶液からなる無電解ニッケルめ
っき浴に、上記(8)で得られたセラミック板を浸漬
し、スパッタリングにより形成された金属層の表面に厚
さ7μm、ホウ素の含有量が1重量%以下のニッケル層
を析出させ、120℃で3時間アニーリングした。抵抗
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。 【0132】さらに、表面にシアン化金カリウム2g/
l、塩化アンモニウム75g/l、クエン酸ナトリウム
50g/lおよび次亜リン酸ナトリウム10g/lを含
む無電解金めっき液に、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。 【0133】(10)溝67から裏面に抜ける空気吸引
孔68をドリル加工により形成し、さらにスルーホール
16を露出させるための袋孔(図示せず)を設けた。こ
の袋孔にNi−Au合金(Au81.5重量%、Ni1
8.4重量%、不純物0.1重量%)からなる金ろうを
用い、970℃で加熱リフローしてコバール製の外部端
子ピンを接続させた。また、抵抗発熱体に半田(スズ9
0重量%/鉛10重量%)を介してコバール製の外部端
子ピンを形成した。 【0134】(11)次に、温度制御のための複数熱電
対を凹部に埋め込み、ウエハプローバヒータ501を得
た。このヒータ付きウエハプローバを200℃まで昇温
したところ、約20秒で200℃まで昇温した。また、
このヒータ付きウエハプローバを構成するセラミック基
板の耐電圧、熱伝導率、反り量、酸素含有量、リーク
量、破壊靱性値を上記した評価方法により測定した。そ
の結果を下記の表1に示した。 【0135】(実施例12)500℃、空気中で1時間
焼成した窒化珪素粉末(トクヤマ社製、平均粒径0.6
μm)100重量部、イットリア(平均粒径:0.4μ
m)40重量部、アルミナ20重量部、シリカ40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0.50mm
のグリーンシートを得た。このグリーンシートを用い
て、焼成条件を温度1900℃、圧力200kgf/c
2 にした以外は、実施例1の(2)〜(8)の工程と
同様にして静電チャックを製造した。得られた静電チャ
ックのセラミック基板の耐電圧、反り量、酸素含有量、
リーク量、破壊靱性値を上記した評価方法により測定し
た。その結果を下記の表1に示した。 【0136】(比較例3)イットリアの量を0.2重量
部とした以外は、実施例7と同様にして静電チャックを
製造した。得られた静電チャックのセラミック基板の耐
電圧、熱伝導率、反り量、酸素含有量、リーク量、破壊
靱性値を上記した評価方法により測定した。その結果を
下記の表1に示した。 【0137】(比較例4)焼成温度を1600℃とし、
加圧を行わなかった以外は、実施例1と同様にして静電
チャックを製造した。得られた静電チャックのセラミッ
ク基板の耐電圧、熱伝導率、反り量、酸素含有量、リー
ク量、破壊靱性値を上記した評価方法により測定した。
その結果を下記の表1に示した。 【0138】(実施例13)300kgf/cm2 で加
圧を行った以外は、実施例1と同様にして静電チャック
を製造した。得られた静電チャックのセラミック基板の
耐電圧、熱伝導率、反り量、酸素含有量、リーク量、破
壊靱性値を上記した評価方法により測定した。その結果
を下記の表1に示した。 【0139】 【表1】 【0140】表1に示した結果より明らかなように、実
施例1〜13に係る静電チャックを構成するセラミック
基板では、ヘリウムリークディテクタで測定したヘリウ
ムのリーク量は、全て10-7Pa・m3 /sec以下で
あるので、これらの耐電圧は大きな値を示し、昇温降温
特性も良く、反り量も小さな値となっている。一方、比
較例1〜4の静電チャックを構成するセラミック基板で
は、いずれもヘリウムのリーク量は、10-7Pa・m3
/secを超えているので、これらの耐電圧はかなり小
さく、昇温降温特性は悪く、反り量は大きくなってお
り、いずれの結果も、実施例1〜13と比較して劣った
値を示している。 【0141】以上のように、本発明のセラミック基板
は、ヘリウムリークディテクタによる測定で10-7Pa
・m3 /sec(He)以下のリーク量となるように焼
結されているので、高温での熱伝導率の低下量が少な
い。また、高温での耐電圧も高い。また、反り量も小さ
い。また、リーク量が10-13 Pa・m3 /sec(H
e)になると、逆に熱伝導率の低下量が大きくなり、ま
た、破壊靱性値も低下する。この理由は明確ではない
が、緻密化が進行しすぎると粒子境界の酸素がセラミッ
ク結晶中に拡散し、結晶性を低下させ、また、粒子境界
の障壁がなくなるため、クラックが伸展しやすくなると
推定している。 【0142】 【発明の効果】以上説明のように、本発明のセラミック
基板は、ヘリウムリークディテクタによる測定で、10
-7Pa・m3 /sec(He)以下のリーク量となるよ
うに焼結されてなるので、昇温降温特性に優れ、高温耐
電圧が大きく、かつ、反り量が小さい。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] [0001] The present invention mainly relates to the semiconductor industry.
Ceramic substrates used in
Pressure is high and semiconductor wafer
C has excellent adsorption capacity and a hot plate (heat
When used as a
Related to a lamic substrate. [0002] 2. Description of the Related Art Semiconductors are needed in various industries.
Semiconductor chips are, for example,
Slicing a silicon single crystal to a predetermined thickness
After fabricating EHA, multiple integration cycles
It is manufactured by forming a road or the like. In the manufacturing process of this semiconductor chip,
Etch a silicon wafer placed on an electrostatic chuck
And various processes such as CVD, conductor circuits and elements, etc.
To form At that time, gas for deposition, etchin
Since corrosive gases are used as
It is necessary to protect the electrostatic electrode layer from corrosion by
In addition, since it is necessary to induce suction force,
The layer is usually covered by a ceramic dielectric film or the like.
You. [0004] Conventionally, as this ceramic dielectric film,
Although nitride ceramics are used, for example,
No. 5-8140 discloses nitrides such as aluminum nitride.
An electrostatic chuck using the same is disclosed. Also, JP
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-48668 has an Al-ON structure.
A carbon-containing aluminum nitride is disclosed. [0005] However, these security measures
Electrostatic chucks using lamic have good temperature rise and fall characteristics.
Minutes, and at high temperatures the withstand voltage decreases or
With the problem that the rate decreases and warpage occurs
Was. Such problems are not limited to electrostatic chucks, but also
Surface of ceramic substrate such as plate and wafer prober
For semiconductor manufacturing / inspection with conductors formed inside
It turns out that it is seen on a ceramic substrate. [0006] Means for Solving the Problems The present inventors have set forth the above object.
As a result of intensive research to solve
Temperature rise / fall characteristics, withstand voltage and Young's modulus of the backing substrate, etc.
Was found to be due to insufficient sinterability
The degree of sintering is determined by a helium leak detector.
10 in the measurement-7Pa ・ mThree / Sec (He) or less
To solve the above problem.
It was newly found that it can be done. Specifically,
First, oxidize the surface of
Then, by adding oxide and performing pressure sintering,
The amount of leak is measured by the helium leak detector.
10-7Pa ・ mThree / Sec (He) or less
That the present invention has been completed
is there. In addition, by the measurement with the helium leak detector,
The leak amount is 10-12 Pa ・ mThree / Sec (He) or less
If the temperature is below, the densification proceeds too much and the fracture toughness
Also found that the thermal conductivity of the steel decreased.
Was. [0007] That is, the present invention is to
In the ceramic substrate on which the conductor is formed,
The ceramic substrate is measured with a helium leak detector.
Regularly 10-7Pa ・ mThree / Sec (He) or less
It is a ceramic substrate characterized by the following. The ceramic substrate of the present invention is a helium-free ceramic substrate.
The leak amount measured by the detector was 10-7P
amThree / Sec (He) or less. This degree of Lee
Above, the ceramic substrate is sintered sufficiently densely
Temperature rise and fall characteristics of the ceramic substrate and high temperature
Excellent in withstand voltage and Young's modulus. Therefore, the above ceramics
No warpage occurs in the substrate. When measuring the leak amount, a diameter 30
mm, area 706.5mmTwo , 1 mm thick,
Prepare a sample similar to that of the
To the detector. Then, pass through the sample
By measuring the helium flow rate,
It is possible to measure the leak amount of the work substrate. Helium re
Detector measures the partial pressure of helium at the time of the leak.
It does not measure the absolute value of the gas flow.
Preliminarily measure the helium partial pressure at the time of a known leak,
Simple proportionality of unknown leak rate from current helium partial pressure
Calculate by calculation. Detailed measurement of helium leak detector
The principle is “Monthly Semiconductor Wor
ld 1992.111 p112-115 ".
ing. That is, the above ceramic substrate is sufficiently dense
When sintering, the above leakage amount shows a fairly small value.
You. On the other hand, the sinterability of the ceramic substrate is insufficient.
And the leak amount shows a large value. In the present invention, for example, a nitride ceramic
First, oxidize the surface of the particles of the
Is added and sintering is performed under pressure.
A sintered body is formed in which the oxide layer and the added oxide are integrated
The sintered body is a helium leak detector
Measured by 10-7Pa ・ mThree / Sec (He) or less
An extremely small leak amount results. The amount of leak
1 × 10 as measured by um leak detector-12 ~ 1 ×
10-8Pa ・ mThree / Sec (He) is good. Heat at high temperatures
This is because conductivity can be ensured. Incidentally, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-48668,
JP-A-9-48669, JP-A-10-72260
In some patent publications, there are nitrides with some ALON crystal phases.
