JP3273773B2 - 半導体製造・検査装置用セラミックヒータ、半導体製造・検査装置用静電チャックおよびウエハプローバ用チャックトップ - Google Patents

半導体製造・検査装置用セラミックヒータ、半導体製造・検査装置用静電チャックおよびウエハプローバ用チャックトップ

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体産業におい
て使用される半導体製造・検査装置用セラミックヒー
タ、半導体製造・検査装置用静電チャックおよびウエハ
プローバ用チャックトップに関し、特には、電気的な誤
動作、静電チャック力の低下を防止でき、また、パーテ
ィクルの発生を抑止し、配線欠陥を防止することができ
る半導体製造・検査装置用セラミックヒータ、半導体製
造・検査装置用静電チャックおよびウエハプローバ用チ
ャックトップに関する。 ［発明の詳細な説明］
【０００２】
【従来の技術】半導体製品は、半導体ウエハ上に感光性
樹脂をエッチングレジストとして形成し、半導体ウエハ
のエッチングを行う工程等を経て製造される。この感光
性樹脂は液状であり、スピンコーターなどを用いて半導
体ウエハ表面に塗布されるのであるが、塗布後に溶剤等
を飛散させるため乾燥させなければならず、塗布した半
導体ウエハをヒータ上に載置して加熱することになる。
また、スパッタリング等でシリコンウエハを加熱する必
要があった。従来、このような用途に使用される金属製
のヒータとしては、アルミニウム板の裏面に抵抗発熱体
を配置したものが採用されている。
【０００３】ところが、このような金属製のヒータは、
以下のような問題があった。まず、金属製であるため、
ヒータ板の厚みは、１５ｍｍ程度と厚くしなければなら
ない。なぜなら、薄い金属板では、加熱に起因する熱膨
張により、反り、歪み等が発生してしまい、金属板上に
載置した半導体ウエハが破損したり傾いたりしてしまう
からである。しかしながら、ヒータ板の厚みを厚くする
と、ヒータの重量が重くなり、また、かさばってしまう
という問題があった。
【０００４】また、抵抗発熱体に印加する電圧や電流量
を変えることにより、加熱温度を制御するのであるが、
金属板が厚いために、電圧や電流量の変化に対してヒー
タ板の温度が迅速に追従せず、温度制御しにくいという
問題もあった。
【０００５】そこで、特開平９−３０６６４２号公報、
特開平４−３２４２７６号公報等に記載されているよう
に、基板として、熱伝導率が高く、強度も大きい非酸化
物セラミックであるＡｌＮを使用し、このＡｌＮ基板中
に抵抗発熱体が形成されたセラミックヒータが提案され
ている。
【０００６】また、例えば、特許２７９８５７０号公報
には、ＡｌＮ基板中に抵抗発熱体が形成されるととも
に、半導体ウエハをヒータ上に保持するため、さらに、
ＡｌＮ基板中に静電電極が埋設された静電チャックが開
示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
ＡｌＮ基板中に抵抗発熱体等が形成されたヒータや静電
チャックを使用すると、アルミニウム板を用いたヒータ
を使用した場合と比べ、制御に誤動作を生じたり、静電
チャック力が低下したり、あるいは検査装置に誤動作を
生じたりするという不可解な現象が見られた。さらに、
半導体ウエハ中の配線が欠損したりして導通不良が発生
するという問題も発生した。また、半導体ウエハの表面
にセラミックから脱粒したと思われるパーティクルが付
着してしまうという問題も知見されている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、このような
従来技術の問題について鋭意検討した結果、これらの原
因が意外にも、ＡｌＮ基板から放出されるα線に起因し
ていること、および、このα線を一定値以下にすること
により、誤動作や静電チャック力の低下を防止でき、ま
た、半導体ウエハ表面に付着するセラミックパーティク
ルの付着を低減させるとともに、半導体ウエハの配線欠
損の発生率を殆ど０に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】すなわち、本発明の半導体製造・検査装置
用セラミックヒータ（以下、単にセラミックヒータとも
いう）は、セラミック基板の表面または内部に発熱体を
設けてなる半導体ウエハを加熱するためのセラミックヒ
ータであって、上記セラミック基板の表面から放射され
るα線量が、０．２５０ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒ以下、実質的
には０．０００１〜０．２５０ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒである
ことを特徴とする。
【００１０】また、本発明の半導体製造・検査装置用静
電チャック（以下、単に静電チャックともいう）は、セ
ラミック基板の内部に電極（静電電極）が埋設され、前
記セラミック基板の一主面に半導体ウエハを吸着するよ
うに構成された静電チャックであって、上記セラミック
基板の表面から放射されるα線量が、０．２５０ｃ／ｃ
ｍ2 ・ｈｒ以下、実質的には０．０００１〜０．２５０
ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒであることを特徴とする。さらに、本
発明のウエハプローバ用チャックトップは、セラミック
基板の表面にチャックトップ導体層が形成されてなるウ
エハプローバ用チャックトップであって、上記セラミッ
ク基板の表面（導体層形成面）から放射されるα線量
が、０．２５０ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒ以下、実質的には０．
０００１〜０．２５０ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒであることを特
徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】前述のように本発明者らは、従来
技術の問題について鋭意検討した結果、これらの原因が
意外にも、セラミック基板から放出されるα線に起因し
ていることを発見したのである。
【００１２】即ち、セラミック基板からα線が発生し、
このα線が半導体ウエハに電子、正孔の対を多数発生さ
せる。このため、半導体ウエハ自体が静電気を帯びてし
まい、この静電気によりセラミック基板から発生するパ
ーテクルを吸着したり、あるいは、セラミック基板内部
に配設した熱電対に起因するヒータの誤動作やウエハプ
ローバの誤動作を引き起こすのである。また、半導体ウ
エハに電子、正孔の対を多数発生させるため、静電チャ
ックの電極により発生した静電気をキャンセルさせてし
まい、チャック力を低下させるものと推定される。
【００１３】このように、従来技術の問題は、ヒータ、
静電チャック、ウエハプローバと用途は異なるものの、
α線により半導体ウエハに発生する電子、正孔の対に起
因すると推定される。従って、セラミック基板の表面
（導体層形成面）から放射されるα線量を特定値以下に
することで、どの用途においても問題解決を図ることが
できるのである。
【００１４】本発明の半導体製造・検査装置用セラミッ
クヒータの場合、熱電対をセラミック基板に設けるが、
α線量が０．２５０ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒを超えると、発生
したα線が半導体ウエハに飛び込んで電子、正孔の対を
発生させ、これにより静電気が発生し、この静電気が熱
電対に電気的なノイズを発生させ、測定された温度デー
タが誤って認識され、これが誤動作の原因となると考え
られる。このような誤動作によってウエハ載置面の温度
が一定となる時間に遅延が生じてしまう。
