JP3186750B2 - 半導体製造・検査装置用セラミック板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に半導体製造・
検査装置に使用されるセラミック板関し、特には、大型
のシリコンウエハを載置でき、ウエハの破損等が起きな
い半導体製造・検査装置用セラミック板に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体は種々の産業において必要とされ
る極めて重要な製品であり、半導体チップは、例えば、
シリコン単結晶を所定の厚さにスライスしてシリコンウ
エハを作製した後、このシリコンウエハに種々の回路等
を形成することにより製造される。このような半導体チ
ップの製造工程において、例えば、静電チャック、ホッ
トプレート、ウエハプローバ、サセプタなど、セラミッ
ク基板をベースとして使用する半導体製造・検査装置が
盛んに用いられている。

【０００３】このような半導体製造・検査装置として、
例えば、特許第２５８７２８９号公報、特開平１０−７
２２６０号公報などには、これらの用途に使用されるセ
ラミック基板が開示されている。

【０００４】上記公報などに開示されているセラミック
基板は、いずれもその直径が６インチ（１５０ｍｍ）程
度か、厚さが８ｍｍ以上のものであった。ところが、最
近のシリコンウエハの大型化にともない、セラミック基
板に関しても、直径が８インチ以上のものが求められる
ようになってきている。

【０００５】また、シリコンウエハの製造工程では、セ
ラミック基板の内部に発熱体が埋設されたものを使用し
て加熱する必要があり、さらに、その熱容量を小さくし
て温度追従性を向上させるために、厚さを１０ｍｍ未満
にすることが必要となってきている。さらに、特開平７
─２８０４６２号公報によれば、このセラミックヒータ
では、シリコンウエハを載置するか、または、一定の間
隔保って保持する面（以下、ウエハ載置・保持面とい
う）のＪＩＳ Ｒ ０６０１に基づく面粗度をＲｍａｘ
＝２μｍ未満とし、その反対側面の上記面粗度を、熱線
の乱反射が起こるのに充分な粗度、すなわちＲｍａｘ＝
２〜２００μｍに調整している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな粗化処理を施した大型で薄いセラミック基板に発熱
体を形成したセラミックヒータを用いると、高温領域で
反りが発生するという問題が生じた。そこで、このよう
な問題が生じる原因を探究したところ、次のようなメカ
ニズムであることが判った。

【０００７】このセラミックヒータでは、ウエハ載置・
保持面よりもその反対側面の方が面粗度が大きい。この
ため高温でヤング率が低下すると、粗度の大きいウエハ
載置・保持面に対向する面の方が若干伸長しやすくな
り、そのために反りが発生してしまう。また、セラミッ
ク基板の両主面の面粗度が大きすぎると、面粗度をウエ
ハ載置・保持面とその反対側面とで同一としても、ウエ
ハ載置・保持面の方が収縮しやすくなって反りが発生
し、一方、面粗度を極めて小さくして平坦化しようとす
ると、研磨やブラスト処理の条件を過酷にしなければな
らなくなり、そのために研磨処理等に起因して、セラミ
ック基板の表面に応力が残存し、この応力が高温で開放
されるために逆に反りが発生しやすくなる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
なセラミック基板の反り発生の問題を解決するために研
究を重ねた結果、セラミック基板の両主面の面粗度を所
定の範囲内に調節し、かつ、ウエハ載置・保持面と反対
側面との面粗度の差を５０％以下に調整することによ
り、セラミック基板に反りが発生するのを防止すること
ができることを見いだし、本発明を完成するに至った。

【０００９】即ち本発明は、セラミック基板の表面に半
導体ウエハを載置するか、または、半導体ウエハを上記
セラミック基板の表面から一定の距離に保持する半導体
製造・検査装置用セラミック板において、上記セラミッ
ク基板のＪＩＳ Ｒ ０６０１に基づく面粗度は、Ｒｍ
ａｘ＝０．１〜２５０μｍであり、かつ、上記セラミッ
ク基板のウエハ載置・保持面の面粗度とその反対側面の
面粗度が同じであるか、もしくは、ウエハ載置・保持面
の面粗度とその反対側面の面粗度との差が、５０％以下
であることを特徴とする半導体製造・検査装置用セラミ
ック板である。上記半導体製造・検査装置用セラミック
板において、上記セラミック基板は円板状であり、その
直径は２００ｍｍ以上、その厚さは５０ｍｍ以下である
ことが望ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の半導体製造・検査装置用
セラミック板は、セラミック基板の表面に半導体ウエハ
を載置するか、または、半導体ウエハを上記セラミック
基板の表面から一定の距離に保持する半導体製造・検査
装置用セラミック板において、上記セラミック基板のＪ
ＩＳ Ｒ ０６０１に基づく面粗度は、Ｒｍａｘ＝０．
１〜２５０μｍであり、かつ、上記セラミック基板のウ
エハ載置・保持面の面粗度とその反対側面の面粗度が同
じであるか、もしくは、ウエハ載置・保持面の面粗度と
その反対側面の面粗度との差が、５０％以下であること
を特徴とする。

