JP3584203B2

JP3584203B2 - 半導体製造・検査装置用セラミック基板

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Publication number: JP3584203B2
Application number: JP2000213518A
Authority: JP
Inventors: 康隆伊藤; 正和古川; 靖二平松
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2020-06-09
Also published as: JP2001118759A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製品の製造装置や検査装置に用いられるセラミック基板に関し、とくに半導体製品を乾燥するために用いられるホットプレート（セラミックヒータ）やサセプター、あるいは静電チャックやウエハプローバーに用いて有用な、外部端子との接続信頼性に優れるセラミック基板についての提案である。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製品に設けられている集積回路等は、シリコンウエハー上にエッチングレジストとして感光性樹脂を塗布したのち、エッチングすることにより形成されるのが普通である。
この場合において、シリコンウエハーの表面に塗布された前記感光性樹脂は、スピンコーターなどにより塗布されているため、塗布後に乾燥する必要がある。その乾燥処理は、該感光性樹脂を塗布したシリコンウエハーをホットプレートの上に載置して加熱することにより行われている。
従来、半導体製造装置に用いられている前記ホットプレート，即ちヒータとしては、金属板（アルミニウム板）からなる基板の裏面に、発熱体を配線したものなどが使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような金属製基板からなるヒータを半導体製品の乾燥に用いた場合、次のような問題があった。それは、ヒータの基板が金属製であることから、基板の厚みを１５ｍｍ以上に厚くしなければならないことに起因していた。なぜなら、薄い金属製基板では、加熱に伴なう熱膨張により、そりや歪みが発生してしまい、この基板上に載置されるウエハーが破損したり傾いたりしてしまうからである。しかも、従来のヒータは厚みがあるため重量が大きく、かさばるという問題もあった。
【０００４】
また、基板に取付けた発熱体に印加する電圧や電流量を変えることにより、ヒータの加熱温度を制御する場合、基板の厚みが大きいと、基板の温度が電圧や電流量の変動に迅速に追従せず、基板の温度制御特性が悪いという問題もあった。
【０００５】
このような問題に対し、従来、特開平８−２１３１５２号公報では、アルミナの如きセラミック基板を利用したセラミックヒータが提案されている。
しかしながら、この従来技術では、表面電極と外部電極との接続が、基板表面に設けた“ろう材”を介して行われている。そのために、ヒータの使用中に発熱体、外部電極（端子）、セラミックそれぞれの熱膨張率差等に起因して発生する応力により、外部端子接続用ピンと発熱体とが、しばしば絶縁してしまうという問題があった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、基板としての基本的な特性である昇降温特性と吸着能力とに優れると共に、基板内に埋設されている導電体と外部端子接続用ピンとの接続信頼性に優れた半導体製造・検査装置に用いられるセラミック基板を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような課題に対し、その克服手段として本発明では、次のような要旨構成にかかるセラミック基板を提案する。即ち、本発明は、内部に導電体が埋設された絶縁性セラミック基板に、その埋設導電体を基点として基板表面に向けて穿設された袋孔が設けられていると共に、この袋孔の孔底には、前記導電体に接して導電性接続パッドを設け、さらに、この接続パッド部に接して設けられた前記袋孔内に外部端子接続用ピンを嵌め入れることにより、前記導電体と該外部端子接続用ピンとが、この袋孔内において、その中に充填した導電性のろう材および前記導電性パッドとを介して電気的に接続されてい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。
【０００８】
本発明にかかる上記セラミック基板においては、前記導電体が、ヒータ用，サセプタ用の発熱体、静電チャック用，ウエハプローバ用の電極であることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明にかかるセラミック基板は、ホットプレート，即ちヒータの他、サセプタや静電チャック，ウエハプローバ用の基板となるものであるが、以下はホットプレート，即ちセラミックヒータの例で説明する。
