JP2004168658A - Ceramic substrate for semiconductor manufacture/inspection apparatus - Google Patents

Ceramic substrate for semiconductor manufacture/inspection apparatus Download PDF

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Yasuji Hiramatsu
靖二 平松
Yasutaka Ito
康隆 伊藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic substrate for a semiconductor manufacture/inspection apparatus which is free from the falling-off of particles by polishing and has a flatly formed surface because the ceramic substrate has excellent sintering properties and high density, small inner pore diameter and the firm joint of the particles to each other constituting a sintered compact. <P>SOLUTION: In the ceramic substrate having a conductor formed in the inside or on the surface of a ceramic substrate, the glossiness of the surface of the ceramic substrate is ≥2%. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

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半導体製造・検査装置用セラミック基板に関する。 The present invention relates to a ceramic substrate mainly used in the semiconductor industry, and in particular, has a high withstand voltage, and when used for an electrostatic chuck, has an excellent ability to attract a semiconductor wafer and is used as a hot plate (heater). In some cases, the present invention relates to a ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus having excellent temperature rise / fall characteristics.

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。 2. Description of the Related Art Semiconductors are extremely important products required in various industries. For example, semiconductor chips are prepared by slicing a silicon single crystal to a predetermined thickness to produce a silicon wafer, and then forming a plurality of integrated circuits on the silicon wafer. And the like.

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。 In this semiconductor chip manufacturing process, various processes such as etching and CVD are performed on a silicon wafer mounted on an electrostatic chuck to form a conductor circuit, an element, and the like. At this time, since corrosive gases are used as a deposition gas, an etching gas, and the like, it is necessary to protect the electrostatic electrode layer from corrosion by these gases, and it is necessary to induce an adsorption force. Therefore, the electrostatic electrode layer is usually covered with a ceramic dielectric film or the like.

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が開示されている。 Conventionally, a nitride ceramic has been used as the ceramic dielectric film. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-8140 discloses an electrostatic chuck using a nitride such as aluminum nitride. Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-48668 discloses a carbon-containing aluminum nitride having an Al-ON structure.

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、粒子が脱落してこれがウエハ等に付着してパーティクルとなり、半導体ウエハに回路を形成する際の不良発生の原因となっていた。 However, in the electrostatic chuck using these ceramics, particles fall off and adhere to a wafer or the like to form particles, which causes a defect when a circuit is formed on a semiconductor wafer.

また、セラミックには焼結助剤を添加するが、焼結助剤は通常、粒子境界に存在して欠陥となり、高温での曲げ強度等の強度低下を招く。このような問題は、静電チャックに限らず、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・検査用の種々のセラミック基板に見られることが判った。 Further, a sintering aid is added to the ceramic, but the sintering aid is usually present at the grain boundary and becomes a defect, resulting in a decrease in strength such as bending strength at a high temperature. It has been found that such a problem is found not only in the electrostatic chuck but also in various ceramic substrates for manufacturing and inspecting semiconductors in which a conductor is formed on the surface or inside of the ceramic substrate.

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、セラミック粒子を含む成形体を焼成して焼結体とする際、その破壊断面が粒子内破壊となるように焼結させればよいことを知見した。具体的には、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焼結を行うことにより、破壊断面が粒子内破壊となるように焼結させ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。 The present inventors have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, when firing a molded body containing ceramic particles into a sintered body, the sintered body is sintered so that the fracture cross section is intra-particle fracture. I learned that it was good. Specifically, the surface of the nitride ceramic particles is first oxidized, and then the oxide is added and sintering is performed, so that the sintering is performed so that the fracture cross section becomes intra-particle fracture. The inventors have found that the present invention can be performed, and have completed the present invention.

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半導体製造・検査装置用セラミック基板であって、上記セラミック基板は、その破壊断面が粒子内破壊となるように焼結されてなることを特徴とする半導体製造・検査装置用セラミック基板である。 That is, the present invention relates to a ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus having a conductor formed on the surface or inside thereof, wherein the ceramic substrate is sintered so that its fracture cross section becomes intra-particle fracture. A ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus, characterized in that:

本発明でいう半導体製造・検査装置とは、セラミックヒータ(ホットプレート)、ウエハプローバ、静電チャック等の半導体製造、検査に使用される装置をいう。以下、半導体製造・検査装置用セラミック基板のことを、単にセラミック基板ということとする。 The semiconductor manufacturing / inspection apparatus according to the present invention refers to an apparatus used for semiconductor manufacturing and inspection such as a ceramic heater (hot plate), a wafer prober, and an electrostatic chuck. Hereinafter, the ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus is simply referred to as a ceramic substrate.

また、本発明でいう粒子内破壊とは、破壊断面を観察した際、セラミック粒子間の境界ではなく、セラミック粒子の内部で破壊が生じている場合を指し、粒内破壊と同義である。セラミック基板は、その破壊断面が粒子内破壊となるように焼結されているため、粒子の脱落が少なく、パーティクルが発生しにくい。また、粒子間に障壁が殆どなく、高温での強度が高い。 In addition, the intragranular fracture referred to in the present invention refers to a case where a fracture occurs not inside a boundary between ceramic particles but inside a ceramic particle when a fracture cross section is observed, and is synonymous with intragranular fracture. Since the ceramic substrate is sintered so that its fracture cross section is broken within particles, particles are less likely to fall off and particles are less likely to be generated. Further, there is almost no barrier between the particles, and the strength at high temperatures is high.

また、破壊断面が粒子内破壊となるセラミック基板は、剛性が高いため、反りがなく、高温においても自重による反り量が少ない。特に、直径200mm以上、厚さ25mm以下の大型で、薄いセラミック基板は、高温において、自重による反りが発生しやすい。このため、セラミック基板と半導体ウエハとの間の距離が不均一となるため、半導体ウエハを均一に加熱できなかったり、半導体ウエハに力が加わった場合に、破損したりするという問題があった。本発明では、常温のみならず、高温でも反り量が少ないため、半導体ウエハの均一加熱特性に優れるとともに、ウエハプローバに使用した場合に、半導体ウエハが破損することがない。 Further, since the ceramic substrate whose fracture cross section is broken within particles has high rigidity, there is no warpage, and the amount of warpage due to its own weight is small even at a high temperature. In particular, a large, thin ceramic substrate having a diameter of 200 mm or more and a thickness of 25 mm or less tends to warp due to its own weight at high temperatures. For this reason, the distance between the ceramic substrate and the semiconductor wafer becomes non-uniform, so that there is a problem that the semiconductor wafer cannot be heated uniformly, or the semiconductor wafer is damaged when a force is applied. In the present invention, since the amount of warpage is small not only at room temperature but also at high temperature, the semiconductor wafer is excellent in uniform heating characteristics, and the semiconductor wafer is not damaged when used in a wafer prober.

また、本発明のセラミック基板は、反り量が、100μm以下であることが望ましい。上記反り量が100μmを超えると、被加熱物である半導体ウエハとセラミック基板との間で距離のばらつきが大きくなるため、半導体ウエハを均一に加熱することができないとともに、ウエハプローバに使用した場合に、半導体ウエハが破損することがあるからである。 The ceramic substrate of the present invention preferably has a warpage of 100 μm or less. If the warpage exceeds 100 μm, the distance between the semiconductor wafer to be heated and the ceramic substrate greatly varies, so that the semiconductor wafer cannot be heated uniformly and when used in a wafer prober. This is because the semiconductor wafer may be damaged.

本発明のセラミック基板は、100〜800℃で使用することが望ましい。高温での強度が改善され、反りを防止することができるからである。特に200℃以上で使用するのが最適である。 The ceramic substrate of the present invention is desirably used at 100 to 800 ° C. This is because high-temperature strength is improved and warpage can be prevented. Particularly, it is optimal to use at 200 ° C. or higher.

本発明のセラミック基板は、その破壊断面が粒子内破壊となるように焼結されてなるので、高温での強度特性にも優れ、パーティクル数が少なく、半導体製造・検査装置用セラミック基板としては最適である。 Since the ceramic substrate of the present invention is sintered so that its fracture cross section is broken inside the particles, it has excellent strength characteristics at high temperatures, has a small number of particles, and is optimal as a ceramic substrate for semiconductor manufacturing / inspection equipment. It is.

本発明においては、例えば、窒化物セラミック原料の粒子の表面を最初に酸化しておき、次に、酸化物を添加して成形、焼成を行うことにより、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、このような焼結体を破壊した場合には、破壊断面が粒子内破壊となる。 In the present invention, for example, the surface of the particles of the nitride ceramic raw material is first oxidized, and then the oxide is added, followed by molding and firing, whereby the oxide layer of the nitride ceramic and the added oxide are added. A sintered body in which the objects are integrated is formed, and when such a sintered body is broken, the fracture cross section becomes intra-particle fracture.

この場合、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望ましい。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10分〜3時間加熱することが望ましい。 In this case, the oxide to be added is preferably an oxide of an element constituting the nitride ceramic. This is because it is the same as the surface oxide layer of the nitride ceramic and is extremely easy to be sintered. In order to oxidize the surface of the nitride ceramic, it is desirable to heat at 500 to 1000 ° C. for 10 minutes to 3 hours in oxygen or air.

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0.05〜80ppm(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。 The average particle size of the nitride ceramic powder used for sintering is preferably about 0.1 to 5 μm. This is because sintering is easy. Further, it is desirable that the content of Si is 0.05 to 50 ppm and the content of S is 0.05 to 80 ppm (all by weight). This is because these are considered to combine the added oxide with the oxide film on the nitride ceramic surface. Other firing conditions will be described later in detail in a method of manufacturing an electrostatic chuck.