Although a luminium sintered body is disclosed, a metal oxide is added.
It is not added, and is manufactured by the reduction nitriding method.
Comparative example with no oxygen on the surface and poor sinterability
10 as in-6Pa ・ mThree / Sec (He)
A relatively large leak amount occurs. JP-A-7-153
In Japanese Patent No. 820, yttria is added.
Because the surface of aluminum nitride raw material powder is fired
However, as is clear from the comparative example, the sinterability was poor.
10 as in the comparative example-6Pa ・ mThree / Sec (H
A relatively large leak amount as shown in e) occurs. JP
No. 5-36819 discloses that silicon nitride and yttria,
Shows electrostatic chuck using sintered body using Lumina
However, the introduction or introduction of oxygen into the raw material is not described or suggested.
This is also 10-6Pa ・ mThree / Sec (He)
Such a relatively large leak amount occurs. Further, JP
In Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-279359, low-temperature, normal-pressure firing is used.
Therefore, the amount of leak also increases. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open
Japanese Patent Application Laid-Open No. 158002 discloses A used for a semiconductor mounting substrate.
1N substrate, semiconductor manufacturing / inspection apparatus as in the present invention
It is not used for Also, JP-A-10-16785
In Japanese Patent Publication No. 9, the amount of yttria is as low as 0.2% by weight,
Since the sinterability is not sufficient, the leak amount also increases.
Thus, in the prior art, helium as in the present invention is used.
Leakage is 1 × 10-7 Pa ・ mThree / Sec (He) or less
Semiconductor manufacturing and inspection using sintered body that can be adjusted below
The device has not been realized. The oxide to be added is a nitride ceramic
Is preferably an oxide of an element constituting Nitride
Identical to ceramic surface oxide layer and extremely sintered
This is because it is easy to make it. Acidize nitride ceramic surface
To be converted to 500 to 1000 in oxygen or air.
It is desirable to heat at 0.5C for 0.5 to 3 hours. Also, a nitride ceramic used for sintering is provided.
The average particle diameter of the powder is preferably about 0.1 to 5 μm.
No. This is because sintering is easy. Furthermore, the content of Si
Is 0.05 to 50 ppm, and the content of S is 0.05 to 80.
ppm (all by weight) is desirable. these
Is the oxide film on the nitride ceramic surface and the added oxide
This is because they are considered to be combined. Other firing conditions
Will be described later in the manufacturing method of the electrostatic chuck.
I do. It is obtained by performing calcination using the above method.
The ceramic substrate used is 0.05 to 10% by weight of oxygen.
It is desirable to contain. Less than 0.05% by weight
Means that sintering does not proceed, fracture occurs at the grain boundaries, and thermal conductivity
If the oxygen content exceeds 10% by weight, the acid
Element segregates at the particle boundary, causing fracture at the particle boundary,
This is because the conductivity is lowered and the temperature raising / lowering characteristics are lowered. In the present invention, the ceramic substrate contains oxygen.
It is made of nitride ceramic having
It is desirable that the pore diameter is 50 μm or less, and the porosity is
5% or less is desirable. In addition, the ceramic substrate includes
If there are no pores or if there are pores,
The pore diameter of the maximum pore is desirably 50 μm or less.
No. When no pores exist, the withstand voltage at high temperature
Is particularly high, and conversely, if pores are present, the fracture toughness
The value increases. Or to either of the design for this purpose, request
It depends on the characteristics. Destroyed by the presence of pores
The reason for the increase in toughness is not clear, but
Presumably because the expansion is stopped by stomata
You. In the present invention, when the maximum pore diameter is 50 μm or less,
Desirably, if the pore size exceeds 50 μm
Ensure withstand voltage characteristics at high temperatures, especially at 200 ° C or higher
Is difficult. The maximum pore size is 10μ
m or less is desirable. Less warpage at 200 ° C or higher
This is because that. The porosity and the maximum pore diameter are determined by the sintering process.
Adjust by pressure time, pressure, temperature, additives such as SiC and BN
I do. Pores are introduced to prevent sintering of SiC and BN
Can be done. When measuring the pore diameter of the maximum pore,
Are prepared, and the surfaces thereof are mirror-polished, and 2000 to 50
The surface is photographed at 10 times with an electron microscope at a magnification of 00 times.
Then, the largest pore size was selected from the photographed photos, and
The average of the peaks is defined as the maximum pore diameter. The porosity is measured by the Archimedes method.
You. Pulverized sintered body and pulverized in organic solvent or mercury
Put the material in, measure the volume, and calculate the true ratio from the weight and volume of the pulverized material.
Weight and calculate the porosity from the true specific gravity and the apparent specific gravity.
Because The diameter of the ceramic substrate of the present invention is 200 m.
m or more is desirable. Especially 12 inches (300mm) or more
It is desirable that Next-generation semiconductor wafer mainstream
Because it becomes. In addition, the present invention solves the problem of warpage.
Occurs on a ceramic substrate with a diameter of 200 mm or less.
Because it is difficult. The thickness of the ceramic substrate of the present invention is 50 m
m or less, particularly preferably 25 mm or less. Sera
If the thickness of the mix substrate exceeds 25 mm,
The heat capacity of the plate may be too large.
When heating and cooling with steps, due to the large heat capacity
This is because the temperature followability may be reduced.
In addition, the problem of warping solved by the present invention is that the thickness is 25 mm.
Hardly to occur with thick ceramic substrates exceeding
It is. The thickness of the ceramic substrate is especially 5mm or less.
Optimal. The thickness is desirably 1 mm or more. Ma
Further, the ceramic substrate of the present invention is desirably at least 150 ° C.
Is used at 200 ° C. or higher. The ceramic constituting the ceramic substrate of the present invention.
The material of the ceramic is not particularly limited, but may be a nitride ceramic or a ceramic.
And carbide ceramics are preferred. The above nitride ceramic
As a metal nitride ceramic, for example, aluminum nitride
, Silicon nitride, boron nitride, titanium nitride, etc.
Can be Further, as the above-mentioned carbide ceramic, for example,
For example, silicon carbide, titanium carbide, tantalum carbide, tan carbide
Gustene, zirconium carbide and the like. Also on
Oxide ceramic may be used as the ceramic material.
The above-mentioned oxide ceramics include metal oxide ceramics.
For example, alumina, zirconia, cordurai
And mullite. Among these nitride ceramics, in particular,
Aluminum nitride is preferred. Thermal conductivity 180W / m
-Because it is the highest, K. In the present invention, the acid is added to the ceramic substrate.
It is desirable to contain a compound. As the above oxide
Is, for example, an alkali metal oxide, an alkaline earth metal acid
And rare earth oxides can be used.
Among the binders, in particular, CaO, YTwo OThree , NaTwo O,
LiTwo O, RbTwo O is preferred. In addition, alumina, silicon
Mosquitoes may be used. As the content of these, 0.5
-20% by weight is desirable. If less than 0.5% by weight,
10-7Pa ・ mThree / Sec (He) or less
Sometimes. As the oxide to be added, a silicon nitride
In this case, silica is most suitable. According to the present invention, 5 to 50 ceramic substrates are used.
Desirably, it contains 00 ppm of carbon.
The inclusion of carbon makes the ceramic substrate black
Can be colored, radiant heat when used as a heater
Can be fully utilized. carbon
Is amorphous or crystalline
Good. If amorphous carbon is used,
Can be prevented from lowering the volume resistivity
If used, the thermal conductivity decreases at high temperatures
Is prevented. Therefore, depending on the application
Means that both crystalline and amorphous carbon
You may use together. The carbon content is 50 to 2
000 ppm is more preferred. A place where the ceramic substrate contains carbon.
In that case, the brightness shall be based on the provisions of JIS Z 8721.
Carbon should be contained so that the value is less than N4
Is desirable. The one with this level of lightness is the amount of radiant heat,
This is because the concealing property is excellent. Here, the lightness N is an ideal black lightness.
0, the ideal white lightness is 10, and these black light
Between the brightness and the brightness of white, the perception of the brightness of the color is equal
Each color is divided into 10 so that
It is displayed. The actual measurement of lightness is N0 to N1
The comparison is made with the color chart corresponding to 0. Decimal point 1 in this case
The place is 0 or 5. [0029] DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The ceramic substrate of the present invention
Used in equipment for manufacturing bodies and inspecting semiconductors
It is a ceramic substrate.
For example, electrostatic chuck, wafer prober, hot plate
(Ceramic heater), susceptor and the like. The conductor formed inside the ceramic substrate is
When the electric body is a resistance heating element, a ceramic heater
(Hot plate). FIG.
Is a ceramic substrate according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view schematically showing an example of a cook heater, and FIG.
Is a partially enlarged view showing a part of the ceramic heater shown in FIG.
It is a large sectional view. The ceramic substrate 11 is formed in a disk shape.
The temperature control means is provided inside the ceramic substrate 11.
The resistance heating element 12 as a step is formed in a concentric pattern
Have been. These resistance heating elements 12 are close to each other.
Double concentric circles form a single line as a set of circuits.
And input and output terminals at both ends of the circuit.
External terminal 13 is connected through a through hole 19.
ing. Further, as shown in FIG.
11 is provided with a through hole 15, which is supported by the through hole 15.
The pins 26 are inserted and the silicon wafer 9 is held.
You. By moving the support pins 26 up and down,
Receiving the silicon wafer 9 from the
Is placed on the wafer processing surface 11a of the ceramic substrate 11.