【００１５】また、静電チャックの場合は、α線量が
０．２５０ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒを超えると、発生したα線
が半導体ウエハに衝突して電子、正孔の対を発生させ電
荷が生じ、この電荷が静電電極によりウエハに発生した
電荷をキャンセルさせてしまいクーロン力やジョンソン
−ラーベック効果による吸着力が低下する。
【００１６】さらに、ウエハプローバを構成するチャッ
クトップの場合は、半導体ウエハを導体層（チャックト
ップ導体層）に載置し、テスターピンを押し当てて導通
試験を実施すると、α線量が０．２５０ｃ／ｃｍ2 ・ｈ
ｒを超える場合には、α線が半導体ウエハに電子、正孔
の対を発生させ、これがノイズとなって導通試験の判定
に誤りを生じる。
【００１７】また、α線量が０．２５０ｃ／ｃｍ2 ・ｈ
ｒを超えると、セラミック基板上に載置される半導体ウ
エハにα線が飛び込んで半導体ウエハに電子、正孔の対
を発生させ、これが静電気を生じ、この静電気によって
セラミック基板から発生するパーティクルが半導体ウエ
ハに吸着してしまう。パーティクルが吸着するとマスク
露光する場合に、配線欠陥を生じてしまうのである。
【００１８】本発明の半導体製造・検査用装置用セラミ
ックヒータ等に用いられるセラミック基板は、半導体ウ
エハ表面（半導体ウエハ載置面、半導体ウエハ加熱面、
導体層形成面）から放射されるα線量が、０．２５０ｃ
／ｃｍ2 ・ｈｒ以下、実質的には０．０００１〜０．２
５０ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒであることを特徴とする。
【００１９】このような範囲にすることでヒータやプロ
ーバ等の電気的な誤動作、静電チャック力の低下、半導
体ウエハへのパーティクルの付着を防止することがで
き、配線欠陥を無くすことができるのである。また、α
線量を、０．０５０ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒ以下にすること
で、パーティクル付着量を１０個／ｃｍ2 以下にするこ
とができる。
【００２０】ところで、本発明では、α線量を低減させ
ることにより、上記した電気的な誤動作、静電チャック
力の低下、パーティクルの発生を防止するのであるが、
このような電気的な誤動作、静電チャック力の低下、パ
ーティクルの付着、配線欠陥の発生といった問題とα線
量の因果関係という誰も予想しなかった関連を新規に知
見したものであり、解決手段自体が単純な手法であるか
らといってそのこと自体により本発明の進歩性が阻却さ
れることはないことを付記しておく。
【００２１】また、窒化アルミニウムのα線量について
は、「ニューセラミックス」Ｖｏｌ．１１、Ｎｏ．９
１９９８ 「ＡＬＮセラミックスの最近の進歩と応用」
に記載が見られるが、半導体製造・検査装置として使用
することは記載も、示唆もされていない。従って、その
こと自体により本発明の新規性、進歩性が阻却されるこ
とはない。
【００２２】本発明では、セラミック基板の厚さは、
０．５〜５０ｍｍが好ましい。０．５ｍｍより薄いと、
強度が低下するため破損しやすくなり、一方、５０ｍｍ
より厚くなると、熱が伝搬しにくくなり、加熱の効率が
悪くなる。また、セラミック基板は円盤状で、その直径
が２００ｍｍ以上が好ましい。そのような大きな面積を
持つセラミック基板の方がα線による障害が生じる確率
が高くなり、本発明の効果が顕著だからである。
【００２３】また、気孔は存在しないことが望ましい
が、もし存在するとすれば、気孔率は５％以下、最大気
孔径が５０μｍ以下が好ましい。これを超える範囲で
は、気孔中に空気が存在し、α線が気孔を通過するとプ
ラズマが発生して高温（２００℃以上）での耐絶縁性を
低下させるためである。以下、本発明を各用途毎に説明
する。
【００２４】本発明の半導体製造・検査装置用セラミッ
クヒータは、セラミック基板の表面または内部に発熱体
を設けてなる半導体ウエハを加熱するためのセラミック
ヒータであって、上記セラミック基板の表面から放射さ
れるα線量が０．２５０ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒ以下、実質的
には０．０００１〜０．２５０ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒである
ことを特徴とする。
【００２５】本発明の上記セラミックヒータによれば、
セラミック基板の表面から放射されるα線量が、０．０
２５ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒ以下であるので、α線が半導体ウ
エハに電子、正孔の対を発生させ、これが静電気を発生
させることにより、あるいは直接的に熱電対にノイズを
与えることにより測温データを狂わせることがなく、ま
た、０．０２５ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒ以下であれば、半導体
ウエハに静電電気が発生しにくく、パーティクルの吸着
量も少なくすることができる。
【００２６】なお、α線の放射量は、０が理想的である
が、０．０００１未満とすることは技術面、経済面から
困難であり、一方、α線量が０．０２５ｃ／ｃｍ2 ・ｈ
ｒを超えると、α線により発生した静電気によりパーテ
ィクルが半導体ウエハに吸着し、半導体ウエハの機能を
破損するようなダメージを与える場合がある。
【００２７】α線の発生要因は、窒化物の原料となるア
ルミナやシリカ中の放射性核種ＵやＴｈである。そこ
で、原料アルミナやシリカからＵやＴｈを除去した後、
還元窒化法などで窒化物セラミックスを合成する。Ｕや
Ｔｈの除去方法は、例えば「粉体粉末冶金協会講演概要
集 ｐ１１４ Ｓｐｒｉｎｇ １９８０年」に記載され
ているように、平均粒子径２〜３μｍの多孔質γ−Ｆｅ
Ｏ3 の粒子にチタニウムイソプロポキシドのアルコール
溶液を含浸させて、アルコキシドを加水分解してこれを
Ｕ吸着剤とし、これを原料溶液中に分散させるのであ
る。
【００２８】例えば、ボーキサイトから得られたアルミ
ン酸ソーダ水溶液中にＵ吸着剤を分散させて塩基性条件
でＵを吸着させ、吸着剤を分離後、アルミン酸ソーダを
水酸化アルミニウムにして沈澱させ、乾燥、焼成してア
ルミナとするのである。なお、文献中ではＵにのみ着目
しているが、発明者はＴｈでも同様の効果を確認してい
る。また、市販品でα線量の低いものが存在しており、
それらを入手することもできる。
【００２９】このようにして得られたアルミナ等を還元
窒化法で窒化する。還元窒化法とは、ＳｉＯ2 やＡｌ2
Ｏ3 をカーボンブラック等の炭素により還元しつつ、窒
素ガスと反応させる方法である。なお、特開平９−４８
６６８号公報で直接窒化法や間接窒化法で製造した半導
体製造装置用窒化アルミニウム焼結体を開示するが、原
料アルミナについては言及しておらず、またボーキサイ
トからＵやＴｈが混入するので単に直接窒化法で製造し
てもＵやＴｈ量を減らすことができない。
【００３０】本発明のセラミックヒータは、半導体ウエ
ハを加熱するために用いられるセラミックヒータであ
り、窒化物セラミック基板の表面または内部に発熱体が
設けられている。
【００３１】図１は、本発明のセラミックヒータの一例
を模式的に示す底面図であり、図２はその一部を示す部
分拡大断面図である。窒化物セラミックからなるセラミ
ック基板（以下ヒータ板と称する）１１は、円板状に形
成されており、抵抗発熱体１２は、ヒータ板１１のウエ
ハ加熱面（上面）の全体の温度が均一になるように加熱
する必要があるため、ヒータ板１１の内部に同心円状の
パターンに形成されている。また、これら抵抗発熱体１
２は、互いに近い二重の同心円同士が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