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、欠陥が生ずるため、高温での曲げ強度が低下し、一方、酸素量が10重量%を超えると、粒子境界に偏析した酸素等が欠陥となり、やはり高温での曲げ強度が低下するからである。本発明では、破壊断面が粒子内破壊となっているかどうかは、2000〜5000倍の電子顕微鏡写真により確認する。 The ceramic substrate obtained by firing using the above method preferably contains 0.05 to 10% by weight of oxygen. If the content is less than 0.05% by weight, sintering does not proceed and fracture occurs at the grain boundaries, and defects occur, so that the flexural strength at high temperatures decreases. This is because oxygen and the like segregated in the steel become defects, and the bending strength at high temperatures is also lowered. In the present invention, whether or not the fractured cross section is fractured within the particle is confirmed by an electron microscope photograph at a magnification of 2000 to 5000 times.

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。 In the present invention, the ceramic substrate is made of a nitride ceramic containing oxygen, and the maximum pore size is preferably 50 μm or less, and the porosity is preferably 5% or less. The ceramic substrate has no pores or, if pores exist, the maximum pore diameter is desirably 50 μm or less.

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が明確ではないが、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。 When no pores are present, the withstand voltage at high temperatures is particularly high, and when pores are present, the fracture toughness value is high. Or either the design for this is the vary required characteristics. The reason why the fracture toughness value is increased by the presence of the pores is not clear, but it is estimated that the cracks are stopped by the pores.

本発明で、最大気孔の気孔径が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のが難しくなるからである。最大気孔の気孔径は、10μm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。 In the present invention, the pore diameter of the maximum pore is desirably 50 μm or less, because if the pore diameter exceeds 50 μm, it becomes difficult to secure a withstand voltage characteristic at a high temperature, particularly at 200 ° C. or more. The pore diameter of the largest pore is desirably 10 μm or less. This is because the amount of warpage at 200 ° C. or more is reduced.

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。 The porosity and the maximum pore diameter are adjusted by the pressurization time, pressure, temperature, and additives such as SiC and BN during sintering. Since SiC and BN inhibit sintering, pores can be introduced.

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、2000〜5000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。 When measuring the pore diameter of the largest pore, five samples are prepared, the surface thereof is mirror-polished, and the surface is photographed at 10 times with an electron microscope at a magnification of 2000 to 5000 times. Then, the maximum pore diameter is selected from the photographed images, and the average of 50 shots is defined as the maximum pore diameter.

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から気孔率を計算するのである。 The porosity is measured by the Archimedes method. Pulverize the sintered body, put the pulverized material in an organic solvent or mercury, measure the volume, calculate the true specific gravity from the weight and volume of the pulverized material, calculate the porosity from the true specific gravity and the apparent specific gravity .

本発明のセラミック基板の直径は200mm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。 The diameter of the ceramic substrate of the present invention is desirably 200 mm or more. In particular, it is desirable to be 12 inches (300 mm) or more. This is because it will become the mainstream of next-generation semiconductor wafers.

本発明のセラミック基板の厚さは、50mm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。セラミック基板の厚さは、特に5mm以下が最適である。なお、セラミック基板の厚さは、1mm以上が望ましい。 The thickness of the ceramic substrate of the present invention is desirably 50 mm or less, and particularly desirably 25 mm or less. When the thickness of the ceramic substrate exceeds 25 mm, the heat capacity of the ceramic substrate may be too large. In particular, when heating and cooling are performed by providing a temperature control unit, the temperature followability is reduced due to the large heat capacity. This is because there is a case where it is lost. The thickness of the ceramic substrate is most preferably 5 mm or less. The thickness of the ceramic substrate is desirably 1 mm or more.

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、窒化物セラミックまたは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、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、炭化ジルコニウム、炭化タンタル、炭化タングステン等が挙げられる。さらに、酸化物セラミックでは、アルミナ、シリカ、ベリリアなどを使用する。 The ceramic material constituting the ceramic substrate of the present invention is not particularly limited, but is preferably a nitride ceramic or a carbide ceramic. Examples of the nitride ceramic include metal nitride ceramics such as aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, and titanium nitride. Examples of the carbide ceramic include silicon carbide, titanium carbide, zirconium carbide, tantalum carbide, and tungsten carbide. Further, in the case of oxide ceramics, alumina, silica, beryllia and the like are used.

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。 Among these nitride ceramics, aluminum nitride is particularly preferred. This is because the thermal conductivity is the highest at 180 W / m · K.

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、アルミナ(Al23 )、酸化ルビジウム(Rb2 O)、酸化リチウム(Li2 O)、酸化カルシウム(CaO)、シリカ(SiO2 )等が挙げられる。これらの含有量は、0.1〜20重量%が好ましい。特に、窒化アルミニウムの場合には、酸化物としてアルミナが好ましく、窒化ケイ素の場合には、酸化物としてシリカが最適である。但し、希土類元素の酸化物は好ましくない。例えば、Y23 、Er23 などを添加すると、粒子境界破壊となりやすいため、好ましくない。 In the present invention, it is desirable that the ceramic substrate contains an oxide. Examples of the oxide include alumina (Al 2 O 3 ), rubidium oxide (Rb 2 O), lithium oxide (Li 2 O), calcium oxide (CaO), and silica (SiO 2 ). The content of these is preferably 0.1 to 20% by weight. Particularly, in the case of aluminum nitride, alumina is preferable as the oxide, and in the case of silicon nitride, silica is most suitable as the oxide. However, oxides of rare earth elements are not preferred. For example, addition of Y 2 O 3 , Er 2 O 3, etc. is not preferable because it is likely to cause grain boundary destruction.

本発明では、セラミック基板中に5〜5000ppm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、50〜2000ppmがより好ましい。 In the present invention, it is desirable that the ceramic substrate contains 5 to 5000 ppm of carbon. By containing carbon, the ceramic substrate can be blackened, and radiant heat can be sufficiently utilized when used as a heater. The carbon may be amorphous or crystalline. When amorphous carbon is used, a decrease in volume resistivity at a high temperature can be prevented, and when a crystalline material is used, a decrease in thermal conductivity at a high temperature can be prevented. Because. Therefore, depending on the application, both crystalline carbon and amorphous carbon may be used in combination. Further, the content of carbon is more preferably 50 to 2000 ppm.

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N6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。 When carbon is contained in the ceramic substrate, it is desirable that carbon be contained so that its brightness is N6 or less as a value based on the provisions of JIS Z 8721. This is because a material having such a lightness is excellent in radiant heat and concealing property.

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〜N10に対応する色票と比較して行う。この場合の小数点1位は0または5とする。 Here, N of lightness is 0 for ideal black lightness and 10 for ideal white lightness, and between these black lightness and white lightness, the perception of the lightness of the color is Each color is divided into 10 so as to have a uniform rate, and displayed by symbols N0 to N10. The actual measurement of lightness is performed by comparing with color patches corresponding to N0 to N10. In this case, the first decimal place is 0 or 5.

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、ホットプレート(セラミックヒータ)、ウエハプローバなどが挙げられる。 The ceramic substrate of the present invention is a ceramic substrate used for an apparatus for manufacturing a semiconductor or inspecting a semiconductor. Specific examples of the apparatus include an electrostatic chuck, a hot plate (ceramic heater), and a wafer prober. Is mentioned.

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。
When the conductor formed inside the ceramic substrate is a resistance heating element, it can be used as a ceramic heater (hot plate).
FIG. 1 is a plan view schematically showing an example of a ceramic heater which is an embodiment of the ceramic substrate of the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged sectional view showing a part of the ceramic heater shown in FIG. is there.

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。 The ceramic substrate 11 is formed in a disk shape, and a resistance heating element 12 as a temperature control means is formed in a concentric pattern inside the ceramic substrate 11. Further, these resistance heating elements 12 are connected such that double concentric circles close to each other form a single line as a set of circuits, and external terminals 13 serving as input / output terminals are provided at both ends of the circuit. They are connected via through holes 19.

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11a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。 As shown in FIG. 2, a through hole 15 is provided in the ceramic substrate 11, a support pin 26 is inserted through the through hole 15, and the silicon wafer 9 is held. By raising and lowering the support pins 26, the silicon wafer 9 is received from the transporter, the silicon wafer 9 is placed on the wafer processing surface 11a of the ceramic substrate 11 and heated, and the silicon wafer 9 is moved to the wafer processing surface 11a. It can be supported and heated in a state where it is separated from it by a certain interval. The bottom surface 11a of the ceramic substrate 11 is provided with a bottomed hole 14 for inserting a temperature measuring element such as a thermocouple. Then, when the resistance heating element 12 is energized, the ceramic substrate 11 is heated, so that an object to be heated such as a silicon wafer can be heated.

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。本発明では、発熱体は、加熱面の反対側から60%以内の位置に配置されることが望ましい。これは、発熱体から加熱面までの距離を確保して、加熱面の温度分布の均一性を確保するためである。 The resistance heating element may be provided inside the ceramic substrate, or may be provided on the bottom surface of the ceramic substrate. When a resistance heating element is provided, a blowing port for a refrigerant such as air may be provided as a cooling means in a support container into which the ceramic substrate is fitted. When the resistance heating element is provided inside the ceramic substrate, a plurality of layers may be provided. In this case, it is desirable that the patterns of the respective layers are formed so as to complement each other, and that the pattern is formed in any layer when viewed from the heating surface. For example, a staggered arrangement is used. In the present invention, it is desirable that the heating element is arranged at a position within 60% from the opposite side of the heating surface. This is to ensure the distance from the heating element to the heating surface and to ensure uniformity of the temperature distribution on the heating surface.