And heat the silicon wafer 9 to the wafer processing surface 11a.
Support at a certain distance from the
can do. Also, the bottom surface 1 of the ceramic substrate 11
1b has a bottomed hole for inserting a temperature measuring element such as a thermocouple.
14 are provided. Then, the resistance heating element 12 is energized.
Then, the ceramic substrate 11 is heated, whereby the ceramic substrate 11 is heated.
An object to be heated such as a recon wafer can be heated. The ceramic constituting this hot plate
The substrate 11 was measured by a helium leak detector.
The leak amount is 10-7Pa ・ mThree / Sec (He) or less
The ceramic substrate 11 is sufficiently dense
Tied. Therefore, this ceramic substrate 11
Excellent temperature-lowering characteristics, withstand voltage and Young's modulus decrease at high temperatures.
No warpage occurs on the ceramic substrate.
No. The resistance heating element is provided inside the ceramic substrate.
And may be provided on the bottom surface of the ceramic substrate. Usually
When providing an anti-heating element, support the ceramic substrate
A blowing port for air or other refrigerant as a cooling means
And the like may be provided. Resistance heating element inside ceramic substrate
When it is provided in a part, a plurality of layers may be provided. in this case
The patterns of each layer are formed to complement each other
When viewed from the heating surface, a pattern is formed on some layer
Is desirable. For example, the staggered arrangement
Structure. As the resistance heating element, for example, metal or
Sintered conductive ceramics, metal foils, metal wires, etc.
It is. Tungsten, molybdenum
At least one selected from These metals
Is relatively resistant to oxidation and has sufficient resistance to generate heat
This is because that. As the conductive ceramic, a tongue is used.
At least one selected from carbides of stainless steel and molybdenum
Seeds can be used. In addition, ceramic substrates
When forming a resistance heating element on the bottom, use a metal sintered body.
Noble metals (gold, silver, palladium, platinum), nickel
It is desirable to use Specifically, silver, silver-palladium
For example. Used for the above metal sintered body
The metal particles used are spherical, scaly, or spherical.
A flaky mixture can be used. Forming a resistance heating element on the surface of a ceramic substrate
When sintering, metal oxides may be added to the metal and sintered.
No. The above metal oxides are used for ceramic substrates and
This is for bringing the metal particles into close contact. By the above metal oxide
Improves the adhesion between the ceramic substrate and the metal particles
Although the reason is not clear, the surface of the metal particles is slightly oxidized
When the film is formed and the ceramic substrate is an oxide
Of course, even if it is a non-oxide ceramic, its surface
Is formed with an oxide film. Therefore, this oxide film
Sintering on ceramic substrate surface via metal oxide
And the metal particles do not adhere to the ceramic substrate
It is thought. As the metal oxide, for example, oxidized
Lead, zinc oxide, silica, boron oxide (B Two OThree ), Al
At least one selected from Mina, Yttria and Titania
Species are preferred. These oxides have the resistance value of the resistance heating element.
Between the metal particles and the ceramic substrate without increasing the
This is because adhesion can be improved. The metal oxide is 100 parts by weight of metal particles.
0.1 parts by weight or more and less than 10 parts by weight
desirable. By using a metal oxide in this range,
Resistance value does not become too large, metal particles and ceramic substrate
This is because the adhesiveness with the adhesive can be improved. In addition, lead oxide, zinc oxide, silica,
Udine (BTwo OThree ), Alumina, yttria, titania
The ratio is based on 100 parts by weight of the total amount of the metal oxide.
1 to 10 parts by weight of lead oxide and 1 to 30 parts by weight of silica
Parts, 5 to 50 parts by weight of boron oxide, 20 to 7 parts of zinc oxide
0 parts by weight, 1-10 parts by weight of alumina, 1 part of yttria
-50 parts by weight and titania of 1-50 parts by weight are preferred.
However, the total amount of these should not exceed 100 parts by weight.
It is desirable to be adjusted. These ranges are particularly
This is because the adhesiveness to the substrate can be improved. A resistance heating element is provided on the bottom surface of the ceramic substrate.
In this case, the surface of the resistance heating element 25 is covered with a metal layer 25a.
Desirably, it is covered (see FIG. 5). Resistance heating element
Reference numeral 25 denotes a sintered body of metal particles, which is oxidized when exposed.
The oxidation easily changes the resistance value. So
Here, by coating the surface with the metal layer 25a,
Can be prevented. The thickness of the metal layer 25a is 0.1 to 100 μm.
m is desirable. Do not change the resistance of the resistance heating element.
Is within the range that can prevent oxidation of the resistance heating element
It is. The metal used for coating is a non-oxidizing metal
I just need. Specifically, gold, silver, palladium, platinum,
At least one selected from nickel is preferred.
Of these, nickel is more preferred. The resistance heating element
A terminal is required to connect to the
Attached to the resistance heating element through the field, but nickel is solder
This is because the thermal diffusion of the metal is prevented. The connection terminal
External terminals made of metal can be used. Note that the resistance heating element is placed inside the ceramic substrate.
If formed, the surface of the resistance heating element may be oxidized.
There is no need for coating. Resistance heating element inside heater plate
If it is formed in the part, the surface of the resistance heating element
It may be. Using a metal foil or a metal wire as the resistance heating element
You can also. Nickel foil, stainless steel
Resistive heat generated by patterning of stainless steel foil by etching etc.
A body is desirable. Patterned metal foil
You may bond with a fat film etc. As a metal wire,
For example, tungsten wire, molybdenum wire, etc.
You. The conductor formed inside the above ceramic substrate
If the conductor is an electrostatic electrode layer, the ceramic substrate
Can be used as an electrostatic chuck. This place
If the RF electrode or heating element is below the electrostatic
It may be formed as a conductor in the mix substrate. Figure
3 schematically shows an embodiment of the electrostatic chuck according to the present invention.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view shown in FIG.
It is an AA line sectional view in a jack. In this electrostatic chuck 101, a disk-shaped
A chuck positive electrode electrostatic layer 2 and a chip
The electrostatic electrode layer composed of the negative electrode electrostatic layer 3 is buried.
And a thin ceramic layer 4 (hereinafter referred to as “layer 4”)
Below, referred to as a ceramic dielectric film). Ma
The silicon wafer 9 is placed on the electrostatic chuck 101.
And grounded. As shown in FIG. 4, the chuck positive electrode electrostatic layer
2 comprises a semicircular arc-shaped portion 2a and a comb tooth portion 2b,
The negative electrode electrostatic layer 3 also has a semicircular portion 3a and a comb-tooth portion 3b.
These chuck positive electrode electrostatic layer 2 and chuck
The negative electrode electrostatic layer 3 intersects the comb teeth 2b, 3b.
These chuck positive electrode electrostatic layers 2 and
The DC power supply +
Side and-side are connected, and the DC voltage VTwo Is applied
It has become. The inside of the ceramic substrate 1 is
To control the temperature of the con-wafer 9, FIG.
A resistance heating element 5 having a concentric circular shape in plan view as shown is provided.
External terminals are connected to both ends of the resistance heating element 5,
Fixed, voltage V1 Is applied. Figure
Although not shown in 3 and 4, this ceramic substrate 1
Is for inserting a temperature measuring element as shown in FIGS.
To support the bottomed hole and the silicon wafer 9 up and down
A through hole for inserting a pin (not shown) is formed
I have. The resistance heating element is formed on the bottom of the ceramic substrate.
May be implemented. When the electrostatic chuck 101 is operated,
Is applied to the chuck positive electrostatic layer 2 and the chuck negative electrostatic layer 3.
DC voltage VTwo Is applied. This allows the silicon wafer
Reference numeral 9 denotes a chuck positive electrostatic layer 2 and a chuck negative electrostatic layer 3.
These electrodes have a ceramic dielectric due to the electrostatic action of
It is adsorbed and fixed via the membrane 4. This
Thus, the silicon wafer 9 is fixed on the electrostatic chuck 101.
After that, the silicon wafer 9 is subjected to various processes such as CVD.
Is performed. In the electrostatic chuck 101, a ceramic
The dielectric film 4 is made of a nitride ceramic containing oxygen.
In addition, the porosity is 5% or less, and the maximum pore diameter is 5%.
It is desirable that the thickness be 0 μm or less. Also, this ceramic
The pores in the dielectric film 4 are independent of each other.
It is desirable to be configured. This electrostatic chuck is
The formed ceramic substrate is used for helium leak detector.
Measurement, the leak amount was 10-7Pa ・ mThree / Se
c (He) or less, the ceramic substrate is sufficiently
It is densely sintered. Therefore, this ceramic substrate
Excellent temperature rise and fall characteristics, withstand voltage and Young's modulus decrease at high temperature
And the ceramic substrate may be warped.
Absent. As the temperature control means, the resistance heating element 12
Another example is a Peltier element (see FIG. 7). temperature
If a Peltier element is used as the control means,
Both heat generation and cooling by changing the flow direction
This is advantageous because Peltier element 8 is shown in FIG.
As shown, p-type and n-type thermoelectric elements 81 are connected in series,
By joining this to a ceramic plate 82 or the like,
Is done. Examples of Peltier devices include silicon
Germanium, bismuth / antimony, lead / tellurium
And the like. The electrostatic chuck of the present invention is, for example, shown in FIG.