なる外部端子１３が接続されている。また、中央に近い
部分には、半導体ウエハ１９を支持する支持ピン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。な
お、図１〜２に示したセラミックヒータ１０において、
抵抗発熱体１２はヒータ板１１の内部に設けられている
が、ヒータ板１１の底面に設けられていてもよい。以
下、本発明のセラミックヒータを構成する部材等につい
て詳細に説明する。
【００３２】本発明のセラミックヒータ１０では、窒化
物セラミックを用いているが、これは、熱膨張係数が金
属より小さく、薄くしても、加熱により反ったり、歪ん
だりしないため、ヒータ板１１を薄くて軽いものとする
ことができるからである。また、ヒータ板１１の熱伝導
率が高く、またヒータ板自体薄いため、ヒータ板１１の
表面温度が、抵抗発熱体の温度変化に迅速に追従する。
即ち、電圧、電流量を変えて抵抗発熱体の温度を変化さ
せることにより、ヒータ板１１の表面温度を良好に制御
することができるのである。
【００３３】上記セラミックとしては、窒化物セラミッ
ク、酸化物セラミック、炭化物セラミックが挙げられる
が、特に窒化物セラミックが最適である。窒化物セラミ
ックは、熱伝導率が高く、昇温、降温特性に優れている
ため、ウエハを載置あるいはウエハを近接保持するセラ
ミック板に使用される。ウエハの配線欠損はこのような
セラミック板に載置等された場合に発生する現象である
ため、本発明は窒化物セラミック板について特に顕著な
効果を有するのである。
【００３４】窒化物セラミックとしては、例えば、窒化
アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等
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、窒化アルミニ
ウムが最も好ましい。熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋと最
も高いからである。また、酸化物セラミックとしては、
例えば、シリカ、アルミナ等が挙げられ、炭化物セラミ
ックとしては、例えば、炭化珪素等が挙げられる。
【００３５】窒化物セラミック基板の表面または内部に
形成される抵抗発熱体１２は、少なくとも２以上の回路
に分割されていることが望ましい。回路を分割すること
により、各回路に投入する電力を制御して発熱量を変え
ることができ、半導体ウエハの加熱面の温度を調整する
ことができるからである。
【００３６】抵抗発熱体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。
【００３７】抵抗発熱体１２をヒータ板１１の表面に形
成する場合には、金属粒子を含む導電ペーストをヒータ
板１１の表面に塗布して所定パターンの導体ペースト層
を形成した後、これを焼き付け、ヒータ板１１の表面で
金属粒子を焼結させる方法が好ましい。なお、金属の焼
結は、金属粒子同士および金属粒子とセラミックとが融
着していれば充分である。
【００３８】ヒータ板１１の表面に抵抗発熱体を形成す
る場合には、抵抗発熱体の厚さは、１〜３０μｍが好ま
しく、１〜１０μｍがより好ましい。また、ヒータ板１
１の内部に抵抗発熱体を形成する場合には、その厚さ
は、１〜５０μｍが好ましい。
【００３９】また、ヒータ板１１の表面に抵抗発熱体を
形成する場合には、抵抗発熱体の幅は、０．１〜２０ｍ
ｍが好ましく、０．１〜５ｍｍがより好ましい。また、
ヒータ板１１の内部に抵抗発熱体を形成する場合には、
抵抗発熱体の幅は、５〜２０μｍが好ましい。
【００４０】抵抗発熱体１２は、その幅や厚さにより抵
抗値に変化を持たせることができるが、上記した範囲が
最も実用的である。抵抗値は、薄く、また、細くなる程
大きくなる。抵抗発熱体１２は、ヒータ板１１の内部に
形成した場合の方が、厚み、幅とも大きくなるが、抵抗
発熱体１２を内部に設けると、加熱面と抵抗発熱体１２
との距離が短くなり、表面の温度の均一性が低下するた
め、抵抗発熱体自体の幅を広げる必要があること、内部
に抵抗発熱体１２を設けるために、窒化物セラミック等
との密着性を考慮する必要性がないため、タングステ
ン、モリブデンなどの高融点金属やタングステン、モリ
ブデンなどの炭化物を使用することができ、抵抗値を高
くすることが可能となるため、断線等を防止する目的で
厚み自体を厚くしてもよい。そのため、抵抗発熱体１２
は、上記した厚みや幅とすることが望ましい。
【００４１】抵抗発熱体１２は、断面計上が矩形であっ
ても楕円であってもよいが、偏平であることが望まし
い。偏平の方がウエハ加熱面に向かって放熱しやすいた
め、加熱面の温度分布ができにくいからである。断面の
アスペクト比（抵抗発熱体の幅／抵抗発熱体の厚さ）
は、１０〜５０００であることが望ましい。この範囲に
調整することにより、抵抗発熱体１２の抵抗値を大きく
することができるとともに、加熱面の温度の均一性を確
保することができるからである。
【００４２】抵抗発熱体１２の厚さを一定とした場合、
アスペクト比が上記範囲より小さいと、ヒータ板１１の
ウエハ加熱方向への熱の伝搬量が小さくなり、抵抗発熱
体１２のパターンに近似した熱分布が加熱面に発生して
しまい、逆にアスペクト比が大きすぎると抵抗発熱体１
２の中央の直上部分が高温となってしまい、結局、抵抗
発熱体１２のパターンに近似した熱分布が加熱面に発生
してしまう。従って、温度分布を考慮すると、断面のア
スペクト比は、１０〜５０００であることが好ましいの
である。
【００４３】抵抗発熱体１２をヒータ板１１の表面に形
成する場合は、アスペクト比を１０〜２００、抵抗発熱
体１２をヒータ板１１の内部に形成する場合は、アスペ
クト比を２００〜５０００とすることが望ましい。
【００４４】抵抗発熱体１２は、ヒータ板１１の内部に
形成した場合の方が、アスペクト比が大きくなるが、こ
れは、抵抗発熱体１２を内部に設けると、加熱面と抵抗
発熱体１２との距離が短くなり、表面の温度均一性が低
下するため、抵抗発熱体１２自体を偏平にする必要があ
るからである。
【００４５】抵抗発熱体１２をヒータ板１１の内部に偏
芯して形成する場合の位置は、ヒータ板１１の加熱面に
対向する面（底面）に近い位置で、加熱面から底面まで
の距離に対して５０％を超え、９９％までの位置とする
ことが望ましい。５０％以下であると、加熱面に近すぎ
るため、温度分布が発生してしまい、逆に、９９％を超
えると、ヒータ板１１自体に反りが発生して、半導体ウ
エハが破損するからである。
【００４６】また、抵抗発熱体１２をヒータ板１１の内
部に形成する場合には、抵抗発熱体形成層を複数層設け
てもよい。この場合は、各層のパターンは、相互に補完
するようにどこかの層に抵抗発熱体１２が形成され、ウ
エハ加熱面の上方から見ると、どの領域にもパターンが
形成されている状態が望ましい。このような構造として
は、例えば、互いに千鳥の配置になっている構造が挙げ
られる。なお、抵抗発熱体１２をヒータ板１１の内部に
設け、かつ、その抵抗発熱体１２を一部露出させてもよ
い。
【００４７】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。
【００４８】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。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。
【００４９】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。０．１μ
ｍ未満と微細すぎると、酸化されやすく、一方、１００
μｍ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。