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。 Examples of the resistance heating element include a sintered body of metal or conductive ceramic, a metal foil, a metal wire, and the like. As the metal sintered body, at least one selected from tungsten and molybdenum is preferable. This is because these metals are relatively hard to oxidize and have a resistance value sufficient to generate heat.

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。 As the conductive ceramic, at least one selected from carbides of tungsten and molybdenum can be used. Further, when a resistance heating element is formed on the bottom surface of the ceramic substrate, it is desirable to use a noble metal (gold, silver, palladium, platinum) or nickel as the metal sintered body. Specifically, silver, silver-palladium, or the like can be used. The metal particles used in the metal sintered body may be spherical, flaky, or a mixture of spherical and flaky.

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。 When forming the resistance heating element on the surface of the ceramic substrate, a metal oxide may be added to the metal and sintered. The use of the metal oxide is for bringing the ceramic substrate and the metal particles into close contact. The reason why the metal oxide improves the adhesion between the ceramic substrate and the metal particles is not clear, but the surface of the metal particles is slightly formed with an oxide film. Of course, even in the case of a non-oxide ceramic, an oxide film is formed on the surface. Therefore, it is considered that this oxide film is sintered and integrated on the surface of the ceramic substrate via the metal oxide, and the metal particles and the ceramic substrate adhere to each other.

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(B23 )、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。 As the metal oxide, for example, at least one selected from the group consisting of lead oxide, zinc oxide, silica, boron oxide (B 2 O 3 ), alumina, yttria, and titania is preferable. This is because these oxides can improve the adhesion between the metal particles and the ceramic substrate without increasing the resistance value of the resistance heating element.

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。 It is desirable that the metal oxide is present in an amount of from 0.1 part by weight to less than 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal particles. By using a metal oxide in this range, the resistance value does not become too large, and the adhesion between the metal particles and the ceramic substrate can be improved.

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20〜70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。 The ratio of lead oxide, zinc oxide, silica, boron oxide (B 2 O 3 ), alumina, yttria, and titania is such that when the total amount of the metal oxide is 100 parts by weight, the lead oxide is 1 to 10 parts by weight. 1 to 30 parts by weight of silica, 5 to 50 parts by weight of boron oxide, 20 to 70 parts by weight of zinc oxide, 1 to 10 parts by weight of alumina, 1 to 50 parts by weight of yttria, 1 to 50 parts by weight of titania Is preferred. However, it is desirable that the total be adjusted within a range not exceeding 100 parts by weight. This is because these ranges are particularly ranges in which the adhesion to the ceramic substrate can be improved.

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。 When the resistance heating element is provided on the bottom surface of the ceramic substrate, it is desirable that the surface of the resistance heating element 25 be covered with a metal layer 25a (see FIG. 5). The resistance heating element 25 is a sintered body of metal particles, and is easily oxidized when exposed, and the oxidation changes the resistance value. Therefore, oxidation can be prevented by coating the surface with the metal layer 25a.

金属層25aの厚さは、0.1〜100μm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。 The thickness of the metal layer 25a is desirably 0.1 to 100 μm. This is because the oxidation of the resistance heating element can be prevented without changing the resistance value of the resistance heating element. The metal used for coating may be a non-oxidizing metal. Specifically, at least one selected from gold, silver, palladium, platinum, and nickel is preferable. Of these, nickel is more preferred. The resistance heating element requires a terminal for connection to a power supply, and this terminal is attached to the resistance heating element via solder. Nickel prevents thermal diffusion of the solder. As the connection terminal, an external terminal made of Kovar can be used.

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。 When the resistance heating element is formed inside the ceramic substrate, no coating is required because the surface of the resistance heating element is not oxidized. When the resistance heating element is formed inside the heater plate, a part of the surface of the resistance heating element may be exposed.

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。 A metal foil or a metal wire can be used as the resistance heating element. As the metal foil, it is desirable to use a nickel foil or a stainless steel foil as a resistance heating element by forming a pattern by etching or the like. The patterned metal foil may be bonded with a resin film or the like. Examples of the metal wire include a tungsten wire and a molybdenum wire.

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。
When the conductor formed inside the ceramic substrate is an electrostatic electrode layer, the ceramic substrate can be used as an electrostatic chuck. In this case, the RF electrode and the heating element may be formed below the electrostatic electrode and as a conductor in the ceramic substrate.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view schematically showing one embodiment of the electrostatic chuck according to the present invention, and FIG. 4 is a sectional view taken along line AA of the electrostatic chuck shown in FIG.

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。 In the electrostatic chuck 101, an electrostatic electrode layer including a chuck positive electrostatic layer 2 and a chuck negative electrostatic layer 3 is embedded in a disk-shaped ceramic substrate 1. A thin ceramic layer 4 (hereinafter referred to as a ceramic dielectric film) is formed thereon. A silicon wafer 9 is placed on the electrostatic chuck 101 and is grounded.

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。 As shown in FIG. 4, the chuck positive electrode electrostatic layer 2 includes a semicircular arc portion 2a and a comb tooth portion 2b, and the chuck negative electrode electrostatic layer 3 also includes a semicircular arc portion 3a and a comb tooth portion 3b. The chucking positive electrode electrostatic layer 2 and the chucking negative electrode electrostatic layer 3 are arranged to face each other so as to intersect the comb teeth portions 2b and 3b. the electrostatic layer 3, and the + side of each DC power source - is the side connected, the DC voltage V 2 is adapted to be applied.

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。 Further, inside the ceramic substrate 1, a resistance heating element 5 having a concentric circular shape in plan view as shown in FIG. 1 is provided in order to control the temperature of the silicon wafer 9. the external terminal is connected, is fixed, so that the voltages V 1 is applied. Although not shown in FIGS. 3 and 4, this ceramic substrate 1 has a bottomed hole for inserting a temperature measuring element and a support for supporting and raising and lowering the silicon wafer 9 as shown in FIGS. A through hole for inserting a pin (not shown) is formed. Note that the resistance heating element may be formed on the bottom surface of the ceramic substrate.

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。 When the electrostatic chuck 101 is operated, a DC voltage V 2 is applied to the chuck positive electrostatic layer 2 and the chuck negative electrostatic layer 3. As a result, the silicon wafer 9 is adsorbed and fixed to these electrodes via the ceramic dielectric film 4 by the electrostatic action of the chuck positive electrode electrostatic layer 2 and the chuck negative electrode electrostatic layer 3. . After fixing the silicon wafer 9 on the electrostatic chuck 101 in this manner, various processes such as CVD are performed on the silicon wafer 9.

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50μm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。このような構成のセラミック誘電体膜4では、耐電圧を低下させる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、高温でもセラミック誘電体膜の耐電圧が低下することがない。 In the electrostatic chuck 101, the ceramic dielectric film 4 is preferably made of a nitride ceramic containing oxygen, and has a porosity of 5% or less and a maximum pore diameter of 50 μm or less. It is desirable that the pores in the ceramic dielectric film 4 be constituted by pores independent of each other. In the ceramic dielectric film 4 having such a configuration, a gas or the like that lowers the withstand voltage may permeate the ceramic dielectric film and corrode the electrostatic electrode, or the withstand voltage of the ceramic dielectric film may decrease even at a high temperature. Absent.

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。 As the temperature control means, in addition to the resistance heating element 12, a Peltier element (see FIG. 7) can be used. When a Peltier element is used as the temperature control means, it is advantageous that both heat generation and cooling can be performed by changing the direction of current flow. As shown in FIG. 7, the Peltier element 8 is formed by connecting p-type and n-type thermoelectric elements 81 in series and joining them to a ceramic plate 82 or the like. Examples of the Peltier element include silicon-germanium-based, bismuth-antimony-based, and lead / tellurium-based materials.

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。 The electrostatic chuck of the present invention has, for example, a configuration as shown in FIGS. Although the material of the ceramic substrate and the like have already been described, in the following, other members constituting the above-mentioned electrostatic chuck, and other embodiments of the electrostatic chuck of the present invention will be sequentially described in detail. To go.

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。 The ceramic dielectric film used in the electrostatic chuck of the present invention is preferably made of a nitride ceramic. Examples of the nitride ceramic include those similar to the ceramic substrate. It is desirable that the nitride ceramic contains oxygen. In this case, the sintering of the nitride ceramic proceeds easily, and even when the nitride ceramic contains pores, the pores become independent pores, and the withstand voltage is improved.

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、0.1〜10重量部が好ましい。 In order to make the above-mentioned nitride ceramic contain oxygen, usually, a metal oxide is mixed into a raw material powder of the nitride ceramic and firing is performed. Examples of the metal oxide include alumina (Al 2 O 3 ) and silicon oxide (SiO 2 ). The addition amount of these metal oxides is preferably 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the nitride ceramic.

セラミック誘電体膜の厚さを、50〜5000μm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5000μm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。 By setting the thickness of the ceramic dielectric film to 50 to 5000 μm, a sufficient withstand voltage can be secured without reducing the chucking force. If the thickness of the ceramic dielectric film is less than 50 μm, a sufficient withstand voltage cannot be obtained because the film thickness is too small, and the dielectric breakdown of the ceramic dielectric film occurs when a silicon wafer is placed and adsorbed. On the other hand, when the thickness of the ceramic dielectric film exceeds 5000 μm, the distance between the silicon wafer and the electrostatic electrode is increased, and the ability to adsorb the silicon wafer is reduced. The thickness of the ceramic dielectric film is preferably 100 to 1500 μm.

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。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。 The porosity of the ceramic dielectric film is preferably 5% or less, and the pore diameter of the largest pore is preferably 50 μm or less. When the porosity exceeds 5%, the number of pores increases, and the pore diameter becomes too large. As a result, the pores easily communicate with each other. With a ceramic dielectric film having such a structure, the withstand voltage decreases. Further, when the pore diameter of the maximum pore exceeds 50 μm, withstand voltage at high temperature cannot be ensured even if the oxide exists at the grain boundary. The porosity is preferably from 0.01 to 3%, and the pore diameter of the maximum pore is preferably from 0.1 to 10 μm.