【００１１】本明細書で面粗度の差とは、下記の（１）
式により計算される値をいうものとする。 面粗度の差（％）＝〔（大きい面粗度−小さい面粗度）／大きい面粗度〕×１０ ０・・・（１） 従って、本発明の半導体製造・検査装置用セラミック板
では、ウエハ載置・保持面の方が面粗度が大きくてもよ
く、ウエハ載置・保持面の反対側面の方が面粗度が大き
くてもよい。

【００１２】本発明では、まず、セラミック基板のＪＩ
Ｓ Ｒ ０６０１に基づく面粗度がＲｍａｘ＝０．１〜
２５０μｍに調節されているため、「従来技術」の項に
記載したような問題、すなわちウエハ載置・保持面が収
縮しやすくなったり、表面に応力が残留することはな
い。さらに、ウエハ載置・保持面の面粗度とその反対側
面の面粗度が同じであるか、または、ウエハ載置・保持
面の面粗度とその反対側面の面粗度との差が５０％以下
に調整されているため、面粗度の相違が大きすぎること
に起因する反りの発生もない。

【００１３】特に、面粗度の差は、２０％以下が最適で
ある。面粗度の差を２０％以下とすることで、直径２０
０ｍｍ以下の円板セラミック基板の反り量を５μｍ以下
とすることができ、半導体ウエハの加熱特性を向上さ
せ、ウエハプローバの検査誤差を無くし、また、静電チ
ャックのチャック力を向上させることが可能になるから
である。従って、この半導体製造・検査装置用セラミッ
ク板の上にシリコンウエハ等を載置して加熱しても、反
りに起因してシリコンウエハが破損することはない。

【００１４】本発明で使用するセラミック基板は、直径
が２００ｍｍ以上、厚さが５０ｍｍ以下であることが望
ましい。これは、半導体ウエハの直径が８インチ以上が
主流となり、大型化が求められているからである。

【００１５】また、８インチ以上の直径の大きなセラミ
ック基板ほど、高温での反りが発生しやすく、本発明の
構成が効果的に作用する大きさである。上記セラミック
基板の直径は、１２インチ（３００ｍｍ）以上であるこ
とがより望ましい。次世代の半導体ウエハの主流となる
大きさだからである。

【００１６】上記セラミック基板の厚さは５０ｍｍ以下
が好ましいとしているのは、５０ｍｍを超えると、セラ
ミック基板の熱容量が大きくなり、温度制御手段を設け
て加熱、冷却すると温度追従性が低下してしまうからで
ある。

【００１７】また、５０ｍｍ以下の薄いセラミック基板
ほど、高温での反りが発生しやすく、本発明の構成が効
果的に作用するのである。セラミック基板の厚さは、５
ｍｍ以下がより望ましい。５ｍｍを超えると熱容量が大
きくなり、温度制御性、ウエハ載置・保持面の温度均一
性が低下するからである。

【００１８】本発明のセラミック板では、２５〜８００
℃まで温度範囲におけるヤング率が２８０ＧＰａ以上で
あるセラミックを使用することが望ましい。このような
セラミックとしては特に限定されないが、例えば、窒化
物セラミック、炭化物セラミック等が挙げられる。

【００１９】ヤング率が２８０ＧＰａ未満であると、剛
性が低すぎるため、加熱時の反り量を小さくすることが
困難となる。

【００２０】窒化物セラミックとしては、例えば、窒化
アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素等が挙げられる。
炭化物セラミックとしては、例えば、炭化ケイ素、炭化
ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タング
ステン等が挙げられる。上記窒化アルミニウムを使用す
る場合には、５０重量％を超えた量が窒化アルミニウム
から構成される組成のものが好ましい。この場合に使用
される他のセラミックとしては、例えば、アルミナ、サ
イアロン、炭化ケイ素、窒化ケイ素等が挙げられる。

【００２１】上記セラミック基板のヤング率は、２種類
以上のセラミックを混合あるいは積層して使用すること
により、また、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金
属、希土類金属、カーボン等を添加することにより制御
することができる。上記アルカリ金属、アルカリ土類金
属としては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｃａ、Ｒｂなどが望ましく、
希土類金属としてはＹが望ましい。またカーボンは非晶
質、結晶質いずれのものも使用することができる。さら
にカーボンは１００〜５０００ｐｐｍの含有量が望まし
い。このような含有量とすることにより、セラミック板
を黒色化することができるからである。