【００５０】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、抵抗発熱体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。
【００５１】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。
【００５２】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、抵抗発熱体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、ヒータ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。
【００５３】金属酸化物を混合することにより、窒化物
セラミックと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
化物セラミックとが密着するのではないかと考えられ
る。
【００５４】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（Ｂ2 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。
【００５５】これらの酸化物は、抵抗発熱体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。
【００５６】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。
【００５７】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抵抗発熱
体１２を形成した際の面積抵抗率は、１〜４５ｍΩ／□
が好ましい。
【００５８】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、ヒータ板
の表面に抵抗発熱体１２を設けたヒータ板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１０重量％以上であると、面積抵抗率が５０
ｍΩ／□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。
【００５９】抵抗発熱体１２がヒータ板１１の表面に形
成される場合には、抵抗発熱体１２の表面部分に、金属
被覆層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の厚さは、０．１〜１０μｍ
が好ましい。
【００６０】金属被覆層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。
【００６１】抵抗発熱体１２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１２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。接続端子としては、例えば、コバ
ール製の外部端子１３が挙げられる。
【００６２】なお、抵抗発熱体１２をヒータ板１１の内
部に形成する場合には、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１２をヒ
ータ板１１内部に形成する場合、抵抗発熱体の一部が表
面に露出していてもよく、抵抗発熱体を接続するための
スルーホールが端子部分に設けられ、このスルーホール
に外部端子が接続、固定されていてもよい。
【００６３】外部端子を接続する場合、半田としては、
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、０．１〜５０
μｍが好ましい。半田による接続を確保するのに充分な
範囲だからである。
【００６４】また、図２に示したように、ヒータ板１１
に貫通孔１５を設けてその貫通孔１５に支持ピン（図示
せず）を挿入し、半導体ウエハを図示しない搬送機に渡
したり、搬送機から半導体ウエハを受け取ったりするこ
とができる。
【００６５】本発明のセラミックヒータでは、半導体ウ
エハをセラミック基板から５０〜５００μｍ離間させて
加熱することができる。離間させることにより、セラミ
ック基板表面の温度分布の影響を受けにくくすることが
できる。この場合、セラミック基板上に支持ピン１６で
ウエハを支持しながら離間させて加熱を行う。
【００６６】次に、本発明のセラミックヒータの製造方
法について説明する。まず、ヒータ板１１の底面に抵抗
発熱体が形成されたセラミックヒータの製造方法につい
て説明する。
【００６７】(1) ヒータ板の作製工程 上述した窒化アルミニウムなどの窒化物セラミックの粉
末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。セラミックヒータに静電チ
ャック機能を持たせる場合には、静電チャック用の金属
箔等を生成形体中に埋め込んでもよい。
【００６８】次に、生成形体に、必要に応じて、半導体
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
る部分や熱電対などの測温素子を埋め込むための有底孔
となる部分を形成する。
【００６９】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、ヒータ板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
孔のないヒータ板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。
【００７０】 (2) ヒータ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、抵抗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。
抵抗発熱体は、ヒータ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
成後の抵抗発熱体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。
【００７１】(3) 導体ペーストの焼成 ヒータ板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、ヒータ板１１の底面に焼き付け、抵抗発熱体１
２を形成する。加熱焼成の温度は、５００〜１０００℃
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、ヒータ板および金属酸化物が
焼結して一体化するため、抵抗発熱体とヒータ板との密
着性が向上する。
【００７２】(4) 金属被覆層の形成 抵抗発熱体１２表面には、金属被覆層を設けることが望
ましい。金属被覆層は、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。
【００７３】(5) 端子等の取り付け 抵抗発熱体１２のパターンの端部に電源との接続のため
の端子（外部端子１３）を半田で取り付ける。また、有
底孔１４に銀ろう、金ろうなどで熱電対を固定し、ポリ
イミド等の耐熱樹脂で封止し、セラミックヒータの製造
を終了する。
【００７４】次に、ヒータ板１１の内部に抵抗発熱体１
２が形成されたセラミックヒータ（図１〜２参照）の製
造方法について説明する。 (1) ヒータ板の作製工程 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。
【００７５】上述した窒化物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。また、