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。 It is desirable that the ceramic dielectric film contains 50 to 5000 ppm of carbon. This is because the electrode pattern provided in the electrostatic chuck can be concealed and high radiation heat can be obtained. Also, the lower the volume resistivity, the higher the silicon wafer adsorption capacity in a low temperature range.

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。 In the present invention, the reason that a certain amount of pores may exist in the ceramic dielectric film is that the fracture toughness value can be increased, thereby improving the thermal shock resistance. .

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。 Examples of the electrostatic electrode include a sintered body of metal or conductive ceramic, a metal foil, and the like. The metal sintered body is preferably made of at least one selected from tungsten and molybdenum. It is desirable that the metal foil is also made of the same material as the metal sintered body. This is because these metals are relatively hard to oxidize and have sufficient conductivity as electrodes. As the conductive ceramic, at least one selected from carbides of tungsten and molybdenum can be used.

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。 9 and 10 are horizontal cross-sectional views schematically showing electrostatic electrodes in another electrostatic chuck. In the electrostatic chuck 20 shown in FIG. 9, a semicircular chuck positive electrode is provided inside the ceramic substrate 1. An electrostatic layer 22 and a chuck negative electrode electrostatic layer 23 are formed. In the electrostatic chuck shown in FIG. 10, chuck positive electrode electrostatic layers 32a and 32b each having a shape obtained by dividing a circle into four inside a ceramic substrate 1 and a chuck negative electrode. Electrostatic layers 33a and 33b are formed. Further, the two positive electrode electrostatic layers 22a and 22b and the two chuck negative electrode electrostatic layers 33a and 33b are formed so as to cross each other. In the case of forming an electrode in which a circular electrode or the like is divided, the number of divisions is not particularly limited, and may be five or more, and the shape is not limited to a sector.

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101、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301、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。 As shown in FIG. 3, for example, as shown in FIG. 3, a chuck positive electrostatic layer 2 and a chuck negative electrostatic layer 3 are provided between a ceramic substrate 1 and a ceramic dielectric film 4. An electrostatic chuck 101 having a structure in which a resistance heating element 5 is provided inside a substrate 1. As shown in FIG. 5, a chuck positive electrostatic layer 2 and a chuck negative electrode are provided between a ceramic substrate 1 and a ceramic dielectric film 4. An electrostatic chuck 201 having a structure in which an electrostatic layer 3 is provided and a resistance heating element 25 is provided on the bottom surface of the ceramic substrate 1, as shown in FIG. 6, between the ceramic substrate 1 and the ceramic dielectric film 4. An electrostatic chuck 301 having a configuration in which a chuck positive electrode electrostatic layer 2 and a chuck negative electrode electrostatic layer 3 are provided and a metal wire 7 serving as a resistance heating element is embedded inside a ceramic substrate 1, as shown in FIG. Cerami The chuck positive electrode electrostatic layer 2 and the chuck negative electrode electrostatic layer 3 are provided between the ceramic substrate 1 and the ceramic dielectric film 4, and a Peltier element 8 composed of a thermoelectric element 81 and a ceramic plate 82 is provided on the bottom surface of the ceramic substrate 1. An example of the formed structure is an electrostatic chuck 401.

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。 In the present invention, as shown in FIGS. 3 to 7, the chuck positive electrostatic layer 2 and the chuck negative electrostatic layer 3 are provided between the ceramic substrate 1 and the ceramic dielectric film 4. Since the resistance heating element 5 and the metal wire 7 are formed on the substrate, connecting portions (through holes) 16 and 17 for connecting these to external terminals are required. The through holes 16 and 17 are formed by filling a high melting point metal such as a tungsten paste or a molybdenum paste or a conductive ceramic such as tungsten carbide or molybdenum carbide.

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)。 The diameter of the connection portions (through holes) 16 and 17 is preferably 0.1 to 10 mm. This is because cracks and distortion can be prevented while preventing disconnection. The external terminals 6 and 18 are connected using the through holes as connection pads (see FIG. 8D).

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。 Connection is made with solder or brazing material. As the brazing material, silver brazing, palladium brazing, aluminum brazing, or gold brazing is used. As the gold solder, an Au-Ni alloy is desirable. This is because the Au-Ni alloy has excellent adhesion to tungsten.

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。 The ratio of Au / Ni is desirably [81.5 to 82.5 (% by weight)] / [18.5 to 17.5 (% by weight)]. The thickness of the Au—Ni layer is desirably 0.1 to 50 μm. This is because the range is sufficient to secure the connection. When used in a high vacuum of 10 -6 to 10 -5 Pa at a high temperature of 500 to 1000 ° C., the Au—Cu alloy deteriorates, but the Au—Ni alloy has no such deterioration and is advantageous. The amount of the impurity element in the Au—Ni alloy is desirably less than 1 part by weight when the total amount is 100 parts by weight.

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。 In the present invention, a thermocouple can be embedded in the bottomed hole of the ceramic substrate as needed. This is because the temperature of the resistance heating element can be measured with a thermocouple, and the voltage and current amount can be changed based on the data to control the temperature. The size of the joining part of the metal wires of the thermocouple is preferably equal to or larger than the wire diameter of each metal wire and 0.5 mm or less. With such a configuration, the heat capacity of the junction is reduced, and the temperature is accurately and quickly converted to a current value. For this reason, the temperature controllability is improved, and the temperature distribution on the heated surface of the wafer is reduced. Examples of the thermocouple include K-type, R-type, B-type, S-type, E-type, J-type, and T-type thermocouples as described in JIS-C-1602 (1980).

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101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。 FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing a supporting container 41 for fitting the electrostatic chuck of the present invention having the above configuration. The electrostatic chuck 101 is fitted into the support container 41 via a heat insulating material 45. Further, the support container 11 is formed with a refrigerant outlet 42, the refrigerant is blown from the refrigerant inlet 44, and passes through the refrigerant outlet 42 and exits from the suction port 43. By the action of the refrigerant, the electrostatic chuck 101 can be cooled.

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、シリカ、イオウなどの焼結助剤、触媒を加えてもよい。
Next, an example of a method for manufacturing an electrostatic chuck, which is an example of the ceramic substrate of the present invention, will be described with reference to the cross-sectional views shown in FIGS.
(1) First, a green sheet 50 is obtained by mixing a ceramic powder such as a nitride ceramic or a carbide ceramic with a binder and a solvent. As the above-mentioned ceramic powder, for example, aluminum nitride powder containing oxygen obtained by firing in an oxidizing atmosphere can be used. If necessary, a sintering aid such as alumina, silica, sulfur or the like, or a catalyst may be added.

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。 Note that several or one green sheet 50 ′ to be laminated on the green sheet on which the electrostatic electrode layer printed body 51 described later is formed is a layer to be the ceramic dielectric film 4. The composition may be different from that of the substrate. Usually, it is desirable to use the same material for the ceramic dielectric film 4 and the material for the ceramic substrate 1. This is because these are often sintered integrally, and the firing conditions are the same. However, when the materials are different, a ceramic substrate may be manufactured first, an electrostatic electrode layer may be formed thereon, and a ceramic dielectric film may be formed thereon.

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。 The binder is preferably at least one selected from an acrylic binder, ethyl cellulose, butyl cellosolve, and polyvinyl alcohol. Further, as the solvent, at least one selected from α-terpineol and glycol is desirable. A paste obtained by mixing these is formed into a sheet by a doctor blade method to produce a green sheet 50.

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。 If necessary, the green sheet 50 may be provided with through holes for inserting support pins of the silicon wafer, recesses for burying thermocouples, portions for forming through holes, and the like. The through holes can be formed by punching or the like. The thickness of the green sheet 50 is preferably about 0.1 to 5 mm.

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。 Next, a conductive paste is filled in the through holes of the green sheet 50 to obtain through-hole prints 53 and 54, and then a conductive paste serving as an electrostatic electrode layer and a resistance heating element is printed on the green sheet 50. The printing is performed so as to obtain a desired aspect ratio in consideration of the shrinkage ratio of the green sheet 50, thereby obtaining the electrostatic electrode layer print body 51 and the resistance heating element layer print body 52. The printed body is formed by printing a conductive paste containing conductive ceramic, metal particles, and the like.

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。 As the conductive ceramic particles contained in these conductive pastes, carbides of tungsten or molybdenum are most suitable. This is because it is difficult to be oxidized and the thermal conductivity is not easily reduced. Further, as the metal particles, for example, tungsten, molybdenum, platinum, nickel and the like can be used.

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。 The average particle diameter of the conductive ceramic particles and the metal particles is preferably 0.1 to 5 μm. This is because it is difficult to print the conductor paste when these particles are too large or too small. As such a paste, 85 to 97 parts by weight of metal particles or conductive ceramic particles, 1.5 to 10 parts by weight of at least one binder selected from acrylic, ethyl cellulose, butyl cellosolve and polyvinyl alcohol, α-terpineol, glycol A paste for a conductor prepared by mixing 1.5 to 10 parts by weight of at least one solvent selected from ethyl alcohol and butanol is most suitable.

次に、図8(a)に示すように、印刷体51、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50′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。 Next, as shown in FIG. 8A, a green sheet 50 having prints 51, 52, 53 and 54 and a green sheet 50 'having no print are laminated. The reason why the green sheet 50 'having no printed body is laminated on the resistance heating element formation side is to prevent the end face of the through hole from being exposed and being oxidized at the time of firing for forming the resistance heating element. is there. If baking for forming the resistance heating element is performed while the end face of the through hole is exposed, it is necessary to sputter a hardly oxidizable metal such as nickel, and more preferably, to coat with Au-Ni gold solder. Is also good.