4 has a configuration as shown in FIG. ceramic
The material of the substrate has already been described,
The other components constituting the electrostatic chuck,
And for other embodiments of the electrostatic chuck of the present invention,
It will be described in detail sequentially. Ceramic used in the electrostatic chuck of the present invention
The dielectric film is preferably made of a nitride ceramic.
New As the nitride ceramic, the ceramic
The same thing as a substrate is mentioned. The above nitride ceramic
Preferably contains oxygen. In this case,
Sintering tends to proceed in
The pores become independent pores even when
Voltage is improved. Making the above nitride ceramic contain oxygen
Therefore, metal oxides are usually
The materials are mixed and fired. As the above metal oxide,
Lumina (AlTwo OThree ), Silicon oxide (SiOTwo ) Etc.
Can be The amount of addition of these metal oxides is
0.5 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight
New The thickness of the ceramic dielectric film is set to 50 to 50.
By setting it to 00 μm, it is sufficient without lowering the chucking force.
High withstand voltage can be ensured. Above ceramic dielectric
If the thickness of the body film is less than 50 μm, the film thickness is too thin.
The silicon wafer is not placed.
The dielectric breakdown of the ceramic dielectric film
On the other hand, the thickness of the ceramic dielectric film is 50
If it exceeds 00 μm, the distance between the silicon wafer and the electrostatic electrode
The ability to adsorb silicon wafers is low due to separation
It will get worse. The thickness of the ceramic dielectric film is 100
〜1500 μm is preferred. The porosity of the ceramic dielectric film is 5%
Hereinafter, the pore diameter of the maximum pore is preferably 50 μm or less.
When the porosity exceeds 5%, the number of porosity increases,
Also, the pore diameter becomes too large, and as a result,
It becomes easier to pass. Ceramic dielectric film having such a structure
Then, the withstand voltage decreases. In addition, the maximum pore
If the pore size exceeds 50 μm, oxides will be present at the grain boundaries.
However, the withstand voltage at a high temperature cannot be secured. The porosity is
0.01-3% is preferable, and the pore diameter of the maximum pore is 0.1%.
1 to 10 μm is preferred. Ceramic with such a configuration
For dielectric films, measurement with a helium leak detector
And the leak amount is 10-7Pa ・ mThree / Sec (H
e) It is small as follows. Therefore, the ceramic dielectric film is sufficient
Sintering, and corrosive gas etc.
It does not permeate the electrostatic film and corrode the electrostatic electrodes.
No. In the ceramic dielectric film, carbon
Should be contained at 50 to 5000 ppm.
No. Hiding the electrode pattern provided in the electrostatic chuck
This is because high radiant heat can be obtained.
In addition, the lower the volume resistivity, the lower the
The suction capacity of the con-wafer is increased. In the present invention, in the ceramic dielectric film,
It is said that some pores may exist
This is because the toughness value can be increased,
Thermal shock resistance can be improved. As the above-mentioned electrostatic electrode, for example, a metal or
Is a conductive ceramic sintered body, a metal foil, or the like.
The metal sintered body is selected from tungsten and molybdenum.
It is preferable to use at least one of these. Metal foil
Also, it is desirable to be made of the same material as the metal sintered body. This
These metals are relatively hard to oxidize and have sufficient conductivity as electrodes.
This is because it has electrical conductivity. In addition, conductive ceramic
Selected from tungsten and molybdenum carbide
At least one can be used. FIGS. 9 and 10 show another electrostatic chuck.
FIG. 2 is a horizontal sectional view schematically showing an electrostatic electrode in FIG.
In the electrostatic chuck 20 shown in FIG.
The semi-circular chuck positive electrode electrostatic layer 22 and the chuck negative electrode
An electrostatic layer 23 is formed, and the electrostatic chuck shown in FIG.
The shape of a circle divided into four inside the ceramic substrate 1
Chuck positive electrode electrostatic layers 32a and 32b and chuck negative electrode
Electric layers 33a and 33b are formed. Also, two positive
Electrostatic layers 22a and 22b and two chuck negative electrodes
The layers 33a and 33b are formed so as to cross each other.
ing. In addition, the electrode of the form in which the electrode such as a circle is divided
When forming, the number of divisions is not particularly limited and is not more than 5 divisions.
The shape may be above, and the shape is not limited to the fan shape. Examples of the electrostatic chuck according to the present invention include:
For example, as shown in FIG.
Between the chuck positive electrode electrostatic layer 2 and the chuck dielectric film 4
A negative electrode electrostatic layer 3 is provided inside the ceramic substrate 1.
Denotes an electrostatic chuck 10 having a configuration in which a resistance heating element 5 is provided.
1. As shown in FIG. 5, a ceramic substrate 1 and a ceramic
A chuck positive electrode electrostatic layer 2 and a chuck negative electrode
An extremely electrostatic layer 3 is provided on the bottom surface of the ceramic substrate 1.
An electrostatic chuck 201 having a configuration in which the anti-heating element 25 is provided,
As shown in FIG. 6, the ceramic substrate 1 and the ceramic dielectric
Between the chuck positive electrode electrostatic layer 2 and the chuck negative electrode
And an electric layer 3, and a resistor is generated inside the ceramic substrate 1.
An electrostatic chuck 3 having a structure in which a metal wire 7 as a heat body is embedded.
01, as shown in FIG.
Between the chuck positive electrode electrostatic layer 2 and the chuck dielectric film 4
A negative electrode electrostatic layer 3 is provided on the bottom surface of the ceramic substrate 1.
Peltier element composed of thermoelectric element 81 and ceramic plate 82
8 is formed.
You. In the present invention, as shown in FIGS.
Chuck between the ceramic substrate 1 and the ceramic dielectric film 4
A positive electrode electrostatic layer 2 and a chuck negative electrode electrostatic layer 3 are provided,
The resistance heating element 5 and the metal wire 7 are formed inside the ceramic substrate 1.
To connect these to external terminals.
Connection portions (through holes) 16 and 17 are required. S
The through holes 16 and 17 are made of tungsten paste, moly
Refractory metals such as budene paste, tungsten carbide
Conductive ceramics such as sulfides and molybdenum carbide
It is formed by filling. The connecting portions (through holes) 16 and 17
Is preferably 0.1 to 10 mm. To prevent disconnection
In addition, cracks and distortion can be prevented. This
External terminals 6 and 18 are connected using the through holes as connection pads
(See FIG. 8D). The connection is made by solder or brazing material. Brazing material
Silver, palladium, aluminum,
Use gold brazing. Au-Ni alloy is
desirable. Au-Ni alloy has good adhesion to tungsten
It is because it is excellent. The ratio of Au / Ni is [81.5-82.
5 (% by weight)] / [18.5 to 17.5 (% by weight)]
desirable. The thickness of the Au—Ni layer is 0.1 to 50 μm.
desirable. This is because the range is sufficient to secure the connection.
Also, 10-6-10-Five500-1000 at high vacuum of Pa
When used at high temperature of ℃, Au-Cu alloy deteriorates,
An Au-Ni alloy is advantageous without such deterioration.
The total amount of impurity elements in the Au—Ni alloy is 100%.
It is desirable that the amount be less than 1 part by weight when
No. In the present invention, if necessary, a ceramic base may be used.
A thermocouple can be embedded in the bottomed hole of the plate. heat
Measure the temperature of the resistance heating element with a
The temperature can be controlled by changing the voltage and current
This is because that. The size of the junction of the thermocouple metal wire is
Same or larger than the wire diameter of each metal wire
And 0.5 mm or less. With this configuration
Therefore, the heat capacity of the joint becomes small,
In addition, it is quickly converted to a current value. For this reason,
Improved temperature control and small temperature distribution on the heated surface of the wafer
It will be. As the thermocouple, for example, JIS
-C-1602 (1980).
Type, R type, B type, S type, E type, J type, T type thermocouple
Can be FIG. 11 shows the static electricity of the present invention having the above configuration.
FIG. 4 schematically shows a support container 41 for fitting an electric chuck.
FIG. The support container 41 includes the electrostatic chuck 1
01 is fitted through the heat insulating material 45
You. The support container 11 also has a refrigerant outlet 42.
Is formed, and the refrigerant is blown from the refrigerant inlet 44.
From the suction port 43 to the outside through the refrigerant outlet port 42.
The refrigerant, and by the action of this refrigerant,
The electric chuck 101 can be cooled
I have. Next, the ceramic substrate of the present invention is an example.
FIGS. 8A to 8D show an example of a method for manufacturing an electrostatic chuck.
Explanation will be made based on the cross-sectional view shown in FIG. (1) First, nitride ceramic, carbide ceramic, etc.
Ceramic powder mixed with binder and solvent
The lean sheet 50 is obtained. As the ceramic powder described above
For example, by firing in an oxidizing atmosphere.
Use aluminum nitride powder containing
Can be In addition, if necessary,
A sintering aid such as c may be added. It should be noted that an electrostatic electrode layer printed body 51 described later has a shape.
Several or one sheets to be laminated on the formed green sheet
Green sheet 50 ′ becomes the ceramic dielectric film 4.
This is a separate layer from the ceramic substrate, if necessary.
It may be a composition. Usually, the raw material of the ceramic dielectric film 4
And the same material for the ceramic substrate 1
Is desirable. These are often sintered together.
This is because the firing conditions are the same. However, the material
If the materials are different, manufacture the ceramic substrate first.
Previously, an electrostatic electrode layer is formed on it, and
A ceramic dielectric film can also be formed. The binder used is an acrylic binder.
, Ethyl cellulose, butyl cellosolve, polyvinyl alcohol
At least one selected from alcohols is desirable.