バインダとしては、アクリル系バインダ、エチルセルロ
ース、ブチルセロソルブ、ポリビニラールから選ばれる
少なくとも１種が望ましい。
【００７６】さらに溶媒としては、α−テルピオーネ、
グリコールから選ばれる少なくとも１種が望ましい。こ
れらを混合して得られるペーストをドクターブレード法
でシート状に成形してグリーンシートを作製する。グリ
ーンシートの厚さは、０．１〜５ｍｍが好ましい。
【００７７】次に、得られたグリーンシートに、必要に
応じて、半導体ウエハを支持するための支持ピンを挿入
する貫通孔１５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、抵抗発熱体を外部の端
ピンと接続するためのスルーホール１８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。
【００７８】 (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。このとき、抵抗
発熱体を形成するための導電性ペースト層を形成するの
みでなく、静電チャックを形成するための導電ペースト
層を設けてもよい。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。
【００７９】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。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、ポリビニラ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−テルピオーネ、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。
【００８０】(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、抵抗発熱
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。
【００８１】 (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。
【００８２】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、サンドブラストなどを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、内部の抵抗発熱体と
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、２００〜５００℃が好適で
ある。さらに、測温素子としての熱電対などを銀ろう、
金ろうなどで取り付け、ポリイミドなどの耐熱性樹脂で
封止し、セラミックヒータの製造を終了する。
【００８３】次に、本発明の静電チャックについて説明
する。本発明の静電チャックは、セラミック基板の内部
に電極が埋設され、前記セラミック基板の一主面に半導
体ウエハを吸着するように構成された静電チャックであ
って、上記セラミック基板の半導体ウエハ加熱面から放
射されるα線量が、０．２５０ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒ以下、
実質的には０．０００１〜０．２５０ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒ
であることを特徴とする。
【００８４】本発明の静電チャックを構成する窒化物セ
ラミック基板の材料は、上記した本発明のセラミックヒ
ータの場合と同様の材料が用いられており、同様の方法
でセラミック基板を製造する。従って、半導体ウエハ載
置面から放射されるα線量は、実質的に０．０００１〜
０．２５０ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒであり、α線によってウエ
ハ表面に電荷が発生しにくく、その結果静電電極によっ
てウエハに発生した電荷がキャンセルされにくくなっ
て、ジョンソン−ラーベリック効果による吸着力の低下
を防止することができる。また、０．０２５ｃ／ｃｍ2
・ｈｒ以下であれば、半導体ウエハに静電電気が発生し
にくく、パーティクルの吸着量も少なくすることができ
る。
【００８５】α線の放射量は、理想的には０がよいが、
０．０００１未満とすることは技術面、経済面から困難
であり、一方、α線量が０．０２５ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒを
超えると、α線により発生した静電気によりパーティク
ルが半導体ウエハに吸着し、半導体ウエハの機能を破損
するようなダメージを与える場合がある。
【００８６】図３（ａ）は、静電チャックを模式的に示
す縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した静電チャ
ックのＡ−Ａ線断面図である。この静電チャェク２０で
は、セラミック基板２１の内部にチャェク正負電極層２
２、２３が埋設され、その電極上に厚さ５〜１５００μ
ｍのセラミック誘電体膜４０が形成されている。また、
セラミック基板２１の内部には、抵抗発熱体１２が設け
られ、シリコンウエハ９を加熱することができるように
なっている。なお、セラミック基板２１には、必要に応
じて、ＲＦ電極が埋設されていてもよい。
【００８７】また、（ｂ）に示したように、静電チャッ
ク２０は、通常、平面視円形状に形成されており、セラ
ミック基板２１の内部に半円弧状部２２ａと櫛歯部２２
ｂとからなるチャック正極静電層２２と、同じく半円弧
状部２３ａと櫛歯部２３ｂとからなるチャック負極静電
層２３とが、互いに櫛歯部２２ｂ、２３ｂを交差するよ
うに対向して配置されている。
【００８８】この静電チャックを使用する場合には、チ
ャック正極静電層２２とチャック負極静電層２３とにそ
れぞれ直流電源の＋側と−側を接続し、直流電圧を印加
する。これにより、この静電チャック上に載置された半
導体ウエハが静電的に吸着されることになる。
【００８９】この静電チャックでは、図３に示したよう
に、セラミック基板２１の内部に抵抗発熱体が埋設され
ていてもよく、また、セラミック基板２１の表面（底
面）に抵抗発熱体が形成されていてもよい。上記静電チ
ャックの製造方法は、グリーンシートの表面にチャック
正極静電層２２とチャック負極静電層２３の形状になる
ように導電性ペーストを塗布するか、生成形体中にチャ
ック正極静電層２２とチャック負極静電層２３の形状に
なるように金属箔を埋め込むほかは、セラミックヒータ
の製造方法とほぼ同様である。
【００９０】ついで、本発明のウエハプローバ用チャッ
クトップについて説明する。このウエハプローバ用チャ
ックトップでは、半導体ウエハ載置面から放射されるα
線量は、０．０００１〜０．２５０ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒで
あり、α線によってチャックトップ導体層にノイズ信号
が発生しにくくなり、導通試験の誤判定を防止すること
ができるのである。また、０．０２５ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒ
以下であれば、半導体ウエハに静電電気が発生しにく
く、パーティクルの吸着量も少なくすることができる。
【００９１】本発明のウエハプローバ用チャックトップ
では、セラミック基板の表面にチャックトップ導体層が
形成されてなる。チャックトップ導体層上にウエハを載
置し、テスタピンを持つプローブカードを押し当てて導
通して検査を行うのである。チャックトップ導体層上に
は貴金属層が形成されており、貴金属層は、ウエハの裏