(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、1000〜2000℃、加圧は100〜200kg/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、17、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。 (2) Next, as shown in FIG. 8B, the laminate is heated and pressed to sinter the green sheet and the conductive paste. The heating temperature is preferably from 1000 to 2000 ° C., and the pressurization is preferably from 100 to 200 kg / cm 2 , and the heating and pressurization are performed in an inert gas atmosphere. As the inert gas, argon, nitrogen, or the like can be used. In this step, the through holes 16 and 17, the chuck positive electrode electrostatic layer 2, the chuck negative electrode electrostatic layer 3, the resistance heating element 5, and the like are formed.

(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35、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。 (3) Next, as shown in FIG. 8C, blind holes 35 and 36 for connecting external terminals are provided. At least a part of the inner walls of the blind holes 35 and 36 is conductive, and the conductive inner walls are connected to the chuck positive electrostatic layer 2, the chuck negative electrostatic layer 3, the resistance heating element 5, and the like. It is desirable.

(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12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。 (7) Finally, as shown in FIG. 8 (d), external terminals 6, 18 are provided in the blind holes 35, 36 via gold brazing. Further, if necessary, a bottomed hole 12 can be provided, and a thermocouple can be embedded therein. As the solder, alloys such as silver-lead, lead-tin, and bismuth-tin can be used. Note that the thickness of the solder layer is desirably 0.1 to 50 μm. This is because the range is sufficient to secure the connection by soldering.

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。 In the above description, the electrostatic chuck 101 (see FIG. 3) is taken as an example. However, when manufacturing the electrostatic chuck 201 (see FIG. 5), after manufacturing a ceramic plate having an electrostatic electrode layer, A conductive paste may be printed and fired on the bottom surface of the plate to form the resistance heating element 25, and then the metal layer 25a may be formed by electroless plating or the like. When the electrostatic chuck 301 (see FIG. 6) is manufactured, a metal foil or a metal wire may be embedded in a ceramic powder as an electrostatic electrode or a resistance heating element and sintered. Further, when manufacturing the electrostatic chuck 401 (see FIG. 7), after manufacturing a ceramic plate having an electrostatic electrode layer, a Peltier element may be joined to the ceramic plate via a sprayed metal layer.

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。 Conductors are disposed on the surface and inside of the ceramic substrate of the present invention, when the conductor layer on the surface is a chuck top conductor layer and the conductor inside is at least one of a guard electrode or a ground electrode, The ceramic substrate functions as a wafer prober.

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12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。
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of the wafer prober of the present invention, and FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line AA of the wafer prober shown in FIG.
In the wafer prober 501, a concentric groove 67 in plan view is formed on the surface of the disc-shaped ceramic substrate 63, and a plurality of suction holes 68 for sucking a silicon wafer are provided in a part of the groove 67. A chuck top conductor layer 62 for connecting to an electrode of a silicon wafer is formed in a circular shape on most of the ceramic substrate 63 including the groove 67.

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。 On the other hand, a heating element 61 having a concentric circular shape in plan view as shown in FIG. 1 is provided on the bottom surface of the ceramic substrate 63 in order to control the temperature of the silicon wafer. Terminals (not shown) are connected and fixed. Further, inside the ceramic substrate 63, a guard electrode 65 and a ground electrode 66 (see FIG. 13) having a lattice shape in plan view are provided for removing stray capacitors and noise. The materials of the guard electrode 65 and the ground electrode 66 may be the same as those of the electrostatic electrode.

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。 The thickness of the chuck top conductor layer 62 is desirably 1 to 20 μm. If the thickness is less than 1 μm, the resistance value is too high to act as an electrode.

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。 As the chuck top conductor layer 62, for example, at least one kind of metal selected from high melting point metals such as copper, titanium, chromium, nickel, noble metals (gold, silver, platinum, etc.), tungsten, and molybdenum can be used. .

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。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。 In such a wafer prober, a silicon wafer on which an integrated circuit is formed is placed thereon, and a probe card having tester pins is pressed against the silicon wafer, and a voltage is applied while heating and cooling to conduct a continuity test. It can be performed. In the case of manufacturing a wafer prober, for example, similarly to the case of an electrostatic chuck, first, a ceramic substrate in which a resistance heating element is embedded is manufactured, and then, a groove is formed on the surface of the ceramic substrate, and then, Then, a metal layer may be formed by performing sputtering, plating, or the like on the surface portion where the groove is formed.

以下、本発明をさらに詳細に説明する。
(実施例1)静電チャック(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1.1μm)1000重量部、アルミナ(平均粒径:0.4μm)20重量部、アクリルバインダ115重量部、CaS:0.07重量部、シリカ0.03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。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
(Example 1) Production of electrostatic chuck (see FIG. 3) (1) 1000 parts by weight of aluminum nitride powder (manufactured by Tokuyama Corporation, average particle size 1.1 μm) fired at 500 ° C. for 1 hour in air, alumina (average) 20 parts by weight, 115 parts by weight of acrylic binder, 0.07 parts by weight of CaS, 0.03 parts by weight of silica, 5 parts by weight of dispersant, and 530 parts by weight of alcohol composed of 1-butanol and ethanol Was molded by a doctor blade method using a paste obtained by mixing the above, to obtain a green sheet having a thickness of 0.47 mm.

(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1.8mm、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。 (2) Next, after drying the green sheet at 80 ° C. for 5 hours, a portion to be a through hole for inserting a semiconductor wafer support pin having a diameter of 1.8 mm, 3.0 mm, or 5.0 mm by punching, an external terminal And a portion serving as a through hole for connection to the substrate.

(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。 (3) 100 parts by weight of tungsten carbide particles having an average particle diameter of 1 μm, 3.0 parts by weight of an acrylic binder, 3.5 parts by weight of an α-terpineol solvent, and 0.3 part by weight of a dispersant are mixed to form a conductive paste A. Prepared. A conductive paste B was prepared by mixing 100 parts by weight of tungsten particles having an average particle diameter of 3 μm, 1.9 parts by weight of an acrylic binder, 3.7 parts by weight of an α-terpineol solvent, and 0.2 parts by weight of a dispersant. The conductive paste A was printed on a green sheet by screen printing to form a conductive paste layer. The printing pattern was a concentric pattern. Further, a conductor paste layer composed of an electrostatic electrode pattern having the shape shown in FIG. 4 was formed on another green sheet.

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℃、80kg/cm2 の圧力で圧着して積層体を形成した(図7(a))。 Further, a conductive paste B was filled in a through hole for a through hole for connecting an external terminal. On the green sheet 50 after the above processing, 34 green sheets 50 ′ on which no tungsten paste is printed are laminated on the upper side (heating surface) and 13 green sheets 50 ′ are laminated on the lower side, and a conductor paste composed of an electrostatic electrode pattern is formed thereon. The green sheet 50 on which the layers are printed is laminated, and two green sheets 50 ′ on which the tungsten paste is not printed are further laminated thereon, and these are pressed at 130 ° C. under a pressure of 80 kg / cm 2 to form a laminate. It was formed (FIG. 7A).

(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150kg/cm2 で3時間ホットプレスし、厚さ3mmの窒化アルミニウム板状体を得た。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7(b))。 (4) Next, the obtained laminate was degreased in nitrogen gas at 600 ° C. for 5 hours and hot-pressed at 1890 ° C. and a pressure of 150 kg / cm 2 for 3 hours to obtain a 3 mm-thick aluminum nitride plate. Was. This was cut out into a disk shape of 230 mm, and a plate-shaped body made of aluminum nitride having therein a resistance heating element 5 having a thickness of 6 μm and a width of 10 mm, and a chuck positive electrostatic layer 2 and a chuck negative electrostatic layer 3 having a thickness of 10 μm. (FIG. 7B).

(5)次に、(4)で得られた板状体を、ダイヤモンド砥石で研磨した後、マスクを載置し、SiC等によるブラスト処理で表面に熱電対のための有底孔(直径:1.2mm、深さ:2.0mm)を設けた。 (5) Next, the plate-like body obtained in (4) is polished with a diamond grindstone, a mask is placed, and a blasting treatment with SiC or the like is performed on the surface to form a bottomed hole for a thermocouple (diameter: 1.2 mm, depth: 2.0 mm).

(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7(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7(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。 (6) Further, the portions where the through holes are formed are cut out to form blind holes 35 and 36 (FIG. 7 (c)), and a gold solder made of Ni-Au is used for the blind holes 35 and 36 at 700 ° C. And the external terminals 6 and 18 made of Kovar were connected (FIG. 7D). The connection of the external terminals is desirably a structure in which a tungsten support is supported at three points. This is because connection reliability can be ensured.

(7)次に、温度制御のための複数の熱電対を有底孔に埋め込み、抵抗発熱体を有する静電チャックの製造を完了した。 (7) Next, a plurality of thermocouples for temperature control were buried in the bottomed holes, and the manufacture of the electrostatic chuck having a resistance heating element was completed.

(実施例2)静電チャック(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1.1μm)1000重量部、アルミナ(平均粒径:0.4μm)20重量部、アクリルバインダ115重量部、シリカ0.03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。
(Example 2) Production of electrostatic chuck (see FIG. 5) (1) 1000 parts by weight of aluminum nitride powder (manufactured by Tokuyama Corporation, average particle size 1.1 μm) fired in air at 500 ° C. for 1 hour, alumina (average) Particle size: 0.4 μm) Doctor using a paste obtained by mixing 20 parts by weight, 115 parts by weight of acrylic binder, 0.03 parts by weight of silica, 5 parts by weight of dispersant, and 530 parts by weight of alcohol composed of 1-butanol and ethanol. The green sheet having a thickness of 0.47 mm was obtained by molding by a blade method.