Further, as the solvent, α-terpineol, glycol
At least one member selected from the group consisting of Mix these
The paste obtained by combining is sheeted by the doctor blade method.
The green sheet 50 is formed by molding into a shape. If necessary, a green sheet 50
Fill the through-hole and thermocouple for inserting the support pins of the con-wafer
Through-holes in the recesses, through-holes, etc.
I can keep it. Through holes are made by punching
Can be formed. Green sheet 50 thickness
Is preferably about 0.1 to 5 mm. Next, a conductor is inserted into the through hole of the green sheet 50.
Fill the paste and paste the through-hole prints 53, 54
Then, on the green sheet 50, an electrostatic electrode layer or a resistor
Print conductor paste to be heated. Printing is green
A desired aspect ratio is obtained in consideration of the contraction rate of the sheet 50.
So that the electrostatic electrode layer printed body 51,
The resistance heating element layer printed body 52 is obtained. Printed material is conductive ceramic
Print conductive paste containing mic, metal particles, etc.
It forms by doing. The conductivity contained in these conductive pastes
Tungsten or molybdenum as the conductive ceramic particles
The carbides of den are optimal. Hard to oxidize, thermal conductivity
This is because it is hard to lower. Examples of metal particles include
For example, tungsten, molybdenum, platinum, nickel, etc.
Can be used. Average particle size of conductive ceramic particles and metal particles
The diameter is preferably 0.1 to 5 μm. These particles are large
It is difficult to print conductor paste even if it is too small or too small
Because. Such pastes include metal particles and the like.
85 to 97 parts by weight of conductive ceramic particles, acrylic
System, ethyl cellulose, butyl cellosolve and polyvinyl chloride
At least one binder selected from nyl alcohol
1.5 to 10 parts by weight, α-terpineol, glyco
Water, ethyl alcohol and butanol.
Prepared by mixing 1.5 to 10 parts by weight of at least one solvent
The best paste for conductors. Next, as shown in FIG.
A green sheet 50 having 1, 52, 53, 54;
A green sheet 50 'having no printed body is laminated.
Green sheet 5 having no printed body on the side where the resistance heating element is formed
When laminating 0 ', the end face of the through hole is exposed,
Prevents oxidation during firing for forming resistance heating element
To do that. If the end of the through hole is exposed
If firing for forming a resistance heating element is performed, nickel
It is necessary to sputter metals that are difficult to oxidize, such as
More preferably, it is coated with Au-Ni gold brazing.
Is also good. (2) Next, as shown in FIG.
Heat and pressurize the layered body,
The electric paste is sintered. Heating temperature is 1700-20
00 ° C, pressurization is 100-200kgf / cmTwo Is preferred
These heating and pressurizing are performed under an inert gas atmosphere.
Do. Uses inert gas such as argon and nitrogen
can do. In this step, the through holes 16, 1
7, chuck positive electrode electrostatic layer 2, chuck negative electrode electrostatic layer 3, resistance
The anti-heating element 5 and the like are formed. (3) Next, as shown in FIG.
Bag holes 35 and 36 are provided for connection of external terminals. Blind hole 3
The inner walls of 5, 36 have at least a portion thereof conductive.
The inner wall that has been made conductive is the chuck positive electrostatic layer 2,
Connected to the negative electrode electrostatic layer 3, the resistance heating element 5, etc.
Is desirable. (7) Finally, as shown in FIG.
External terminals 6 and 18 are set in blind holes 35 and 36 via gold brazing.
I can. In addition, if necessary, a bottomed hole is provided
A thermocouple can be embedded in the Solder is silver-lead, lead-
Alloys such as tin and bismuth-tin can be used
You. The thickness of the solder layer is desirably 0.1 to 50 μm.
No. Because it is a range enough to secure the connection by solder
You. In the above description, the electrostatic chuck 101
(See FIG. 3), the electrostatic chuck 201 (see FIG.
), A ceramic with an electrostatic electrode layer
After manufacturing the metal plate, a conductive paper is placed on the bottom of this ceramic plate.
The strike is printed and fired to form a resistance heating element 25,
Then, the metal layer 25a may be formed by electroless plating or the like.
No. Further, the electrostatic chuck 301 (see FIG. 6) is manufactured.
If metal foil and metal wire in ceramic powder
Or a resistance heating element and embedded and sintered. Further
To manufacture the electrostatic chuck 401 (see FIG. 7)
After manufacturing a ceramic plate with an electrostatic electrode layer,
Peltier element is connected to a ceramic plate via a sprayed metal layer.
It should just match. Surface and Inside of the Ceramic Substrate of the Present Invention
Conductors are disposed on the surface, and the conductor layer on the surface is
Body layer, the inner conductor is guard electrode or ground
If at least one of the electrodes is
The lamic substrate functions as a wafer prober. FIG. 12 shows a wafer prober according to the present invention.
FIG. 13 is a sectional view schematically showing the embodiment, and FIG.
FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of the wafer prober shown in FIG.
You. In this wafer prober 501, a disc-shaped ceramic
A groove 67 having a concentric circular shape in plan view is formed on the surface of the backing board 63.
And a silicon wafer is sucked into a part of the groove 67.
Are provided with a plurality of suction holes 68.
Most of the ceramic substrate 63 including
Chuck top conductor layer 62 for connecting to electrodes is circular
It is formed in a shape. On the other hand, the bottom of the ceramic
In order to control the temperature of the recon wafer,
A heating element 61 having a concentric circular shape in plan view as shown is provided.
External terminals (not shown) are provided at both ends of the heating element 61.
Is connected and fixed. In addition, the ceramic substrate 63
Inside, to remove stray capacitors and noise
A guard electrode 65 and a ground electrode 66 having a lattice shape in plan view
(See FIG. 13). Guard electrode 65
The material of the ground electrode 66 may be the same as that of the electrostatic electrode.
No. The thickness of the chuck top conductor layer 62 is
1 to 20 μm is desirable. If it is less than 1 μm, the resistance value is
Does not work as an electrode because it is too large, on the other hand, exceeds 20 μm
Is easy to peel due to the stress of the conductor and the conductor
It is. As the chuck top conductor layer 62, for example,
For example, copper, titanium, chromium, nickel, precious metals (gold, silver,
Refractory metals such as platinum, tungsten, and molybdenum
It is possible to use at least one metal selected from
Wear. In the wafer prober having such a configuration, the
A silicon wafer with an integrated circuit formed on it
Later, a probe card with tester pins
Pressurize and apply voltage while heating and cooling
Tests can be conducted. Also, such a wafer
Helium leaks from the ceramic substrate that constitutes the prober
The leak amount was 10-7Pa
・ MThree / Sec (He) or less, and the ceramic base
The plate is sintered sufficiently densely and this wafer prober
Excellent temperature rise and fall characteristics, withstand voltage and Young's modulus decrease at high temperature
And the wafer prober may be warped.
Absent. When manufacturing a wafer prober, for example,
For example, as in the case of the electrostatic chuck,
The embedded ceramic substrate is manufactured, and then the ceramic
Grooves on the surface of the substrate, and then
Applying sputtering and plating to the surface
A layer may be formed. [0086] The present invention will be described in more detail below. (Examples 1 to 7) Production of electrostatic chuck 101 (see FIG. 3)
Construction (1) Aluminum nitride fired at 500 ° C for 1 hour in air
Powder (manufactured by Tokuyama Corporation, average particle size 0.6 μm) 100
0 parts by weight, 40 weights of yttria (average particle size: 0.4 μm)
Parts, 115 parts by weight of acrylic binder, 5 parts by weight of dispersant
And alcohol comprising 1-butanol and ethanol
Using a paste mixed with 530 parts by weight of
Molding by the reed method
Was obtained. (2) Next, the green sheet is heated to 80 ° C.
After drying for 5 hours, the diameter is 1.8m by punching
m, 3.0 mm, 5.0 mm semiconductor wafer support pins
Portion to be inserted through hole, for connecting with external terminal
A portion to be a through hole was provided. (3) Tungsten powder having an average particle diameter of 1 μm
-Bite particles 100 parts by weight, acrylic binder 3.0
Parts by weight, 3.5 parts by weight of α-terpineol solvent and
0.3 parts by weight of powder was mixed to prepare a conductor paste A
Was. 100 weight of tungsten particles having an average particle diameter of 3 μm
Parts, 1.9 parts by weight of acrylic binder, α-terpineo
3.7 parts by weight of dispersant and 0.2 parts by weight of dispersant
Thus, a conductor paste B was prepared. This conductive paste A
Is printed on the green sheet by screen printing,
A strike layer was formed. The printing pattern is a concentric pattern
did. In addition, another green sheet having the shape shown in FIG.
A conductive paste layer composed of an electrostatic electrode pattern was formed. Further, through holes for connecting external terminals are provided.
The conductive paste B was filled in the through hole for the hole. Above
The finished green sheet 50 has additional tongues
Green sheet 50 'without printing ten paste
(Heating surface) 34 sheets, 13 sheets on the lower side are laminated, and then
A grid printed with a conductive paste layer consisting of electrode patterns
Layer 50, and then tungsten
2 green sheets 50 'with no paste printed
Laminate these at 130 ° C., 80 kgf / cmTwo Pressure
To form a laminate (FIG. 8A). (4) Next, the obtained laminated body is
Medium, degreased at 600 ° C for 5 hours, 1890 ° C, shown in Table 1.