【００２２】本発明では、セラミック基板の内部に導体
層を設け、この導体層を、例えば、発熱体、ガード電
極、グランド電極、静電電極などとして機能させること
ができる。また、セラミック基板の表面に導体層を設
け、この導体層を、例えば、発熱体、チャックトップ電
極などとして機能させることができる。さらに、セラミ
ック基板の内部に、発熱体とガード電極とグランド電極
のような、複数の導体層を設けることもできる。また、
静電電極を設けた場合には、静電チャックとして機能す
る。

【００２３】上記導体層を構成する材料としては、例え
ば、金属焼結体、非焼結性金属体、導電性セラミックの
焼結体などが挙げられる。上記金属焼結体、上記非焼結
性金属体の原料としては、例えば、高融点金属等を使用
することができる。上記高融点金属としては、例えば、
タングステン、モリブデン、ニッケルおよびインジウム
などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２
種以上を併用してもよい。また、上記導電性セラミック
としては、例えば、タングステンまたはモリブデンの炭
化物が挙げられる。

【００２４】このような発熱体、ガード電極、グランド
電極などが設けられたセラミック板は、例えば、ホット
プレート（セラミックヒータ）、静電チャック、ウエハ
プローバなどとして使用することができる。

【００２５】図１は、本発明の半導体製造・検査装置用
セラミック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、上記セラミッ
クヒータの一部を模式的に示す部分拡大断面図である。
セラミック基板１１は、円板状に形成されており、発熱
体１２は、セラミック基板１１のウエハ載置・保持面の
全体の温度が均一になるように加熱するため、セラミッ
ク基板１１の底面に同心円状のパターンに形成されてい
る。

【００２６】また、これら発熱体１２は、互いに近い二
重の同心円同士を１組として、１本の線になるように接
続され、その両端に入出力の端子となる端子ピン１３が
接続されている。また、中央に近い部分には、支持ピン
１６を挿入するための貫通孔１５が形成され、さらに、
測温素子を挿入するための有底孔１４が形成されてい
る。

【００２７】また、図２に示したように、支持ピン１６
は、その上にシリコンウエハ１９を載置して上下させる
ことができるようになっており、これにより、シリコン
ウエハ１９を図示しない搬送機に渡したり、搬送機から
シリコンウエハ１９を受け取ったりすることができる。
発熱体１２は、セラミック基板１１の内部で、その中心
または中心よりウエハ載置・保持面に偏芯した位置に形
成されていてもよい。

【００２８】発熱体１２のパターンとしては、例えば、
同心円、渦巻き、偏心円、屈曲線などが挙げられるが、
ヒータ板全体の温度を均一にすることができる点から、
図１に示したような同心円状のものが好ましい。

【００２９】セラミック基板の内部または底面に発熱体
１２を形成するためには、金属や導電性セラミックから
なる導電ペーストを用いることが望ましい。即ち、セラ
ミック基板の内部に発熱体を形成する場合には、グリー
ンシート上に導体ペースト層を形成した後、グリーンシ
ートを積層、焼成することにより、内部に発熱体を作製
する。一方、表面に発熱体を形成する場合には、通常、
焼成を行ってセラミック基板を製造した後、その表面に
導体ペースト層を形成し、焼成することにより発熱体を
作製する。

【００３０】上記導体ペーストとしては特に限定されな
いが、導電性を確保するための金属粒子または導電性セ
ラミックが含有されているほか、樹脂、溶剤、増粘剤な
どを含むものが好ましい。

【００３１】上記金属粒子としては、例えば、貴金属
（金、銀、白金、パラジウム）、鉛、タングステン、モ
リブデン、ニッケルなどが好ましい。これらは、単独で
用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの金
属は、比較的酸化しにくく、発熱するに充分な抵抗値を
有するからである。

【００３２】上記導電性セラミックとしては、例えば、
タングステン、モリブデンの炭化物などが挙げられる。
これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用しても
よい。これら金属粒子または導電性セラミック粒子の粒
径は、０．１〜１００μｍが好ましい。０．１μｍ未満
と微細すぎると、酸化されやすく、一方、１００μｍを
超えると、焼結しにくくなり、抵抗値が大きくなるから
である。

【００３３】上記金属粒子の形状は、球状であっても、
リン片状であってもよい。これらの金属粒子を用いる場
合、上記球状物と上記リン片状物との混合物であってよ
い。上記金属粒子がリン片状物、または、球状物とリン
片状物との混合物の場合は、金属粒子間の金属酸化物を
保持しやすくなり、発熱体１２と窒化物セラミック等と
の密着性を確実にし、かつ、抵抗値を大きくすることが
できるため有利である。

【００３４】導体ペーストに使用される樹脂としては、
例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などが挙げられ
る。また、溶剤としては、例えば、イソプロピルアルコ
ールなどが挙げられる。増粘剤としては、セルロースな
どが挙げられる。