(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1.8mm、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。 (2) Next, after drying the green sheet at 80 ° C. for 5 hours, a portion to be a through hole for inserting a semiconductor wafer support pin having a diameter of 1.8 mm, 3.0 mm, or 5.0 mm by punching, an external terminal And a portion serving as a through hole for connection to the substrate.

(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。 (3) 100 parts by weight of tungsten carbide particles having an average particle diameter of 1 μm, 3.0 parts by weight of an acrylic binder, 3.5 parts by weight of an α-terpineol solvent, and 0.3 part by weight of a dispersant are mixed to form a conductive paste A. Prepared. A conductive paste B was prepared by mixing 100 parts by weight of tungsten particles having an average particle diameter of 3 μm, 1.9 parts by weight of an acrylic binder, 3.7 parts by weight of an α-terpineol solvent, and 0.2 parts by weight of a dispersant. The conductive paste A was printed on a green sheet by screen printing to form a conductive paste layer having an electrostatic electrode pattern having the shape shown in FIG.

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130℃、80kg/cm2 の圧力で圧着して積層体を形成した。 Further, a conductive paste B was filled in a through hole for a through hole for connecting an external terminal. On the green sheet 50 after the above processing, one green sheet 50 'on which no tungsten paste is printed is further laminated on the upper side (heating surface) and 48 on the lower side, and these are laminated at 130 ° C. and a pressure of 80 kg / cm 2 . To form a laminate.

(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150kg/cm2 で3時間ホットプレスし、厚さ3mmの窒化アルミニウム板状体を得た。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。 (4) Next, the obtained laminate was degreased in nitrogen gas at 600 ° C. for 5 hours and hot-pressed at 1890 ° C. and a pressure of 150 kg / cm 2 for 3 hours to obtain a 3 mm-thick aluminum nitride plate. Was. This was cut into a disk shape of 230 mm, and a plate-shaped body made of aluminum nitride having a 15 μm-thick chuck positive electrode electrostatic layer 2 and a chuck negative electrode electrostatic layer 3 inside.

(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。 (5) A mask was placed on the bottom surface of the plate obtained in the above (4), and a concave portion (not shown) for a thermocouple was provided on the surface by blasting with SiC or the like.

(6)次に、ウエハ載置面に対向する面(底面)に抵抗発熱体を形成するための導体ペーストを印刷した。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。 (6) Next, a conductor paste for forming a resistance heating element was printed on the surface (bottom surface) facing the wafer mounting surface. As the conductive paste, Solvest PS603D manufactured by Tokuri Chemical Laboratory, which is used for forming through holes in a printed wiring board, was used. This conductive paste is a silver / lead paste, and a metal oxide composed of lead oxide, zinc oxide, silica, boron oxide, and alumina (the weight ratio of each is 5/55/10/25/5) is 100 weight of silver. Parts by weight. The silver had a scaly shape with an average particle size of 4.5 μm.

(7)導電ペーストを印刷した板状体を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25の表面に厚さ1μm、ホウ素の含有量が1重量%以下のニッケルからなる金属層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5μm、幅2.4mmであり、面積抵抗率が7.7mΩ/□であった。 (7) The plate-like body on which the conductive paste was printed was heated and fired at 780 ° C. to sinter silver and lead in the conductive paste and to bake the ceramic paste on the ceramic substrate. Further, the plate is immersed in an electroless nickel plating bath comprising an aqueous solution containing 30 g / l of nickel sulfate, 30 g / l of boric acid, 30 g / l of ammonium chloride and 60 g / l of Rochelle salt, and the surface of the silver sintered body 25 is immersed. Then, a metal layer 25a made of nickel having a thickness of 1 μm and a boron content of 1% by weight or less was deposited. Thereafter, the plate was subjected to annealing at 120 ° C. for 3 hours. The resistance heating element made of a silver sintered body had a thickness of 5 μm, a width of 2.4 mm, and an area resistivity of 7.7 mΩ / □.

(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Ni−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、970℃で加熱リフローしてコバール製の外部端子を接続させた。また、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を形成した。 (8) Next, a blind hole for exposing the through hole 16 was provided in the ceramic substrate. An external terminal made of Kovar was connected to the blind hole by heating and reflowing at 970 ° C. using a gold solder made of a Ni—Au alloy (81.5% by weight of Au, 18.4% by weight of Ni, and 0.1% by weight of impurities). Was. External terminals made of Kovar were formed on the resistance heating element via solder (tin 9 / lead 1).

(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。 (9) Next, a plurality of thermocouples for temperature control were buried in the concave portions to obtain the electrostatic chuck 201.

(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25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。 (10) Next, this electrostatic chuck 201 was fitted into a stainless steel support container 41 having a cross-sectional shape shown in FIG. 11 via a heat insulating material 45 made of ceramic fiber (trade name: IBIWOOL, manufactured by IBIDEN). The support container 41 has a cooling gas outlet 42 for cooling gas, and the temperature of the electrostatic chuck 201 can be adjusted. The resistance heating element 25 of the electrostatic chuck 201 fitted in the support container 41 was energized to increase the temperature, and the coolant was passed through the support container to control the temperature of the electrostatic chuck 201. Temperature could be controlled.

(実施例3) 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、空気中で500℃で1時間焼成した窒化ケイ素粉末(平均粒径1.1μm)45重量部、Al23 (平均粒径0.5μm)15重量部、SiO2 (平均粒径0.5μm)40重量部、アクリル系樹脂バインダ(三井化学製SA−545 酸価1.0)8重量部とともに、成形型中に入れて窒素ガス中で1890℃、圧力150kg/cm2 で3時間ホットプレスし、厚さ3mmの窒化アルミニウム板状体を得た。これを直径230mmの円板状に切り出して板状体とした。このとき、静電電極層の厚さは、10μmであった。
Example 3 Production of Electrostatic Chuck 301 (FIG. 6) (1) Two electrodes having the shape shown in FIG. 9 were formed by punching a 10 μm-thick tungsten foil. 45 parts by weight of silicon nitride powder (average particle size 1.1 μm), 15 parts by weight of Al 2 O 3 (average particle size 0.5 μm) Along with 40 parts by weight of SiO 2 (average particle size: 0.5 μm) and 8 parts by weight of an acrylic resin binder (SA-545 manufactured by Mitsui Chemicals, acid value: 1.0), the mixture was put in a mold at 1890 ° C. and pressure in nitrogen gas. Hot pressing was performed at 150 kg / cm 2 for 3 hours to obtain a 3 mm-thick aluminum nitride plate. This was cut into a disk having a diameter of 230 mm to obtain a plate-like body. At this time, the thickness of the electrostatic electrode layer was 10 μm.

(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。 (2) The steps (5) to (7) of Example 1 were performed on this plate to obtain an electrostatic chuck 301.

(実施例4) 静電チャック401(図7)の製造
実施例2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静電チャックは、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。
Example 4 After performing the steps (1) to (5) of Example 2 of manufacturing the electrostatic chuck 401 (FIG. 7), nickel was further sprayed on the bottom surface, and then a lead / tellurium Peltier was used. By joining the elements, an electrostatic chuck 401 was obtained. The thus manufactured electrostatic chuck was excellent in temperature-fall characteristics, and when cooled with a Peltier element, the temperature dropped from 450 ° C. to 100 ° C. in 3 minutes.

(実施例5)ウエハプローバ501(図12参照)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、アルミナ(平均粒径:0.4μm)20重量部、アクリルバインダ115重量部、ポリエーテルスルフォン5重量部、シリカ0.03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。
(Example 5) Production of wafer prober 501 (see FIG. 12) (1) 1000 parts by weight of aluminum nitride powder (manufactured by Tokuyama Corporation, average particle size 1.1 μm), 20 parts by weight of alumina (average particle size: 0.4 μm) Using a paste obtained by mixing 115 parts by weight of an acrylic binder, 5 parts by weight of polyether sulfone, 0.03 parts by weight of silica, 5 parts by weight of a dispersant, and 530 parts by weight of alcohol composed of 1-butanol and ethanol by a doctor blade method. The molding was performed to obtain a green sheet having a thickness of 0.47 mm.

(2)次に、このグリーンシートを80℃で5時間乾燥させた後、パンチングにて発熱体と外部端子と接続するためのスルーホール用の貫通孔を設けた。 (2) Next, after drying the green sheet at 80 ° C. for 5 hours, a through-hole for a through-hole for connecting the heating element to an external terminal was provided by punching.

(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。 (3) 100 parts by weight of tungsten carbide particles having an average particle diameter of 1 μm, 3.0 parts by weight of an acrylic binder, 3.5 parts by weight of an α-terpineol solvent, and 0.3 part by weight of a dispersant were mixed to form a conductive paste A. . Further, 100 parts by weight of tungsten particles having an average particle diameter of 3 μm, 1.9 parts by weight of an acrylic binder, 3.7 parts by weight of an α-terpineol solvent, and 0.2 parts by weight of a dispersant were mixed to form a conductive paste B. .

次に、グリーンシートに、この導電性ペーストAを用いたスクリーン印刷で、格子状のガード電極用印刷体、グランド電極用印刷体を印刷した。また、外部端子と接続するためのスルーホール用の貫通孔に導電性ペーストBを充填した。 Next, a grid-shaped printed body for a guard electrode and a printed body for a ground electrode were printed on the green sheet by screen printing using the conductive paste A. Further, a conductive paste B was filled in a through hole for a through hole for connecting to an external terminal.