Like, pressure 0-200kgf / cmTwo Hot for 3 hours
Press to obtain 3mm thick aluminum nitride plate
Was. This is cut out into a 230 mm disc and the thickness is
6 μm, 10 mm wide resistance heating element 5 and 10 μm thick
Chuck positive electrode electrostatic layer 2 and chuck negative electrode electrostatic layer 3
(FIG. 8B). (5) Next, the plate obtained in (4) is
After polishing with a diamond grindstone, a mask is placed and Si
Bottom hole for thermocouple on the surface by blasting with C etc.
(Diameter: 1.2 mm, depth: 2.0 mm). (6) Further, through holes are formed.
The portions that are present are cut out to form blind holes 35 and 36 (FIG. 8).
(C)) In the blind holes 35, 36, gold made of Ni-Au is used.
Using a wax, heat and reflow at 700 ° C to make Kovar
The external terminals 6 and 18 were connected (FIG. 8D). In addition,
External terminals are connected by a tungsten support at three points
Is desirable. Connection reliability can be ensured
This is because that. (7) Next, a plurality of thermoelectric devices for controlling temperature
Electrostatic chamber having a resistance heating element 5 with a pair embedded in a bottomed hole
Of the hook 101 has been completed. Manufactured in this way
Ceramic of electrostatic chuck 101 having resistance heating element 5
Withstand voltage, thermal conductivity, warpage of substrate (ceramic dielectric film)
Amount, oxygen content, leak amount, fracture toughness value by the following method
Was measured. The results are shown in Table 1 below. (8) Next, this electrostatic chuck 101 is
11 supporting container 41 made of stainless steel having a sectional shape of 11
Ceramic fiber (made by IBIDEN)
) Through a heat insulating material 45. This branch
The holding container 41 has a cooling gas outlet 42 for cooling gas,
The temperature of the electric chuck 101 can be adjusted. this
Resistance of the electrostatic chuck 101 fitted in the support container 41
The heating element 5 is energized to raise the temperature, and
The temperature of the electrostatic chuck 101 was controlled by flowing a coolant through the
However, the temperature could be controlled very well. Embodiment 8 An electrostatic chuck 201 (see FIG. 5)
Production) (1) Aluminum nitride fired at 500 ° C for 1 hour in air
Powder (manufactured by Tokuyama Corporation, average particle size 0.6 μm) 100
0 parts by weight, 40 weights of yttria (average particle size: 0.4 μm)
Parts, 115 parts by weight of acrylic binder, 5 parts by weight of dispersant
And alcohol comprising 1-butanol and ethanol
Using a paste mixed with 530 parts by weight of
Molding by the reed method
Was obtained. (2) Next, the green sheet is heated to 80 ° C.
After drying for 5 hours, the diameter is 1.8m by punching
m, 3.0 mm, 5.0 mm semiconductor wafer support pins
Portion to be inserted through hole, for connecting with external terminal
A portion to be a through hole was provided. (3) A tungsten powder having an average particle diameter of 1 μm
-Bite particles 100 parts by weight, acrylic binder 3.0
Parts by weight, 3.5 parts by weight of α-terpineol solvent and
0.3 parts by weight of powder was mixed to prepare a conductor paste A
Was. 100 weight of tungsten particles having an average particle diameter of 3 μm
Parts, 1.9 parts by weight of acrylic binder, α-terpineo
3.7 parts by weight of dispersant and 0.2 parts by weight of dispersant
Thus, a conductor paste B was prepared. This conductive paste A
Is printed on the green sheet by screen printing.
Conductor paste layer consisting of electrostatic electrode pattern of the shape shown
Was formed. Further, through holes for connecting external terminals are provided.
The conductive paste B was filled in the through hole for the hole. Above
The finished green sheet 50 has additional tongues
Green sheet 50 'without printing ten paste
(Heated surface), and 48 sheets on the lower side.
0 ° C, 80kgf / cmTwo Pressure to form a laminate
Done. (4) Next, the obtained laminated body is
Medium, degreasing at 600 ° C for 5 hours, 1890 ° C, pressure 200
kgf / cmTwo Hot press for 3 hours
An aluminum nitride plate was obtained. This is a 230mm circle
Cut out into a plate shape and hold a 15 μm thick chuck positive electrode
Aluminum nitride having an electric layer 2 and a chuck negative electrode electrostatic layer 3
It was a plate made of aluminum. (5) The bottom surface of the plate obtained in (4) above is
Place the disk and heat the surface by blasting with SiC etc.
A concave portion (not shown) for a thermocouple and the like were provided. (6) Next, the surface facing the wafer mounting surface
The resistance heating element 25 was printed on the (bottom). Printing is conductive page
The strike was used. The conductive paste is
-Sol manufactured by Tokuriki Chemical Laboratory used for forming holes
Best PS603D was used. This conductive paste
Silver / lead paste, lead oxide, zinc oxide, silica, acid
Metal oxides consisting of boron oxide and alumina
The amount ratio is 5/55/10/25/5), and 100 weight of silver
Parts by weight. Also, silver
The shape was scaly with an average particle size of 4.5 μm. (7) Plates printed with conductive paste are
Sinter silver and lead in conductive paste by heating and baking at 80 ° C
And baked on a ceramic substrate. Further sulfur
Nickel acid 30g / l, boric acid 30g / l, ammonium chloride
Contains 30 g / l of sodium and 60 g / l of Rochelle salt
Immerse the plate into an electroless nickel plating bath composed of an aqueous solution
Then, the surface of the silver sintered body 15 was 1 μm thick and contained boron.
A nickel layer 25a having a weight of 1% by weight or less was deposited.
Thereafter, the plate is annealed at 120 ° C. for 3 hours.
Was given. A resistance heating element made of a silver sintered body has a thickness of 5 mm.
μm, a width of 2.4 mm, and a sheet resistivity of 7.7 mΩ /
It was □. (8) Next, a through hole is formed on the ceramic substrate.
A blind hole for exposing the nozzle 16 was provided. N
i-Au alloy (Au 81.5% by weight, Ni 18.4% by weight
%, Impurities 0.1% by weight).
Heat and reflow at 0 ° C to connect external terminal pins made of Kovar.
Continued. Also, solder (tin 9 / lead 1) to the resistance heating element
An external terminal pin made of Kovar was formed through the intermediary. (9) Next, a plurality of thermocouples for temperature control
Was embedded in the concave portion to obtain an electrostatic chuck 201. This
Electrostatic chuck 2 having resistance heating element 5 manufactured as described above
01 ceramic substrate (ceramic dielectric film)
Pressure, thermal conductivity, warpage, oxygen content, leakage, fracture toughness
The property values were measured by the following methods. The results are shown in the table below.
1 is shown. (10) Next, this electrostatic chuck 201 is
Stainless steel support container 41 having the sectional shape of FIG.
Ceramic fiber (made by IBIDEN)
(Wool). this
The support container 41 has a cooling gas outlet 42 for cooling gas,
The temperature of the electrostatic chuck 201 can be adjusted. This
Of the electrostatic chuck 201 fitted in the support container 41
Energize the anti-heating element 15 to raise the temperature and support
The temperature of the electrostatic chuck 201 is controlled by flowing a coolant through the container.
However, the temperature could be controlled very well. (Embodiment 9) Electrostatic chuck 301 (see FIG.
6) Manufacturing (1) Punching 10μm thick tungsten foil
Thus, two electrodes having the shape shown in FIG. 9 were formed. This
Of two electrodes and tungsten wire in air at 500 ° C
Aluminum nitride powder (manufactured by Tokuyama Corporation, average particle size: 1.
1 μm) 1000 parts by weight, yttria (average particle diameter: 0.1
4 μm) 40 parts by weight, 115 parts by weight of acrylic binder
In both cases, put them in a mold and press them in nitrogen gas at 1890 ° C and pressure.
Force 200kgf / cmTwo Hot press for 3 hours
A 3 mm aluminum nitride plate was obtained. This is diameter 2
Aluminum nitride plate cut out into a 30mm disk
It was a shape. At this time, the thickness of the electrostatic electrode layer is 10 μm
Met. (2) For this plate-like body,
By performing the steps (5) to (7), the electrostatic chuck 301 is
Obtained. With the resistance heating element 5 manufactured in this manner,
The ceramic substrate of the electric chuck 301 (ceramic dielectric)
Voltage), thermal conductivity, warpage, oxygen content, leak
The amount and fracture toughness value were measured by the following methods. as a result
Are shown in Table 1 below. (Embodiment 10) The electrostatic chuck 401 (see FIG.
7) Manufacturing After performing the steps (1) to (5) of Example 8, furthermore,
Nickel is sprayed on the bottom, and then lead-tellurium-based
By joining the Che elements, the electrostatic chuck 401
Got. It has the resistance heating element 5 manufactured in this way.
Ceramic substrate of the electrostatic chuck 401 (ceramic dielectric
Withstand voltage, thermal conductivity, warpage, oxygen content,
And the fracture toughness value were measured by the following methods. The result
The results are shown in Table 1 below. The static electricity produced in this way
The chuck 401 has excellent temperature-lowering characteristics, and is cooled by a Peltier element.
After cooling, the temperature dropped from 450 ° C to 100 ° C in 3 minutes.
Was. Comparative Example 1 Production of Electrostatic Chuck Aluminum nitride powder (manufactured by Tokuyama Corporation, average particle size 1.1
μm) 1000 parts by weight, yttria (average particle size: 0.4
μm) 40 parts by weight, acrylic binder 115 parts by weight, min
From 5 parts by weight of powder and 1-butanol and ethanol
Paste containing 530 parts by weight of alcohol
Then, forming by the doctor blade method was performed to obtain a thickness of 0.1 mm.