【００３５】上記導体ペーストには、上記したように、
金属粒子に金属酸化物を添加し、発熱体１２を金属粒子
および金属酸化物を焼結させたものとすることが望まし
い。このように、金属酸化物を金属粒子とともに焼結さ
せることにより、セラミック基板である窒化物セラミッ
クと金属粒子とを密着させることができる。

【００３６】上記金属酸化物を混合することにより、窒
化物セラミック等との密着性が改善される理由は明確で
はないが、金属粒子表面や窒化物セラミックの表面は、
わずかに酸化されて酸化膜が形成されており、この酸化
膜同士が金属酸化物を介して焼結して一体化し、金属粒
子と窒化物セラミック等とが密着するのではないかと考
えられる。

【００３７】上記金属酸化物としては、例えば、酸化
鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素（Ｂ ₂ Ｏ₃ ）、アル
ミナ、イットリアおよびチタニアからなる群から選ばれ
る少なくとも１種が好ましい。これらの酸化物は、発熱
体１２の抵抗値を大きくすることなく、金属粒子と窒化
物セラミックとの密着性を改善することができるからで
ある。

【００３８】上記酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ
素（Ｂ₂ Ｏ₃ ）、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、重
量比で、酸化鉛が１〜１０、シリカが１〜３０、酸化ホ
ウ素が５〜５０、酸化亜鉛が２０〜７０、アルミナが１
〜１０、イットリアが１〜５０、チタニアが１〜５０で
あって、その合計が１００重量部を超えない範囲で調整
されていることが望ましい。これらの範囲で、これらの
酸化物の量を調整することにより、特に窒化物セラミッ
クとの密着性を改善することができる。

【００３９】上記金属酸化物の金属粒子に対する添加量
は、０．１重量％以上１０重量％未満が好ましい。ま
た、このような構成の導体ペーストを使用して発熱体１
２を形成した際の面積抵抗率は、１〜４５ｍΩ／□が好
ましい。面積抵抗率が４５ｍΩ／□を超えると、印加電
圧量に対して発熱量は大きくなりすぎて、表面に発熱体
１２を設けたセラミック基板１１では、その発熱量を制
御しにくいからである。なお、金属酸化物の添加量が１
０重量％以上であると、面積抵抗率が５０ｍΩ／□を超
えてしまい、発熱量が大きくなりすぎて温度制御が難し
くなり、温度分布の均一性が低下する。

【００４０】発熱体１２がセラミック基板１１の表面に
形成される場合には、発熱体１２の表面部分に、図２に
示すような金属被覆層１２ａが形成されていることが望
ましい。内部の金属焼結体が酸化されて抵抗値が変化す
るのを防止するためである。形成する金属被覆層１２ａ
の厚さは、０．１〜１０μｍが好ましい。

【００４１】金属被覆層１２ａを形成する際に使用され
る金属は、非酸化性の金属であれば特に限定されない
が、具体的には、例えば、金、銀、パラジウム、白金、
ニッケルなどが挙げられる。これらは、単独で用いても
よく、２種以上を併用してもよい。これらのなかでは、
ニッケルが好ましい。

【００４２】本発明では、必要に応じてセラミック基板
に熱電対を埋め込んでおくことができる。熱電対により
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−１６０
２（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。

【００４３】次に、本発明の半導体製造・検査装置用セ
ラミック板の製造方法について説明する。まず、図１に
示したセラミッ基板１１の底面に発熱体１２が形成され
たセラミック板の製造方法について説明する。

【００４４】(1) セラミック板の作製工程 上述した窒化アルミニウムなどの窒化物セラミックに必
要に応じてイットリア等の焼結助剤やバインダ等を配合
してスラリーを調製した後、このスラリーをスプレード
ライ等の方法で顆粒状にし、この顆粒を金型などに入れ
て加圧することにより板状などに成形し、生成形体（グ
リーン）を作製する。

【００４５】次に、生成形体に、必要に応じて、シリコ
ンウエハを支持するための支持ピン１６を挿入する貫通
孔１５となる部分や熱電対などの測温素子を埋め込むた
めの有底孔１４となる部分を形成する。

【００４６】次に、この生成形体を加熱、焼成して焼結
させ、セラミック製の板状体を製造する。この後、所定
の形状に加工することにより、セラミック基板１１を作
製するが、焼成後にそのまま使用することができる形状
としてもよい。加圧しながら加熱、焼成を行うことによ
り、気孔のないセラミック基板１１を製造することが可
能となる。加熱、焼成は、焼結温度以上であればよい
が、窒化物セラミックでは、１０００〜２５００℃であ
る。

【００４７】(2) セラミック基板に導体ペーストを印刷
する工程 導体ペーストは、一般に、金属粒子、樹脂、溶剤からな
る粘度の高い流動物である。この導体ペーストをスクリ
ーン印刷などを用い、発熱体を設けようとする部分に印
刷を行うことにより、導体ペースト層を形成する。発熱
体は、セラミック基板全体を均一な温度にする必要があ
ることから、図１に示すような同心円状からなるパター
ンに印刷することが望ましい。導体ペースト層は、焼成
後の発熱体１２の断面が、方形で、偏平な形状となるよ
うに形成することが望ましい。