面との電気的導通を阻害することなく、チャックトップ
導体層中のホウ素やリン、セラミック中のイットリア、
ナトリウムなどの拡散を防止できる。貴金属としては、
金、銀、白金、パラジウムから選ばれる少なくとも１種
以上が望ましい。
【００９２】本発明のウエハプローバ用チャックトップ
では、剛性の高いセラミック基板を使用しているため、
プローブカードのテスタピンによりチャックトップが押
されてもチャックトップが反ることがなく、チャックト
ップの厚さを金属に比べて小さくすることができる。
【００９３】また、チャックトップの厚さを金属に比べ
て小さくすることができるため、熱伝導率が金属より低
いセラミックであっても結果的に熱容量が小さくなり、
昇温、降温特性を改善することができる。
【００９４】前記チャックトップ導体層の厚さは、１〜
１０μｍが望ましい。１μｍ未満では抵抗値が高くなり
すぎて電極としての作用を奏さず、１０μｍを越えると
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。
【００９５】チャックトップ導体層としては、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種以上の金属を使用することができる。
【００９６】チャックトップ導体層としては、ニッケル
を含むことが望ましい。硬度が高く、テスタピンの押圧
に対しても変形等しにくいからである。
【００９７】本発明のウエハプローバ用のチャックトッ
プでは、ガード電極とグランド電極が埋設されているこ
とが望ましい。ガード電極は、測定回路内に介在するス
トレイキャパシタをキャンセルするための電極であり、
測定回路（即ちチャックトップ導体層）の接地電位が与
えられている。また、グランド電極は、温度制御手段か
らのノイズをキャンセルするために設けられている。
【００９８】本発明のウエハプローバ用チャックトップ
のチャックトップ導体層形成面には溝と空気の吸引孔が
形成されてなることが望ましい。ウエハを載置して吸引
孔から空気を吸引してウエハＷを吸着させることができ
るからである。本発明の半導体製造・検査装置は、１５
０〜９００℃で使用することができる。
【００９９】
【実施例】以下、本発明をさらに詳細に説明する。 （合成例） 窒化アルミニウム合成例
【０１００】（１）平均粒子径３μｍの多孔質のγ−Ｆ
ｅ2 Ｏ3 に、０．５重量％の塩酸を含む１０重量％のチ
タニウムイソプロポキシドのエチルアルコール水溶液を
含浸させ、２５℃で２４時間放置して加水分解させて
Ｕ、Ｔｈ吸着剤を得た。
【０１０１】（２）ボーキサイト粉末１０００重量部を
１０％水酸化ナトリウム水溶液とテフロン容器に入れ、
これをオートクレーブ中で１９０℃、５時間処理して赤
泥とろ別し、アルミン酸ソーダ水溶液を得た。
【０１０２】（３）このアルミン酸ソーダ水溶液を１Ｎ
塩酸でｐＨ＝１２に調整し、吸着剤を分散させて５０℃
で０．５時間振動放置させた。また、同様にして１時
間、２時間、３時間、４時間、５時間、６時間振動放置
したものを調製し、計７種類の液を得た。
【０１０３】（４）吸着剤をろ過分離し、ろ過液を塩酸
でｐＨ＝８．５に調整し、水酸化アルミニウムの沈澱を
析出沈澱させて、蒸留水で洗浄して８０℃で５時間乾燥
させた。さらに空気中で１０００℃にて焼成させてアル
ミナとした。
【０１０４】（５）上記（４）で製造したアルミナ１０
００重量部と３５３重量部のグラファイトを混合させて
窒素気流中で１９５０℃、５時間反応させ、その後未反
応のＣを３５０℃で酸化除去して窒化アルミニウムとし
た。
【０１０５】（６）この窒化アルミニウムをボールミル
で砕いて風力分級機で分級し、平均粒子径１．１μｍと
した。振動放置を６時間行った粉末をＡ、５時間行った
ものをＢ、４時間のものをＣ、３時間のものをＤ、２．
５時間ものをＥ、２時間のものをＦ、１時間のものを
Ｇ、０．５時間のものをＨとした。各粉末とＵおよびＴ
ｈの含有量とを下記の表１に示す。なお、測定はＩＣＰ
−ＭＳ法による。
【０１０６】
【表１】
【０１０７】 （実施例１）発熱体を表面に有するセラミックヒータの
製造 (1) 前述の平均粒径１．１μｍの窒化アルミニウム粉末
Ａ〜Ｇのもの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。
【０１０８】(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。こ
の生成形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となる部分、熱電対を埋め込むため
の有底孔となる部分（直径：１．１ｍｍ、深さ：２ｍ
ｍ）を形成した。
【０１０９】(3) 加工処理の終った生成形体を１８００
℃、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２１０ｍｍの円板体を切り出し、セラミ
ック製の板状体（ヒータ板）とした。
【０１１０】(4) 上記(3) で得たヒータ板に、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ＰＳ６０
３Ｄ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。
【０１１１】(5) 次に、導体ペーストを印刷したヒータ
板を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、抵抗
発熱体１２を形成した。銀−鉛の抵抗発熱体は、厚さが
５μｍ、幅２．４ｍｍ、面積抵抗率が７．７ｍΩ／□で
あった。
【０１１２】(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−鉛の抵抗発熱体１２の表
面に厚さ１μｍの金属被覆層（ニッケル層）を析出させ
た。
【０１１３】(7) 電源との接続を確保するための端子を
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を載置
して、４２０℃で加熱リフローし、外部端子を抵抗発熱
体の表面に取り付けた。
【０１１４】(8) 温度制御のための熱電対を８１．７Ａ
ｕ−１８．３Ｎｉの金ローで接続し、（１０３０℃で加
熱して融着）、セラミックヒータを得た。
【０１１５】 （実施例２）発熱体および静電電極を内部に有する静電
チャックの製造 (1) 前述の窒化アルミニウム粉末Ａ〜Ｇのもの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
ンシートを得た。
【０１１６】(2) 次に、このグリーンシートを８０℃で
５時間乾燥させた後、パンチングにより直径１．８ｍ
ｍ、３．０ｍｍ、５．０ｍｍの半導体ウエハ支持ピンを
挿入する貫通孔１５となる部分、外部端子と接続するた
めのスルーホール１８となる部分を設けた。
【０１１７】(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−テルピオーネ溶媒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。
【０１１８】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
ピオーネ溶媒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、図１に示した
ような同心円パターンとした。また、他のグリーンシー
トに図３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。
【０１１９】さらに、外部端子を接続するためのスルー
ホール用の貫通孔に導体ペーストＢを充填した。上記処
理の終わったグリーンシートに、さらに、タングステン
ペーストを印刷しないグリーンシートを上側（加熱面）