Same as Example 1 except that a 47 mm green sheet was obtained.
Thus, an electrostatic chuck was manufactured. Made in this way
Ceramic base of electrostatic chuck with fabricated resistive heating element
Withstand voltage, thermal conductivity, warpage of plate (ceramic dielectric film)
Amount, oxygen content, leak amount, fracture toughness value by the following method
Was measured. The results are shown in Table 1 below. Comparative Example 2 Production of Electrostatic Chuck Aluminum nitride powder (manufactured by Tokuyama Corporation, average particle size 1.1
μm) 1000 parts by weight, acrylic binder 115 parts by weight
Parts, 5 parts by weight of a dispersant and 1-butanol and ethanol
Containing 530 parts by weight of alcohol consisting of
Using the doctor blade method
Example 1 except that a 0.47 mm green sheet was obtained.
In the same manner as in the above, an electrostatic chuck was manufactured. Like this
Chuck ceramic with resistance heating element
Substrate (ceramic dielectric film) withstand voltage, thermal conductivity,
The following methods are used to determine the amount of leakage, oxygen content, leakage, and fracture toughness.
Was measured by The results are shown in Table 1 below. [0111]Evaluation method (1) Withstand voltage of ceramic substrate (ceramic dielectric film)
Evaluation of Electrostatic chucks manufactured in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 and 2
The metal electrode on the electrostatic chuck, and
A voltage that applies a voltage between the pole layer and the electrode and causes dielectric breakdown
Was measured. (2) Thermal conductivity a. Used equipment Ligag Laser Flash Method Thermal Constant Measurement System LF / TCM-FA8510B b. Test condition. Temperature: 25 ° C, 450 ° C Atmosphere: vacuum c. Measuring method ・ Temperature detection in specific heat measurement uses silver paste on the back of the sample.
The measurement was performed using a thermocouple (platinel) adhered to the above. ・ At room temperature specific heat measurement, light receiving plate (glassy
Carbon) bonded with silicon grease
The specific heat (Cp) of the sample was calculated according to the following equation (1).
I asked. [0113] (Equation 1) In the above equation (1), ΔOIs the input
The energy, ΔT, is the saturation value of the temperature rise of the sample, Cp
GC Is the specific heat of glassy carbon, WGC Is
Sea carbon weight, CpSG Of the silicon grease
Specific heat, WSG Is the weight of silicon grease, W is the sample
Weight. (3) Warpage amount Heat up to 450 ° C and 150kgcmTwo Loaded
Then, cool down to 25 ° C and use a shape measuring instrument (Nano
) Was used to measure the amount of warpage. (4) Oxygen content Trials sintered under the same conditions as the sintered bodies according to the examples and comparative examples
The material is ground in a tungsten mortar and 0.01 g of this is collected.
Sample heating temperature 2200 ° C, heating time 30 seconds 1 condition
Oxygen / nitridation simultaneous analyzer (TC-13 manufactured by LECO)
6). (5) Leak amount Trials sintered under the same conditions as the sintered bodies according to the examples and comparative examples
Fee (area 706.5mm Two , Thickness 1mm)
Type helium leak detector (“MSE” manufactured by Shimadzu Corporation)
-11AU / TP type ")
Was measured. (6) Fracture toughness value Vickers hardness tester (MVK-D type manufactured by Akashi Seisakusho)
The indenter is pressed into the surface and the length of the crack
It was measured and calculated using the following formula (2). [0118] Fracture toughness = 0.026 x E1/2 × 0.5 × P1/2 × a × C-3/2... (2) In the above equation (2), E is Young
Rate (3.18 × 1011Pa), P is the indentation load (9
8N), a is half (m) of the average length of the indentation diagonal, C
Is half the average crack length (m). (Embodiment 11) A wafer prober 501 (see FIG.
11) Production (1) Aluminum nitride powder (manufactured by Tokuyama Corporation, average particle size
1.1 μm) 1000 parts by weight, yttria (average particle size:
0.4 μm) 40 parts by weight, acrylic binder 115 parts by weight
Parts, 0.002 parts by weight of boron nitride, 5 parts by weight of a dispersant and
Alcohol 53 comprising 1-butanol and ethanol
Using a paste mixed with 0 parts by weight, doctor blade
Molding by a green method, a 0.47 mm thick green sheet
I got it. (2) Next, the green sheet is heated to 80 ° C.
After drying for 5 hours, heat-generating body and external end by punching
Provided through holes for through holes for connection with slave pins
Was. (3) Tungsten powder having an average particle diameter of 1 μm
-Binder particles 100 parts by weight, acrylic binder 3.0
Parts by weight, 3.5 parts by weight of α-terpineol solvent and dispersion
The conductive paste A was prepared by mixing 0.3 parts by weight of the agent. Ma
100 weight of tungsten particles having an average particle diameter of 3 μm
Parts, 1.9 parts by weight of acrylic binder, α-terpineo
3.7 parts by weight of dispersant and 0.2 parts by weight of dispersant
Thus, a conductive paste B was obtained. Next, the conductive sheet is placed on the green sheet.
Screen printing using strike A, grid-like guard electrode
The printed body for printing and the printed body for ground electrode were printed. Also the end
Conductive through hole for through hole to connect with slave pin
The conductive paste B was filled. Further, a printed green sheet and
50 sheets of unprinted green sheets are stacked and 1
30 ° C, 80kgf / cmTwo With the pressure of
A laminate was produced from the laminate. (4) Next, this laminate is placed in nitrogen gas for 6 hours.
Degreasing at 00 ° C for 5 hours, 1890 ° C, pressure 200kgf
/ CmTwo Hot-press for 3 hours with a 3 mm thick nitride
A luminium plate was obtained. The obtained plate-like body was treated with a diameter of 30.
Cut out into a 0mm circular shape to make a ceramic plate
Was. The size of the through hole 16 is 0.2 mm in diameter and
It was 0.2 mm. The guard electrode 65 and the ground electrode 66
The thickness of the guard electrode 65 is 10 μm.
1 mm from the mounting surface, the formation position of the ground electrode 66 is
It was 1.2 mm from the wafer mounting surface. In addition, guard electric
Conductor-free area 66a of pole 65 and ground electrode 66
Of one side was 0.5 mm. (5) The plate obtained in the above (4) is
After polishing with a Monde whetstone, place a mask on SiC etc.
Pits and recesses for thermocouples on the surface
Groove 67 for eha suction (width 0.5 mm, depth 0.5 mm)
Was provided. (6) Further, a surface facing the wafer mounting surface
The layer for forming the resistance heating element 61 was printed thereon. printing
Used a conductive paste. The conductive paste is printed
Tokuriki chemistry research used to form through holes in wire
In-house Solvest PS603D was used. This conductive line
The paste is silver / lead paste, lead oxide, zinc oxide,
Metal oxides composed of silica, boron oxide and alumina
The weight ratio of each is 5/55/10/25/5)
It contained 7.5 parts by weight with respect to 100 parts by weight.
In addition, the shape of silver has an average particle size of 4.5 μm and a scale shape.
Met. (7) The heater plate on which the conductive paste is printed is
By heating and firing at 780 ° C, silver and lead in the conductive paste are fired.
And baked on the ceramic substrate 63. Sa
In addition, nickel sulfate 30 g / l, boric acid 30 g / l, chloride
Ammonium 30g / l and Rochelle salt 60g / l
Heater for electroless nickel plating bath consisting of aqueous solution containing
The plate is immersed, and a 1 μm-thick
Nickel layer containing 1% by weight or less of urine (not shown)
Was precipitated. After that, the heater plate is kept at 120 ° C. for 3 hours.
An annealing treatment was performed. Heating element made of sintered silver
Has a thickness of 5 μm, a width of 2.4 mm, and a sheet resistivity of
It was 7.7 mΩ / □. (8) Sputtering is performed on the surface on which the groove 67 is formed.
The titanium layer, molybdenum layer, and nickel
A Kell layer was formed. Equipment for sputtering
SV-4540 manufactured by Vacuum Engineering Co., Ltd. was used. S
The conditions of the puttering were as follows: atmospheric pressure 0.6 Pa, temperature 100 ° C,
Power is 200W and sputtering time is 30 seconds
Adjusted by each metal within a range of 1 minute. Got
The thickness of the film was determined from the image of the fluorescent X-ray analyzer.
0.3 μm, molybdenum layer 2 μm, nickel layer 1 μm
m. (9) Nickel sulfate 30 g / l, boric acid 3
0 g / l, ammonium chloride 30 g / l and roche
Electroless nickel consisting of an aqueous solution containing 60 g / l salt
Immerse the ceramic plate obtained in (8) above in a bath
Thickness on the surface of the metal layer formed by sputtering.
Nickel layer having a thickness of 7 μm and a boron content of 1% by weight or less
Was annealed at 120 ° C. for 3 hours. resistance
The surface of the heating element is covered with electrolytic nickel plating without passing current.
Not overturned. Further, 2 g of potassium potassium cyanide /
l, ammonium chloride 75 g / l, sodium citrate
50 g / l and 10 g / l sodium hypophosphite
Immersed in an electroless gold plating solution at 93 ° C. for 1 minute,
Form a 1μm thick gold plating layer on the nickel plating layer
Was. (10) Air suction from groove 67 to the back
Hole 68 is formed by drilling, and through hole
A blind hole (not shown) for exposing 16 was provided. This
Ni-Au alloy (Au 81.5% by weight, Ni1
8.4% by weight, impurities 0.1% by weight)
Used, heated at 970 ° C and reflowed to make Kovar external end
The child pin was connected. In addition, solder (tin 9
0% by weight / lead 10% by weight)
A child pin was formed. (11) Next, a plurality of thermoelectric
The pair is embedded in the concave portion to obtain a wafer prober heater 501.