【００４８】(3) 導体ペーストの焼成 セラミック基板１１の底面に印刷した導体ペースト層を
加熱焼成して、樹脂、溶剤を除去するとともに、金属粒
子を焼結させ、セラミック基板１１の底面に焼き付け、
発熱体１２を形成する。加熱焼成の温度は、５００〜１
０００℃が好ましい。導体ペースト中に上述した金属酸
化物を添加しておくと、金属粒子、セラミック基板およ
び金属酸化物が焼結して一体化するため、発熱体とセラ
ミック基板との密着性が向上する。

【００４９】(4) 金属被覆層の形成 発熱体１２表面には、金属被覆層１２ａを設けることが
望ましい（図２参照）。金属被覆層１２ａは、電解めっ
き、無電解めっき、スパッタリング等により形成するこ
とができるが、量産性を考慮すると、無電解めっきが最
適である。

【００５０】(5) 端子等の取り付け 発熱体１２のパターンの端部に電源との接続のための外
部端子１３を半田で取り付ける。また、有底孔１４に熱
電対を挿入し、ポリイミド等の耐熱樹脂、セラミックで
封止し、セラミックヒータ１０とする。

【００５１】次に、セラミック基板の内部に発熱体が形
成されたセラミック板の製造方法について説明する。 (1) セラミック基板の作製工程 まず、窒化物セラミックの粉末をバインダ、溶剤等と混
合してペーストを調製し、これを用いてグリーンシート
を作製する。上述したセラミック粉末としては、窒化ア
ルミニウムなどを使用することができ、必要に応じて、
イットリア等の焼結助剤を加えてもよい。イットリアの
量は、５重量％以上が好ましい。焼結体中に１重量％以
上のイットリウムを残留させることができ、ヤング率を
２５〜８００℃の温度領域で２８０ＧＰａ以上に調整す
ることができるからである。イットリウムの残留量が１
重量％未満の場合、ヤング率が２５℃付近で２８０ＧＰ
ａ未満となるため好ましくない。

【００５２】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。

【００５３】これらを混合して得られるペーストをドク
ターブレード法でシート状に成形してグリーンシートを
作製する。グリーンシートの厚さは、０．１〜５ｍｍが
好ましい。次に、得られたグリーンシートに、必要に応
じて、シリコンウエハを支持するための支持ピンを挿入
する貫通孔となる部分、熱電対などの測温素子を埋め込
むための有底孔となる部分、発熱体を外部の端ピンと接
続するためのスルーホールとなる部分等を形成する。後
述するグリーンシート積層体を形成した後に、上記加工
を行ってもよい。

【００５４】(2) グリーンシート上に導体ペーストを印
刷する工程 グリーンシート上に、金属ペーストまたは導電性セラミ
ックを含む導電性ペーストを印刷する。これらの導電ペ
ースト中には、金属粒子または導電性セラミック粒子が
含まれている。タングステン粒子またはモリブデン粒子
の平均粒子径は、０．１〜５μｍが好ましい。平均粒子
が０．１μｍ未満であるか、５μｍを超えると、導体ペ
ーストを印刷しにくいからである。

【００５５】このような導体ペーストとしては、例え
ば、金属粒子または導電性セラミック粒子８５〜８７重
量部；アクリル系、エチルセルロース、ブチルセロソル
ブ、ポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも１種
のバインダ１．５〜１０重量部；および、α−テルピネ
オール、グリコールから選ばれる少なくとも１種の溶媒
を１．５〜１０重量部を混合した組成物（ペースト）が
挙げられる。

【００５６】(3) グリーンシートの積層工程 導体ペーストを印刷していないグリーンシートを、導体
ペーストを印刷したグリーンシートの上下に積層する。
このとき、上側に積層するグリーンシートの数を下側に
積層するグリーンシートの数よりも多くして、発熱体の
形成位置を底面の方向に偏芯させる。具体的には、上側
のグリーンシートの積層数は２０〜５０枚が、下側のグ
リーンシートの積層数は５〜２０枚が好ましい。

【００５７】(4) グリーンシート積層体の焼成工程 グリーンシート積層体の加熱、加圧を行い、グリーンシ
ートおよび内部の導体ペーストを焼結させる。加熱温度
は、１０００〜２０００℃が好ましく、加圧の圧力は、
１００〜２００ｋｇ／ｃｍ² が好ましい。加熱は、不活
性ガス雰囲気中で行う。不活性ガスとしては、例えば、
アルゴン、窒素などを使用することができる。