に３７枚、下側に１３枚、１３０℃、８０ｋｇ／ｃｍ2
の圧力で積層した。
【０１２０】(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
および静電電極を有するセラミック製の板状体とした。
【０１２１】(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、ガラスビ
ーズによるブラスト処理で表面に熱電対のための有底孔
（直径：１．２ｍｍ、深さ：２．０ｍｍ）を設けた。
【０１２２】(6) さらに、スルーホール用の貫通孔の一
部をえぐり取って凹部とし、この凹部に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
ル製の外部端子を接続させた。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。
【０１２３】(8) 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、静電チャック付きセラミックヒー
タの製造を完了した。なお、誘電体膜の厚さは、１００
０μｍとした。
【０１２４】 （実施例３） ウエハプローバ用チャックトップの製造 （１）前述の窒化アルミニウム粉末Ａ〜Ｇのもの（平均
粒径１．１μｍ）１００重量部、イットリア（酸化イッ
トリウムのこと 平均粒径０．４μｍ）４重量部、アク
リルバイダー１１．５重量部、分散剤０．５重量部およ
び１−ブタノールおよびエタノールからなるアルコール
５３重量％を混合した組成物を、ドクターブレードで形
成して厚さ０．４７ｍｍのグリーンシート３０を得た。
【０１２５】（２）グリーンシートを８０℃で５時間乾
燥させた後、パンチングにて抵抗発熱体と外部端子ピン
と接続するためのスルーホール用の孔を設けた。（３）
平均粒子径１μｍのタングステンカーバイド粒子１００
重量部、アクリル系バインダ３．０重量部、α−テルピ
オーネ溶媒を３．５重量、分散剤０．３重量部を混合し
て導電性ペーストＡとした。
【０１２６】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
−テルピオーネ溶媒を３．７重量、分散剤０．２重量部
を混合して導電性ペーストＢとした。この導電性ペース
トＡをグリーンシート３０にスクリーン印刷でガード電
極用印刷体、グランド電極用印刷体を格子状に印刷して
電極パターンを描いて印刷した。
【０１２７】また、外部端子ピンと接続するためのスル
ーホール用の孔に導電性ペーストＢを充填した。さら
に、印刷されたグリーンシート３０および印刷がされて
いないグリーンシート３０を５０枚積層して１３０℃、
８０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で一体化した（図４（ａ））。
【０１２８】（４）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。これを直径２３０ｍｍの円状に切り出して
セラミック基板３とした（図４（ｂ））。スルーホール
３６、３７の大きさは直径０．２ｍｍ、深さ０．２ｍｍ
であった。 また、ガード電極５、グランド電極６の厚
さは１０μｍ、ガード電極５の形成位置は、抵抗発熱体
４１から１ｍｍ、グランド電極６の形成位置は、溝形成
面から１．２ｍｍであった。
【０１２９】（５）上記（４）で得たセラミック基板３
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（図示せず）およびウエハ吸着用の溝７（幅０．５ｍ
ｍ、深さ０．５ｍｍ）を設けた（図４（ｃ））。
【０１３０】（６）さらに、溝７を形成した裏面に抵抗
発熱体を印刷する。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
からなるを金属酸化物（それぞれの重量比率は、５／５
５／１０／２５／５）を銀の量に対して７．５重量％含
むものである。また、銀の形状は平均粒径４．５μｍで
リン片状のものである。
【０１３１】（７）導電ペーストを印刷したセラミック
基板３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３に焼き付
け、抵抗発熱体４１を形成した。さらに硫酸ニッケル３
０ｇ／ｌ、ほう酸３０ｇ／ｌ、塩化アンモニウム３０ｇ
／ｌ、ロッシェル塩６０ｇ／ｌの濃度の水溶液からなる
無電解ニッケルめっき浴にセラミック板を浸漬して、銀
の焼結体の表面に厚さ１μｍ、ホウ素の含有量が１重量
％以下のニッケル層４１０を析出させた。さらに１２０
℃で３時間アニーリングした。抵抗発熱体４１のパター
ンは、厚さが５μｍ、幅２．４ｍｍであり、面積抵抗率
が７．７ｍΩ／□であった（図４（ｄ））。
【０１３２】（８）溝７が形成された面にスパッタリン
グにてチタン、モリブデン、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。条件は気圧０．６Ｐａ、
温度１００℃、電力２００Ｗで時間は、３０秒から１分
で、各金属によって調整した。得られた膜は、蛍光Ｘ線
分析計の画像からチタンは０．３μｍ、モリブデンは２
μｍ、ニッケルは１μｍであった。
【０１３３】（９）硫酸ニッケル３０ｇ／ｌ、ほう酸３
０ｇ／ｌ、塩化アンモニウム３０ｇ／ｌ、ロッシェル塩
６０ｇ／ｌの濃度の水溶液からなる無電解ニッケルめっ
き浴に（８）で得られたセラミック板を浸漬して、溝７
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。さらに、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、次亜リン酸ナトリウム10ｇ／ｌからなる無電
解金めっき液に９３℃の条件で１分間浸漬して、ニッケ
ルめっき層上に厚さ１ｍの金めっき層を形成し、チャッ
クトップ導体層２とした（図５（ｅ））。
【０１３４】（１０）溝７から裏面に抜ける空気吸引孔
８をドリル加工し、さらにスルーホールを露出させるた
めの袋孔３８を設けた（図５（ｆ））。この袋孔３８に
Ｎｉ−Ａｕ合金（Ａｕ８１．５、Ｎｉ１８．４、不純物
０．１）からなる金ろうを用い、９７０℃で加熱リフロ
ーしてコバール製の外部端子ピン３９、３９０を接続さ
せた（図５（ｇ））。
【０１３５】また、抵抗発熱体４１（ニッケル層４１
０）に半田（スズ９／鉛１）を介してコバール製の外部
端子ピン３９１を接続、固定した。（１１）温度制御の
ための複数熱電対を凹部に埋め込み、ヒータを備えたウ
エハプローバ用チャックトップを得た。
【０１３６】 （比較例１）発熱体を表面に有するセラミックヒータの
製造 (1) 平均粒径１．１μｍの窒化アルミニウム粉末Ｈを用
いたほかは、実施例１と同様にしてセラミックヒータを
製造した。
【０１３７】 （比較例２）発熱体および静電チャック用静電電極を内
部に有するセラミックヒータの製造 (1) 平均粒径１．１μｍの窒化アルミニウム粉末Ｈを用
いたほかは、実施例２と同様にして静電チャック用静電
電極を内部に有するセラミックヒータを製造した。
【０１３８】 （比較例３）ウエハプローバ用チャックトップ (1) 平均粒径１．１μmの窒化アルミニウム粉末Ｈを用
いたほかは、実施例３と同様にしてウエハプローバ用チ
ャックトップを得た。
【０１３９】上記実施例１〜３および比較例１〜３で得
られたセラミックヒータ、静電チャック、ウエハプロー
バ用チャックトップについて、放射されるα線量を測定
した。また、これらのセラミックヒータ、ウエハプロー
バ用チャックトップ上に半導体ウエハを載置し、ヒータ
の誤動作の有無、静電チャック力、パーティクルの付着
数を調べた。結果を表２に示す。α線量の測定条件は、
以下の通りである。
【０１４０】 測定装置 低レベルα線測定装置 ＡＣＳ−４０００