さらに、印刷されたグリーンシートおよび印刷がされていないグリーンシートを50枚積層して130℃、80kg/cm2 の圧力で一体化することにより積層体を作製した。 Further, 50 printed green sheets and unprinted green sheets were laminated and integrated at 130 ° C. under a pressure of 80 kg / cm 2 to produce a laminate.

(4)次に、この積層体を窒素ガス中で600℃で5時間脱脂し、1890℃、圧力150kg/cm2 で3時間ホットプレスし、厚さ3mmの窒化アルミニウム板状体を得た。得られた板状体を、直径300mmの円形状に切り出してセラミック製の板状体とした。スルーホール16の大きさは、直径0.2mm、深さ0.2mmであった。 (4) Next, the laminate was degreased in nitrogen gas at 600 ° C. for 5 hours, and hot-pressed at 1890 ° C. and a pressure of 150 kg / cm 2 for 3 hours to obtain an aluminum nitride plate having a thickness of 3 mm. The obtained plate was cut into a circular shape having a diameter of 300 mm to obtain a ceramic plate. The size of the through hole 16 was 0.2 mm in diameter and 0.2 mm in depth.

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。 The thickness of the guard electrode 65 and the ground electrode 66 was 10 μm, the formation position of the guard electrode 65 was 1 mm from the wafer mounting surface, and the formation position of the ground electrode 66 was 1.2 mm from the wafer mounting surface. The size of one side of the conductor non-forming region 66a of the guard electrode 65 and the ground electrode 66 was 0.5 mm.

(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。 (5) After polishing the plate-like body obtained in the above (4) with a diamond grindstone, a mask is placed, and a concave portion for a thermocouple and a groove 67 for wafer adsorption (see FIG. (Width 0.5 mm, depth 0.5 mm).

(6)さらに、ウエハ載置面に対向する面に発熱体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。 (6) Further, a layer for forming the heating element 61 was printed on the surface facing the wafer mounting surface. For printing, a conductive paste was used. As the conductive paste, Solvest PS603D manufactured by Tokuri Chemical Laboratory, which is used for forming through holes in a printed wiring board, was used. This conductive paste is a silver / lead paste, and a metal oxide composed of lead oxide, zinc oxide, silica, boron oxide, and alumina (the weight ratio of each is 5/55/10/25/5) is 100 weight of silver. Parts by weight. The silver had a scaly shape with an average particle size of 4.5 μm.

(7)導電ペーストを印刷したセラミック基板を780℃で加熱焼成して、導電ペースト中の銀、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、銀の焼結体からなる抵抗発熱体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。 (7) The ceramic substrate on which the conductive paste was printed was heated and fired at 780 ° C. to sinter silver and lead in the conductive paste and to bake the ceramic substrate 63. Further, the heater plate is immersed in an electroless nickel plating bath composed of an aqueous solution containing 30 g / l of nickel sulfate, 30 g / l of boric acid, 30 g / l of ammonium chloride and 60 g / l of Rochelle salt, to generate a resistance heating made of a silver sintered body. A nickel layer (not shown) having a thickness of 1 μm and a boron content of 1% by weight or less was deposited on the surface of the body 61. Thereafter, the heater plate was subjected to annealing at 120 ° C. for 3 hours. The heating element made of a silver sintered body had a thickness of 5 μm, a width of 2.4 mm, and a sheet resistivity of 7.7 mΩ / □.

(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1μmであった。 (8) A titanium layer, a molybdenum layer, and a nickel layer were sequentially formed on the surface on which the grooves 67 were formed by a sputtering method. As a device for sputtering, SV-4540 manufactured by Japan Vacuum Engineering Co., Ltd. was used. The sputtering conditions were as follows: atmospheric pressure: 0.6 Pa, temperature: 100 ° C., power: 200 W. Sputtering time was adjusted for each metal within a range of 30 seconds to 1 minute. The thickness of the obtained film was 0.3 μm for the titanium layer, 2 μm for the molybdenum layer, and 1 μm for the nickel layer from the image of the X-ray fluorescence spectrometer.

(9)硫酸ニッケル30g/l、ほう酸30g/l、塩化アンモニウム30g/lおよびロッシェル塩60g/lを含む水溶液からなる無電解ニッケルめっき浴に、上記(8)で得られたセラミック板を浸漬し、スパッタリングにより形成された金属層の表面に厚さ7μm、ホウ素の含有量が1重量%以下のニッケル層を析出させ、120℃で3時間アニーリングした。発熱体表面は、電流を流さず、電解ニッケルめっきで被覆されない。 (9) The ceramic plate obtained in the above (8) is immersed in an electroless nickel plating bath composed of an aqueous solution containing 30 g / l of nickel sulfate, 30 g / l of boric acid, 30 g / l of ammonium chloride and 60 g / l of Rochelle salt. A nickel layer having a thickness of 7 μm and a boron content of 1% by weight or less was deposited on the surface of the metal layer formed by sputtering, and annealed at 120 ° C. for 3 hours. The surface of the heating element does not pass a current and is not covered with electrolytic nickel plating.

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。 Further, the surface is immersed in an electroless gold plating solution containing 2 g / l of potassium gold cyanide, 75 g / l of ammonium chloride, 50 g / l of sodium citrate and 10 g / l of sodium hypophosphite at 93 ° C. for 1 minute. Then, a gold plating layer having a thickness of 1 μm was formed on the nickel plating layer.

(10)溝67から裏面に抜ける空気の吸引孔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%、Ni18.4重量%、不純物0.1重量%)からなる金ろうを用い、970℃で加熱リフローしてコバール製の外部端子を接続させた。また、発熱体に半田(スズ90重量%/鉛10重量%)を介してコバール製の外部端子を形成した。 (10) A suction hole 68 for air that escapes from the groove 67 to the back surface is formed by drilling, and a blind hole (not shown) for exposing the through hole 16 is provided. An external terminal made of Kovar was connected to the blind hole by heating and reflowing at 970 ° C. using a gold solder made of a Ni—Au alloy (81.5% by weight of Au, 18.4% by weight of Ni, and 0.1% by weight of impurities). Was. External terminals made of Kovar were formed on the heating element via solder (tin 90% by weight / lead 10% by weight).

(11)次に、温度制御のための複数熱電対を凹部に埋め込み、ヒータ付きのウエハプローバヒータ201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。 (11) Next, a plurality of thermocouples for temperature control were buried in the recesses to obtain a wafer prober heater 201 with a heater. When the temperature of the wafer prober with a heater was raised to 200 ° C., the temperature was raised to 200 ° C. in about 20 seconds.

(実施例6)
静電チャックの大きさを直径330mm、厚さ3mmとした以外は、実施例1と同様にして、静電チャックを製造した。
(Example 6)
An electrostatic chuck was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the size of the electrostatic chuck was 330 mm in diameter and 3 mm in thickness.

(比較例1)
(1)窒化アルミニウム粉末(トクヤマ社製、平均粒径1.1μm)100重量部、イットリア(平均粒径:0.4μm)4重量部、アクリルバインダ11.5重量部、分散剤0.5重量部および1−ブタノールとエタノールとからなるアルコール53重量部を混合したペーストを用い、ドクターブレード法による成形を行って、厚さ0.47mmのグリーンシート50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。
(Comparative Example 1)
(1) 100 parts by weight of aluminum nitride powder (manufactured by Tokuyama Corporation, average particle size 1.1 μm), 4 parts by weight of yttria (average particle size: 0.4 μm), 11.5 parts by weight of acrylic binder, 0.5 part by weight of dispersant Part and a paste obtained by mixing 53 parts by weight of alcohol composed of 1-butanol and ethanol, and molded by a doctor blade method to obtain a green sheet 50 having a thickness of 0.47 mm, except that a green sheet 50 having a thickness of 0.47 mm was obtained. Thus, an electrostatic chuck was manufactured.

(比較例2)
窒化アルミニウム粉末を空気中で焼成せず、シリカ等を添加しなかった以外は、実施例2と同様にして静電チャックを製造した。窒化アルミニウム粉末中の酸素含有量は、0.01重量%と推定される。なお、このような焼結体の表面を研磨して、電子顕微鏡(SEM)で観察したが、結晶粒子の境界はほとんど見られなかった。しかし、破壊断面には、粒子境界破壊があった。
(Comparative Example 2)
An electrostatic chuck was manufactured in the same manner as in Example 2, except that the aluminum nitride powder was not fired in air and silica and the like were not added. The oxygen content in the aluminum nitride powder is estimated to be 0.01% by weight. The surface of such a sintered body was polished and observed with an electron microscope (SEM), but almost no boundaries between crystal grains were found. However, there was a grain boundary fracture in the fracture cross section.

(比較例3)
イットリアを4重量部添加した以外は、実施例2と同様にして、静電チャックを製造した。
(Comparative Example 3)
An electrostatic chuck was manufactured in the same manner as in Example 2 except that 4 parts by weight of yttria was added.

(比較例4)
静電チャックの大きさを直径330mm、厚さ3mmとした以外は、比較例1と同様にして、静電チャックを製造した。
(Comparative Example 4)
An electrostatic chuck was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, except that the size of the electrostatic chuck was 330 mm in diameter and 3 mm in thickness.

(比較例5)
静電チャックの大きさを直径330mm、厚さ3mmとした以外は、比較例2と同様にして、静電チャックを製造した。
(Comparative Example 5)
An electrostatic chuck was manufactured in the same manner as in Comparative Example 2, except that the size of the electrostatic chuck was 330 mm in diameter and 3 mm in thickness.

(試験例)
窒化アルミニウムの焼成時間をさらに10時間とした以外は、実施例1と同様にして、静電チャックを製造した。
(Test example)
An electrostatic chuck was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the firing time of aluminum nitride was further changed to 10 hours.