【００５８】なお、焼成を行った後に、測温素子を挿入
するための有底孔を設けてもよい。有底孔は、表面研磨
後に、ドリル加工やサンドブラストなどのブラスト処理
を行うことにより形成することができる。また、内部の
発熱体と接続するためのスルーホールに端子を接続し、
加熱してリフローする。加熱温度は、半田処理の場合に
は９０〜１１０℃が好適であり、ろう材での処理の場合
には、９００〜１１００℃が好適である。さらに、測温
素子としての熱電対などを耐熱性樹脂で封止し、セラミ
ックヒータとする。

【００５９】

【実施例】以下、本発明をさらに詳細に説明する。 （実施例１）セラミックヒータ （１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、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り成形を行て厚さ０．４
７ｍｍのグリーンシートを得た。

【００６０】（２）次に、このグリーンシートを８０℃
で５時間乾燥させた後、パンチングにより直径１．８ｍ
ｍ、３．０ｍｍおよび５．０ｍｍの貫通孔をそれぞれ形
成した。これらの貫通孔は、シリコンウエハを支持する
支持ピンを挿入するための貫通孔となる部分、スルーホ
ールとなる部分等である。 （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を調整した。

【００６１】平均粒子径３μｍのタングステン粒子１０
０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重量および分散剤０．２重量部を
混合して導電性ペーストＢを調整した。

【００６２】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、発熱体用の導体ペースト層を
形成した。印刷パターンは、図１に示したような同心円
パターンとした。上記処理の終わったグリーンシート
に、印刷処理をしていないグリーンシートを上側（加熱
面）に３７枚、下側に１３枚積層し、１３０℃、８０Ｋ
ｇ／ｃｍ² の圧力で一体化することにより積層体を作製
した。また、スルーホールとなる貫通孔部分に導体ペー
ストＢを充填した。

【００６３】（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１５０
ｋｇ／ｃｍ² で１０時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍの
窒化アルミニウム板状体を得た。これを３００ｍｍの円
板状に切り出し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの発熱
体を有するセラミックヒータとし、次に、平均粒子径
２．５μｍのＳｉＣを両面に吹きつけるサンドブラスト
処理を行い、ウエハ載置・保持面の面粗度をＪＩＳ Ｂ
０６０１ Ｒｍａｘ＝２μｍ、反対側面の面粗度をＲ
ｍａｘ＝２．３μｍとした。なお、スルーホールの大き
さは、直径０．２ｍｍ、深さ０．２ｍｍであった。

【００６４】（５）次に、上記（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１４を設けた。

【００６５】（６）さらに、ドリル加工により直径５ｍ
ｍ、深さ０．５ｍｍの袋孔を形成し、この袋孔にＮｉ−
Ａｕ合金（Ａｕ：８１．５重量％、Ｎｉ：１８．４重量
％、不純物：０．１重量％）からなる金ろうを用い、９
７０℃で加熱リフローしてコバール製の外部端子を接続
した。なお、外部端子は、タングステンからなる３個の
金属層により支持、接続される構造となっている。 （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、セラミックヒータの製造を完了した。

【００６６】（実施例２） （１）窒化アルミニウム粉末（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１２重量部およびアルコール
からなる組成物のスプレードライを行い、顆粒状の粉末
を作製した。

【００６７】（２）次に、この顆粒状の粉末を金型に入
れ、平板状に成形して生成形体（グリーン）を得た。

【００６８】（３）加工処理の終った生成形体を１８０
０℃、圧力：２００ｋｇ／ｃｍ² でホットプレスし、厚
さが３ｍｍの窒化アルミニウム板状体を得た。次に、こ
の板状体から直径３００ｍｍの円板体を切り出し、資平
均粒子径５μｍのアルミナ粒子を両面に吹きつけるサン
ドブラスト処理を行い、ウエハ載置・保持面の面粗度を
ＪＩＳ Ｂ ０６０１ Ｒｍａｘ＝７μｍ、反対側面の
面粗度をＲｍａｘ＝７．５μｍとした。さらに、板状体
にドリル加工を施し、半導体ウエハの支持ピンを挿入す
る貫通孔１５となる部分、熱電対を埋め込むための有底
孔１４となる部分（直径：１．１ｍｍ、深さ：２ｍｍ）
を形成した。

【００６９】（４）上記（３）の加工を施した板状体
に、スクリーン印刷にて導体ペーストを印刷した。印刷
パターンは、図１に示したような同心円状のパターンと
した。導体ペーストとしては、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。この導体ペーストは、銀
−鉛ペーストであり、銀１００重量部に対して、酸化鉛
（５重量％）、酸化亜鉛（５５重量％）、シリカ（１０
重量％）、酸化ホウ素（２５重量％）およびアルミナ
（５重量％）からなる金属酸化物を７．５重量部含むも
のであった。また、銀粒子は、平均粒径が４．５μｍ
で、リン片状のものであった。