Ｍ 印加電圧 １．９ｋＶ 計数ガス ＰＲ−１０ガス（Ａｒ９０％、メタン１０
％） 試料面積 ３８７ｃｍ2 全計数時間 ９９時間 係数効率 ８０％ 誤差範囲 ±０．００３ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒ
【０１４１】ヒータの誤動作は、熱電対の温度データか
ら、昇温プロフィールをグラフ化し、著しく昇温プロフ
ィールから外れたデータがあるか否かで判断した。また
静電チャック力は、ロードセルにより測定した。さら
に、ウエハプローバ用チャックトップの誤動作の有無
は、従来から既に市販されている金属製のチャックトッ
プ板を持つウエハプローバ用チャックトップで１００枚
の良品と判断されたシリコンウエハの導通試験を実施し
て、１枚でも不良と判定する場合があるか否かで判断し
た。
【０１４２】また、ウエハに付着するパーティクルの数
の測定は、以下のようにして行った。即ち、セラミック
基板上にシリコンウエハを載置し、ヒータを３００℃で
使用した後、ウエハの鏡面（Ｒａ＝０．３μｍ）に付着
している粒径０．２μｍ以上のパーティクルの数を電子
顕微鏡で測定した。具体的には、加熱試験が終了した５
枚のシリコンウエハを用意し、１枚のシリコンウエハに
ついて、任意の１０箇所を電子顕微鏡で撮影し、０．２
μｍ以上のパーティクルの個数をカウントし、そのカウ
ント数と撮影した写真の視野面積から１ｃｍ2 あたりの
パーティクル数を計算した。
【０１４３】
【表２】
【０１４４】その結果、表２に示したように、実施例１
のセラミックヒータの場合は、α線量（ｃｍ2 ・ｈｒ）
が０．００１から０．２４０ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒの場合で
誤動作がなかった。しかしながら、０．２６０ｃ／ｃｍ
2 ・ｈｒを超えると誤動作が現れた。
【０１４５】実施例２の静電チャックの場合は、α線量
（ｃｍ2 ・ｈｒ）が０．００１から０．２４０ｃ／ｃｍ
2 ・ｈｒの場合で１２０ｇ／ｃｍ2 前後のチャック力が
得られた。
【０１４６】実施例３のウエハプローバ用チャックトッ
プの場合は、α線量（ｃｍ2 ・ｈｒ）が０．００１から
０．２４０ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒの場合で誤動作がなかっ
た。これらのしきい値が生じる理由は明確ではないが、
いずれもα線によりシリコンウエハに電子、正孔の対が
発生し、これが一定以上になると電荷量が多くなって静
電気を発生させるのではないかと推定している。
【０１４７】また、α線量（ｃｍ2 ・ｈｒ）が０．００
１から０．０４８ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒまでの間では、概ね
パーティクルの数が、７〜９個／ｃｍ2 であるのに対し
て、０．０４８ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒ〜０．２４０ｃ／ｃｍ
2 ・ｈｒでは、パーティクルの数が、２０〜３０個／ｃ
ｍ2 である。さらに０．２６０ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒでは１
２０個／ｃｍ2 以上である。静電チャックとウエハプロ
ーバ用チャックトップについては パーティクル数を測
定していない。静電チャックの場合は、電極で発生する
静電気によるものか、α線起因ものか判別できないから
である。また、ウエハプローバ用チャックトップの場合
は、シリコンウエハとセラミック基板が直接接触しない
ため、パーティクルが殆ど付着しないからである。
【０１４８】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体製造
・検査装置用セラミックヒータ、静電チャック、ウエハ
プローバ用チャックトップによれば、放射されるα線量
が少なく、ヒータ、ウエハプローバ用チャックトップ等
の誤動作やチャック力低下を防止することができ、ま
た、また、半導体ウエハに付着するパーティクル数を少
なくすることにより、半導体ウエハの配線欠陥を無くす
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミックヒータの一例を模式的に示
す底面図である。
【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】（ａ）は、本発明の静電チャックを模式的に示
した縦断面であり、（ｂ）は、（ａ）に示した静電チャ
ックのＡ−Ａ線断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のウエハプローバ用
チャックトップの製造工程の一部を示す断面図である。
【図５】（ｅ）〜（ｇ）は、本発明のウエハプローバ用
チャックトップの製造工程の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
２ チャックトップ導体層 ３ セラミック基板 ５ ガード電極 ６ グランド電極 ７ 溝 ８ 空気吸引孔 １０ セラミックヒータ １１ ヒータ板 １２ 抵抗発熱体 １３ 外部端子 １４ 有底孔 １５ 貫通孔 １６ 支持ピン １７ 袋孔 １８ スルーホール １９ 半導体ウエハ ２０ 静電チャック ２１ セラミック基板 ２２ チャック正極静電層 ２３ チャック負極静電層 ２２ａ、２３ａ 半円弧状部 ２２ｂ、２３ｂ 櫛歯部 ３６、３７ スルーホール ３８ 袋孔 ３９、３９０、３９１ 外部端子ピン ４０ セラミック誘電体膜 ４１ 抵抗発熱体 ４１０ ニッケル層 １０１ ウエハプローバ用チャックトップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｂ 3/14 Ｈ０５Ｂ 3/20 ３９３ 3/20 ３９３ Ｈ０１Ｌ 21/30 ５０３Ｃ // Ｃ０４Ｂ 35/581 ５６７ Ｃ０４Ｂ 35/58 １０４Ｄ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/68 H01L 21/027 H01L 21/66 H05B 3/02 H05B 3/14 C04B 35/581

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 セラミック基板の表面または内部に発熱
    体を設けてなる半導体ウエハを加熱するためのセラミッ
    クヒータであって、 前記セラミック基板の表面から放射されるα線量が、
    ０．２５０ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒ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ヒータ。
  2. 【請求項２】 セラミック基板の内部に電極が埋設さ
    れ、前記セラミック基板の一主面に半導体ウエハを吸着
    するように構成された静電チャックであって、 前記セラミック基板の表面から放射されるα線量が、
    ０．２５０ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒ以下であることを特徴とす
    る半導体製造・検査装置用静電チャック。
  3. 【請求項３】 セラミック基板の表面にチャックトップ
    導体層が形成されてなるウエハプローバ用チャックトッ
    プであって、 前記セラミック基板の表面から放射されるα線量が、
    ０．２５０ｃ／ｃｍ2 ・ｈｒ以下であることを特徴とす
    るウエハプローバ用チャックトップ。
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