上記工程を経て得られた実施例1〜6、比較例1〜5、試験例に係る静電チャックおよびウエハプローバについて、以下の指標で評価した。 The following indexes were used to evaluate the electrostatic chucks and wafer probers according to Examples 1 to 6, Comparative Examples 1 to 5, and Test Examples obtained through the above steps.

評価方法
(1)破壊断面の観察
破壊断面を電子顕微鏡にて2000倍で観察し、粒子内破壊であるか否かを確認した。図14に実施例1の破壊断面の走査型電子顕微鏡(SEM)写真、図15に比較例1の破壊断面のSEM写真を添付した。
Evaluation method (1) Observation of fracture cross section The fracture cross section was observed at 2000 times with an electron microscope, and it was confirmed whether it was intraparticle fracture. FIG. 14 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the fracture cross section of Example 1, and FIG. 15 is a SEM photograph of the fracture cross section of Comparative Example 1.

(2)パーティクル数
静電チャックにウエハをチャックした後、ウエハの任意の10箇所を電子顕微鏡で観察撮影して粒子径0.2μm以上のものの個数を計測し、撮影視野面積で除した。
(2) Particle Count After the wafer was chucked by the electrostatic chuck, an arbitrary 10 places on the wafer were observed and photographed with an electron microscope, the number of particles having a particle diameter of 0.2 μm or more was counted, and the number was divided by the photographing visual field area.

(3)強度の測定
強度の測定は、インストロン万能試験機(4507型 ロードセル500kgf)を用い、温度が400℃、200℃(実施例5)の大気中、クロスヘッド速度:0.5mm/分、スパン距離L:30mm、試験片の厚さ:3.06mm、試験片の幅:4.03mmで実施し、以下の計算式(1)を用いて3点曲げ強度σ(kgf/mm2 )を算出した。なお、表1では、単位を換算して、MPaで表現している。
(3) Measurement of Strength The strength was measured using an Instron universal tester (type 4507 load cell 500 kgf) in the air at a temperature of 400 ° C. and 200 ° C. (Example 5) at a crosshead speed of 0.5 mm / min. , The span distance L: 30 mm, the thickness of the test piece: 3.06 mm, the width of the test piece: 4.03 mm, and the three-point bending strength σ (kgf / mm 2 ) using the following formula (1). Was calculated. In Table 1, the units are converted and expressed in MPa.

σ=3PL/2wt2 ・・・・(1) σ = 3PL / 2wt 2 ··· (1)

上記計算式(1)中、Pは、試験片が破壊したときの最大荷重(kgf)であり、Lは、下支点間の距離(30mm)であり、tは、試験片の厚さ(mm)であり、wは、試験片の幅(mm)である。 In the above formula (1), P is the maximum load (kgf) when the test piece breaks, L is the distance between lower supports (30 mm), and t is the thickness (mm) of the test piece. ), And w is the width (mm) of the test piece.

(4)酸素量
タングステン乳鉢で粉砕して、0.01gを採取し、加熱温度2200℃、加熱時間30秒間の条件で酸素・窒素同時分析装置により分析を行った。
(4) Oxygen Amount Pulverized in a tungsten mortar to collect 0.01 g, and analyzed by a simultaneous oxygen / nitrogen analyzer under the conditions of a heating temperature of 2200 ° C. and a heating time of 30 seconds.

(5)反り量
真空中で600℃に昇温した後、レーザ変位計により測定した。なお、測定は、直径−10mmの範囲で行った。
(5) Warpage Amount was measured by a laser displacement meter after the temperature was raised to 600 ° C. in vacuum. The measurement was performed in a range of a diameter of -10 mm.

Figure 2004168658
Figure 2004168658

図14、15に示したSEM写真より明らかなように、実施例1に係る静電チャックを構成するセラミック基板では、粒子内破壊の断面となっており、比較例1の静電チャックを構成するセラミック基板では、粒子境界破壊の断面となっている。また、上記表1から明らかなように、実施例1〜6に係るホットプレート付き静電チャックでは高温での曲げ強度にも優れ、静電チャック上に載置したシリコンウエハ上のパーティクル数も少ない。 As is clear from the SEM photographs shown in FIGS. 14 and 15, the ceramic substrate constituting the electrostatic chuck according to Example 1 has a cross section of intra-particle fracture, and constitutes the electrostatic chuck of Comparative Example 1. In the case of a ceramic substrate, the cross section has a grain boundary fracture. Further, as is clear from Table 1, the electrostatic chucks with hot plates according to Examples 1 to 6 also have excellent bending strength at high temperatures and a small number of particles on the silicon wafer mounted on the electrostatic chuck. .

このように、高温での曲げ強度が高い理由は明確ではないが、粒子境界に酸素等の不純物の存在が少なく、みかけ上欠陥が少ないからであると推定している。また、破壊断面は、全部が粒子内破壊である必要はなく、電子顕微鏡(図14)で示すように、大部分が粒子内破壊であればよく、粒子境界破壊が含まれていてもよい。 Although the reason why the bending strength at high temperature is high is not clear, it is presumed that the presence of impurities such as oxygen at the grain boundaries is small, and apparent defects are small. Further, the fracture cross section does not need to be entirely intra-particle fracture, and may be mostly intra-particle fracture as shown by an electron microscope (FIG. 14), and may include particle boundary fracture.

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。It is a top view which shows typically an example of the ceramic heater using the ceramic substrate of this invention. 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。FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of the ceramic heater shown in FIG. 1. 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。It is sectional drawing which shows typically an example of the electrostatic chuck using the ceramic substrate of this invention. 図3に示したセラミックヒータのA−A線断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line AA of the ceramic heater shown in FIG. 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。It is sectional drawing which shows typically an example of the electrostatic chuck using the ceramic substrate of this invention. 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。It is sectional drawing which shows typically an example of the electrostatic chuck using the ceramic substrate of this invention. 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。It is sectional drawing which shows typically an example of the electrostatic chuck using the ceramic substrate of this invention. (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。(A)-(d) is sectional drawing which shows typically a part of manufacturing process of the electrostatic chuck shown in FIG. 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。FIG. 3 is a horizontal cross-sectional view schematically showing the shape of an electrostatic electrode constituting the electrostatic chuck according to the present invention. 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。FIG. 3 is a horizontal cross-sectional view schematically showing the shape of an electrostatic electrode constituting the electrostatic chuck according to the present invention. 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。FIG. 4 is a cross-sectional view schematically illustrating a state where the electrostatic chuck according to the present invention is fitted into a support container. 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。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a wafer prober using the ceramic substrate of the present invention. 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。FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing a guard electrode of the wafer prober shown in FIG. 実施例1に係る静電チャックを構成するセラミック基板の破壊断面を示したSEM写真である。5 is an SEM photograph showing a fracture cross section of a ceramic substrate constituting the electrostatic chuck according to Example 1. 比較例1に係るに係る静電チャックを構成するセラミック基板の破壊断面を示したSEM写真である。5 is an SEM photograph showing a fracture cross section of a ceramic substrate constituting an electrostatic chuck according to Comparative Example 1.

符号の説明Explanation of reference numerals

1、11、63 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、25、61 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
10 セラミックヒータ
14 有底孔
15 貫通孔
16、17、19 スルーホール
20、30、101、201、301、401 静電チャック
25a 金属被覆層
35、36 袋孔
41 支持容器
42 冷媒吹き出し口
43 吸入口
44 冷媒注入口
45 断熱材
62 チャックトップ導体層
65 ガード電極
66 グランド電極
66a 電極非形成領域
67 溝
68 吸引孔
501 ウエハプローバ
1, 11, 63 Ceramic substrates 2, 22, 32a, 32b Chuck positive electrode electrostatic layers 3, 23, 33a, 33b Chuck negative electrode electrostatic layers 2a, 3a Semicircular portions 2b, 3b Comb portions 4 Ceramic dielectric film 5 , 12, 25, 61 Resistance heating elements 6, 13, 18 External terminals 7 Metal wires 8 Peltier elements 9 Silicon wafers 10 Ceramic heaters 14 Bottomed holes 15 Through holes 16, 17, 19 Through holes 20, 30, 101, 201, 301, 401 Electrostatic chuck 25a Metal coating layer 35, 36 Bag hole 41 Support container 42 Refrigerant outlet 43 Inlet 44 Refrigerant inlet 45 Insulation material 62 Chuck top conductor layer 65 Guard electrode 66 Ground electrode 66a No electrode formation region 67 Groove 68 Suction hole 501 Wafer prober

Claims (4)

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半導体製造・検査装置用セラミック基板であって、
前記セラミック基板は、その破壊断面が粒子内破壊となるように焼結されてなることを特徴とする半導体製造・検査装置用セラミック基板。
A ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus in which a conductor is formed on the surface or inside of a ceramic substrate,
A ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus, wherein the ceramic substrate is sintered so that its fracture cross section is broken into particles.
前記セラミック基板は、酸素を含有する窒化物セラミックからなる請求項1に記載の半導体製造・検査装置用セラミック基板。 The ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus according to claim 1, wherein the ceramic substrate is made of a nitride ceramic containing oxygen. 前記セラミック基板は、反り量が、100μm以下である請求項1または2に記載の半導体製造・検査装置用セラミック基板。 The ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection device according to claim 1, wherein the ceramic substrate has a warpage of 100 μm or less. 前記セラミック基板は、100〜800℃で使用される請求項1〜3のいずれか1に記載の半導体製造・検査装置用セラミック基板。 The ceramic substrate for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus according to claim 1, wherein the ceramic substrate is used at 100 to 800 ° C. 5.
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