【００７０】（５）次に、導体ペーストを印刷したヒー
タ板１１を７８０℃で加熱、焼成して、導体ペースト中
の銀、鉛を焼結させるとともにヒータ板１１に焼き付
け、発熱体１２を形成した。銀−鉛の発熱体は、厚さが
５μｍ、幅２．４ｍｍ、面積抵抗率が７．７ｍΩ／□で
あった。

【００７１】（６）硫酸ニッケル８０ｇ／ｌ、次亜リン
酸ナトリウム２４ｇ／ｌ、酢酸ナトリウム１２ｇ／ｌ、
ほう酸８ｇ／ｌ、塩化アンモニウム６ｇ／ｌの濃度の水
溶液からなる無電解ニッケルめっき浴に上記（５）で作
製したヒータ板１１を浸漬し、銀−鉛の発熱体１２の表
面に厚さ１μｍの金属被覆層（ニッケル層）１２ａを析
出させた。

【００７２】（７）電源との接続を確保するための外部
端子１３を取り付ける部分に、スクリーン印刷により、
銀−鉛半田ペースト（田中貴金属製）を印刷して半田層
を形成した。ついで、半田層の上にコバール製の外部端
子１３を載置して、４２０℃で加熱リフローし、外部端
子１３を発熱体の表面に取り付けた。

【００７３】（８）温度制御のための熱電対をポリイミ
ドで封止し、セラミックヒータ１０を得た。

【００７４】（実施例３）静電チャック（図３〜５参
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）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、ショ糖０．２重量部および１
−ブタノールとエタノールとからなるアルコール５３重
量部を混合したペーストを用い、ドクターブレード法に
よる成形を行って、厚さ０．４７ｍｍのグリーンシート
を得た。

【００７５】（２）次に、このグリーンシートを８０℃
で５時間乾燥させた後、加工が必要なグリーンシートに
対し、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。

【００７６】（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。

【００７７】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。抵抗発
熱体のパターンが形成されたグリーンシート５００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５００′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５００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５００′を２枚積層し、これらを１３０℃、８
０ｋｇ／ｃｍ² の圧力で圧着して積層体を形成した（図
５（ａ））。

【００７８】（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１５０
ｋｇ／ｃｍ² で３時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍの窒
化アルミニウム板状体を得た。これを２３０ｍｍの円板
状に切り出し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの抵抗発
熱体５０および厚さ１０μｍのチャック正極静電層２
０、チャック負極静電層３０を有する窒化アルミニウム
製の板状体とした（図５（ｂ））。

【００７９】（５）次に、（４）で得られた板状体を、
ダイヤモンド砥石で研磨した後、マスクを載置し、Ｓｉ
Ｃ等によるブラスト処理で表面に熱電対のための有底孔
（直径：１．２ｍｍ、深さ：２．０ｍｍ）を設けた。こ
のときのセラミック表面の粗度は、Ｒｍａｘ＝３μｍで
あった。また、ウエハ載置・保持面を研磨して、Ｒｍａ
ｘ＝１．５μｍとした。

【００８０】（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１３０、１４０とし（図５
（ｃ））、この袋孔１３０、１４０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６０、１８０を接続させた（図５
（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。

【００８１】（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。完成した静電チャック（図３）
は、セラミック基板１００中に、ヒータ（抵抗発熱体）
パターン５０と正負極チャック静電層（静電電極）２
０、３０が埋設されてなる。正負極チャック静電層（静
電電極）２０、３０は、図４にあるように、櫛歯電極２
０ｂと櫛歯電極３０ｂが対向し、櫛歯電極同士を電気的
に接続する接続電極２０ａ、３０ａが存在する。正負極
チャック静電層（静電電極）２０、３０上には、厚さ約
３００μｍのセラミック誘電体膜４０が形成されてな
る。セラミック誘電体膜４０は、５０〜２０００μｍの
範囲で設定できる。

【００８２】実施例４ 実施例３と同様であるが、（５）でセラミック基板１０
０の両面をサンドブラストで処理し、両面とも表面の粗
度をＲｍａｘ＝３μｍとした。

【００８３】（比較例１）本比較例では、実施例１の
（１）〜（４）と同様にして窒化アルミニウム板状体を
得た後、ウエハの載置面に平均粒子径０．５μｍのＳｉ
Ｃ粒子を吹きけるサンドブラスト処理を行い、一方、反
対側面に５μｍのＳｉＣ粒子を吹きつけるサンドブラフ
ト処理を行い、その後、実施例１の（５）〜（７）と同
様にしてセラミックヒータを得た。得られたセラミック
ヒータのウエハ載置・保持面の面粗度は、ＪＩＳ Ｂ
０６０１ Ｒｍａｘ＝１μｍであり、反対側面の面粗度
は、Ｒｍａｘ＝４．８μｍであった。