Was. Heat the wafer prober with heater to 200 ° C
Then, the temperature was raised to 200 ° C. in about 20 seconds. Also,
The ceramic substrate constituting this wafer prober with heater
Withstand voltage, thermal conductivity, warpage, oxygen content, leak of plate
The amount and the fracture toughness value were measured by the above-described evaluation methods. So
Are shown in Table 1 below. (Example 12) 1 hour in air at 500 ° C
Sintered silicon nitride powder (manufactured by Tokuyama, average particle size 0.6
μm) 100 parts by weight, yttria (average particle size: 0.4 μm)
m) 40 parts by weight, 20 parts by weight of alumina, 40 parts by weight of silica
Parts, acrylic binder 11.5 parts by weight, dispersant 0.5 weight
Parts, and 1-butanol and ethanol
Use a paste mixed with 53 parts by weight of alcohol,
Formed by tar blade method, thickness 0.50mm
Green sheet was obtained. Using this green sheet
The firing conditions were as follows: temperature 1900 ° C, pressure 200 kgf / c
mTwo Except that the steps (2) to (8) of Example 1
Similarly, an electrostatic chuck was manufactured. Obtained electrostatic tea
Voltage, warpage, oxygen content,
Leak amount and fracture toughness were measured by the above evaluation methods.
Was. The results are shown in Table 1 below. (Comparative Example 3) The amount of yttria was 0.2 weight
Except that the electrostatic chuck was used in the same manner as in Example 7.
Manufactured. Resistance of the ceramic substrate of the obtained electrostatic chuck
Voltage, thermal conductivity, warpage, oxygen content, leak amount, breakdown
The toughness value was measured by the evaluation method described above. The result
The results are shown in Table 1 below. Comparative Example 4 The firing temperature was 1600 ° C.
Except that no pressing was performed, the electrostatic
A chuck was manufactured. Ceramics of the obtained electrostatic chuck
Voltage, thermal conductivity, warpage, oxygen content, leakage
And the fracture toughness value were measured by the above-described evaluation methods.
The results are shown in Table 1 below. (Example 13) 300 kgf / cmTwo Add
The electrostatic chuck was operated in the same manner as in Example 1 except that pressure was applied.
Was manufactured. The obtained electrostatic chuck ceramic substrate
Withstand voltage, thermal conductivity, warpage, oxygen content, leak amount, breakage
The fracture toughness value was measured by the evaluation method described above. as a result
Are shown in Table 1 below. [0139] [Table 1] As is clear from the results shown in Table 1, the actual
Ceramic constituting electrostatic chucks according to Examples 1 to 13
On the substrate, a helium leak detector measured with a helium leak detector was used.
The leak amount of all-7Pa ・ mThree / Sec or less
Therefore, their withstand voltage shows a large value,
The characteristics are good and the amount of warpage is a small value. On the other hand, the ratio
The ceramic substrate constituting the electrostatic chucks of Comparative Examples 1 to 4
Indicates that the leak amount of helium is 10-7Pa ・ mThree
/ Sec, these withstand voltages are quite small.
The temperature rise and fall characteristics are poor, and the amount of warpage is large.
All the results were inferior to Examples 1 to 13.
Indicates the value. As described above, the ceramic substrate of the present invention
Is 10 measured by a helium leak detector.-7Pa
・ MThree / Sec (He)
The amount of decrease in thermal conductivity at high temperatures is small.
No. Also, the withstand voltage at high temperature is high. Also, the amount of warpage is small
No. Also, if the leak amount is 10-13 Pa ・ mThree / Sec (H
In the case of e), on the contrary, the amount of decrease in thermal conductivity becomes large,
In addition, the fracture toughness value also decreases. The reason is not clear
However, if the densification proceeds too much, oxygen
Diffuses into the crystal, lowering the crystallinity,
The cracks are easier to extend
Estimated. [0142] As described above, the ceramic of the present invention
The substrate was measured with a helium leak detector and measured at 10
-7Pa ・ mThree / Sec (He) or less
It has excellent temperature rise / fall characteristics and high temperature resistance
The voltage is large and the amount of warpage is small.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明のセラミック基板を用いたセラミックヒ
ータの一例を模式的に示す平面図である。 【図2】図1に示したセラミックヒータの部分拡大断面
図である。 【図3】本発明のセラミック基板を用いた静電チャック
の一例を模式的に示す断面図である。 【図4】図3に示した静電チャックのA−A線断面図で
ある。 【図5】本発明のセラミック基板を用いた静電チャック
の一例を模式的に示す断面図である。 【図6】本発明のセラミック基板を用いた静電チャック
の一例を模式的に示す断面図である。 【図7】本発明のセラミック基板を用いた静電チャック
の一例を模式的に示す断面図である。 【図8】(a)〜(d)は、図5に示した静電チャック
の製造工程の一部を模式的に示す断面図である。 【図9】本発明に係る静電チャックを構成する静電電極
の形状を模式的に示した水平断面図である。 【図10】本発明に係る静電チャックを構成する静電電
極の形状を模式的に示した水平断面図である。 【図11】本発明に係る静電チャックを支持容器に嵌め
込んだ状態を模式的に示した断面図である。 【図12】本発明のセラミック基板を用いたウエハプロ
ーバを模式的に示した断面図である。 【図13】図12に示したウエハプローバのガード電極
を模式的に示した断面図である。 【符号の説明】 101、201、301、401 静電チャック 1 セラミック基板 2、22、32a、32b チャック正極静電層 3、23、33a、33b チャック負極静電層 2a、3a 半円弧状部 2b、3b 櫛歯部 4 セラミック誘電体膜 5、12 抵抗発熱体 6、13、18 外部端子 7 金属線 8 ペルチェ素子 9 シリコンウエハ 11 セラミック基板 14 有底孔 15 貫通孔 19 スルーホール 26 支持ピン
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a plan view schematically showing an example of a ceramic heater using a ceramic substrate of the present invention. FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of the ceramic heater shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing one example of an electrostatic chuck using the ceramic substrate of the present invention. 4 is a cross-sectional view of the electrostatic chuck shown in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing one example of an electrostatic chuck using the ceramic substrate of the present invention. FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing one example of an electrostatic chuck using the ceramic substrate of the present invention. FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing one example of an electrostatic chuck using the ceramic substrate of the present invention. FIGS. 8A to 8D are cross-sectional views schematically showing a part of the manufacturing process of the electrostatic chuck shown in FIG. FIG. 9 is a horizontal sectional view schematically showing a shape of an electrostatic electrode constituting the electrostatic chuck according to the present invention. FIG. 10 is a horizontal sectional view schematically showing the shape of an electrostatic electrode constituting the electrostatic chuck according to the present invention. FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing a state where the electrostatic chuck according to the present invention is fitted into a support container. FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a wafer prober using the ceramic substrate of the present invention. 13 is a cross-sectional view schematically showing a guard electrode of the wafer prober shown in FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 101, 201, 301, 401 Electrostatic chuck 1 Ceramic substrate 2, 22, 32a, 32b Chuck positive electrode electrostatic layers 3, 23, 33a, 33b Chuck negative electrode electrostatic layers 2a, 3a Semicircular portion 2b , 3b comb tooth part 4 ceramic dielectric film 5, 12 resistance heating element 6, 13, 18 external terminal 7 metal wire 8 Peltier element 9 silicon wafer 11 ceramic substrate 14 bottomed hole 15 through hole 19 through hole 26 support pin

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3K092 PP20 QA05 QB02 QB03 QB43 RF03 RF11 RF17 RF27 SS12 SS34 VV40 4G030 AA01 AA02 AA03 AA04 AA07 AA12 AA16 AA17 AA32 AA35 AA36 AA37 AA40 AA45 AA47 AA49 AA50 AA51 AA52 AA60 AA61 BA12 BA20 BA21 BA23 CA07 CA08 GA11 GA19 GA24 GA27 GA29 GA35 5F031 CA02 HA02 HA16 HA33 HA37 MA28 MA32 PA13 PA30    ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    F term (reference) 3K092 PP20 QA05 QB02 QB03 QB43                       RF03 RF11 RF17 RF27 SS12                       SS34 VV40                 4G030 AA01 AA02 AA03 AA04 AA07                       AA12 AA16 AA17 AA32 AA35                       AA36 AA37 AA40 AA45 AA47                       AA49 AA50 AA51 AA52 AA60                       AA61 BA12 BA20 BA21 BA23                       CA07 CA08 GA11 GA19 GA24                       GA27 GA29 GA35                 5F031 CA02 HA02 HA16 HA33 HA37                       MA28 MA32 PA13 PA30

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 セラミック基板の表面または内部に導電
体が形成されてなるセラミック基板において、前記セラ
ミック基板は、ヘリウムリークディテクタによる測定で
10-7Pa・m 3 /sec(He)以下のリーク量であ
るセラミック基板。
[Claims] 1. A conductive material on the surface or inside of a ceramic substrate
A ceramic substrate on which a body is formed;
Mic substrate is measured by helium leak detector.
10-7Pa ・ m Three / Sec (He) or less
Ceramic substrate.
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