【００８４】（比較例２）本比較例では、実施例１の
（１）〜（４）と同様にして窒化アルミニウム板状体を
得た後、両面に平均粒子径０．１μｍのＳｉＣ粒子を吹
きつけるサンドブラスト処理を行い、その後、実施例１
の（５）〜（７）と同様にしてセラミックヒータを得
た。得られたセラミックヒータのウエハ載置・保持面の
面粗度は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１ Ｒｍａｘ＝０．０８
μｍであり、反対側面の面粗度は、Ｒｍａｘ＝０．０７
μｍであった。

【００８５】（比較例３）本比較例では、実施例１の
（１）〜（４）と同様にして窒化アルミニウム板状体を
得た後、両面に平均粒子径２５０μｍのＳｉＣ粒子を吹
きつけるサンドブラスト処理を行い、その後、実施例１
の（５）〜（７）と同様にしてセラミックヒータを得
た。得られたセラミックヒータのウエハ載置・保持面の
面粗度は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１ Ｒｍａｘ＝２６０μ
ｍであり、反対側面の面粗度は、Ｒｍａｘ＝２１０μｍ
であった。 （参考例）比較例１と同様であるが、直径を１５０ｍｍ
（６インチ）とした。

【００８６】評価方法 実施例１〜２および比較例１〜３で得られたセラミック
ヒータを６００℃まで昇温し、常温に戻した後、その反
り量を調べた。反り量は、京セラ社製 形状測定器
「ナノウエイ」を使用して測定した。その結果を下記の
表１に示した。

【００８７】

【表１】

【００８８】表１に示したように、実施例１〜２に係る
セラミックヒータは、Ｒｍａｘ＝０．１〜２５０μｍの
範囲にあり、かつ、両面の面粗度の差が１３％（実施例
１）、７％（実施例２）と小さいので、その反り量も３
μｍ（実施例１、２）と小さかったのに対し、比較例１
に係るセラミックヒータは、両面の面粗度の差が７９％
と大きいので、反り量が１０μｍと大きく、比較例２に
係るセラミックヒータは、両面の面粗度の値が小さすぎ
るので、応力により反りが発生し、やはり反り量が１０
μｍと大きく、比較例３に係るセラミックヒータは、両
面の面粗度の値が大きすぎるので、やはり反り量が１０
μｍと大きかった。また、参考例にみられるように、直
径２００ｍｍ未満では、反りは殆ど発生しない。

【００８９】

【発明の効果】以上説明のように、本願発明の半導体製
造・検査装置用セラミック板によれば、セラミック基板
の両主面の面粗度が上記所定の範囲に調整され、かつ、
ウエハ載置・保持面と反対側面との面粗度の差が５０％
以下に調整されているので、セラミック基板に反りが発
生し、この反りに起因してシリコンウエハに破損等が発
生するのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体製造・検査装置用セラミック板
の一例であるセラミックヒータを模式的に示す平面図で
ある。

【図２】図１に示したセラミックヒータの一部を模式的
に示す断面図である。

【図３】本発明の半導体製造・検査装置用セラミック板
の一例である静電チャックを模式的に示す縦断面図であ
る。

【図４】図３に示した静電チャックのＡ−Ａ線断面図で
ある。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は、静電チャックの製造工程を
模式的に断面図である。

【符号の説明】

１０ セラミックヒータ １１ ヒータ板 １１ａ ウエハ載置・保持面 １１ｂ 底面 １２ 発熱体 １２ａ 金属被覆層 １３ 外部端子 １４ 有底孔 １５ 貫通孔 １６ 支持ピン １９ シリコンウエハ ２０ チャック正極静電層 ３０ チャック負極静電層 ２０ａ、３０ａ 接続電極 ２０ｂ、３０ｂ 櫛歯電極 ４０ セラミック誘電体膜 ５０ 抵抗発熱体 １００ セラミック基板 １０１ 静電チャック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/68 H01L 21/66 H05B 3/20

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック基板の表面に半導体ウエハを
   載置するか、または、半導体ウエハを前記セラミック基
   板の表面から一定の距離に保持する半導体製造・検査装
   置用セラミック板において、前記セラミック基板のＪＩ
   Ｓ Ｒ ０６０１に基づく面粗度は、Ｒｍａｘ＝０．１
   〜２５０μｍであり、かつ、前記セラミック基板のウエ
   ハ載置・保持面の面粗度とその反対側面の面粗度が同じ
   であるか、もしくは、ウエハ載置・保持面の面粗度とそ
   の反対側面の面粗度との差が、５０％以下であることを
   特徴とする半導体製造・検査装置用セラミック板。
2. 【請求項２】 前記セラミック基板は、円板状であり、
   その直径は２００ｍｍ以上、その厚さは５０ｍｍ以下で
   ある請求項１に記載の半導体製造・検査装置用セラミッ
   ク板。