さて、そのセラミックヒータは、セラミック製の板状体，即ちセラミック基板の部分が、絶縁性の窒化物セラミック，炭化物セラミックまたは酸化物セラミックからなり、そして、この基板には、断面形状が扁平である板状の導電体、例えばヒータの場合にあっては発熱体を、該セラミック基板の内部の、厚み中心から基板厚さ方向に偏芯した位置に埋設し、しかも発熱体からの距離が遠い側にある面を作業面、例えばヒータの場合にあっては加熱面としたものである。
【００１０】
本発明にかかるセラミック基板の特徴は、それがヒータである場合、絶縁性セラミック基板の内部に埋設した発熱体と外部端子とを電気的に接続するための手段として、該基板表面と内部に埋設されている発熱体との間を結ぶ袋孔（端子ピン挿入用のピン立てホール）を形成し、この袋孔内に前記外部端子接続用ピンを嵌め入れることにより、その孔底に露出する前記発熱体と直接に接続し、もしくはさらにその孔底に形成した接続パッドを介して、いわゆる基板内部において電気的に接続するようにした点の構成にある。
【００１１】
例示のセラミックヒータについては、埋設発熱体を基点として非加熱面側の基板表面に向けて穿孔形成した円筒状袋孔中に、外部端子接続用ピンの一端部を嵌め入れて支持するようにしている。そのため、該外部端子（ピン）がガタつかず、また、たとえ袋孔内に形成した接続パッドを介して接続した場合であっても、たとえば外部端子に外力が加わったようなときでも該ピンや袋孔に応力の集中が起こらず、力を均等に分散させることができる。従って、発熱体やセラミック基板自体にクラックが発生するのを阻止できるようになり、また、外部端子の脱落防止に効果がある。
【００１２】
前記セラミック基板の素材としては、窒化物セラミック，炭化物セラミックまたは酸化物セラミックが用いられる。この理由は、これらのセラミックは熱膨張係数が金属よりも小さく、薄くしても加熱により反ったり、歪んだりしないからである。その結果、本発明では基板自体を薄くて軽いものにすることができる。
また、このようなセラミック基板は、熱伝導率が高く、また基板自体も薄いため、該セラミック基板の表面温度が、発熱体の温度変化に迅速に応答しやすいという特性がある。即ち、該セラミック基板内に埋設した発熱体の電圧、電流量を変えると、その変化が速やかに基板加熱面の温度変化として表われるので、温度制御特性（昇降温特性）に優れるということができる。
このセラミック基板の厚みは、０．５〜５ｍｍ程度のものがよい。薄すぎると破損しやすくなるからである。
【００１３】
前記窒化物セラミックの例としては、金属窒化物セラミック、例えば、窒化アルミニウム、窒化けい素、窒化ほう素、窒化チタンから選ばれる少なくとも１種以上を用いることが望ましい。
炭化物セラミックの例としては、金属炭化物セラミック、例えば、炭化けい素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステンから選ばれる少なくとも１種以上のものを用いることが望ましい。
また、酸化物セラミックとしては、マグネシア，アルミナ，ベリリア，ジルコニア，コージエライト，ムライト，チタニアから選ばれる１種以上を用いることが望ましい。
これらのセラミックの中で窒化アルミニウムが最も好適である。熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高いからである。
【００１４】
前記セラミック基板中には、断面形状が扁平である板状の発熱体が埋設されるが、その埋設位置は基板の中心からその厚さ方向に偏芯した位置に埋設され、そして発熱体からの距離が遠い側にある面を加熱面として構成したものが好ましい。このような構成にすると、熱の伝搬がセラミック基板全体に均一に拡散しやすく、たとえば従来のように加熱面に発熱体のパターンがそのまま加熱面に投影されて不均一な温度分布が発生するようなことがなくなる。即ち、加熱面の温度分布を均一にすることができる。
発熱体の埋設位置としては、基板の一方の面（加熱面）から５０％を越え、９９％まで偏った位置に埋設することが望ましい。５０％以下だと、加熱面に近すぎて発熱体２のパターンに類似した温度分布が発生してしまい、逆に、９９％を越えると基板１自体にそりが発生して、ウエハーを破損するからである。
【００１５】
かかる発熱体の形状は、断面アスペクト比（発熱体の幅／発熱体の厚さ）で１０〜５０００の範囲を示すような扁平形状のものが望ましい。このような形状のものは、断面が真円形状のものや断面が正方形に近い形状をしたものよりも、加熱面の温度分布を均一なものにしやすいという特徴がある。
即ち、発熱体の断面アスペクト比が１０未満では、発熱体からの上方向（ウエハー加熱面方向）への熱伝搬に対し側面方向（セラミック基板の側面方向）への無駄な熱伝搬が大きくなってしまい、しかも発熱体の配線形に類似した温度分布を示すようになる。一方、上記アスペクト比が５０００を越えると、発熱体の中心付近に熱の蓄積が起こって、やはり偏った温度分布が発生してしまい、板面温度の均一性が確保できなくなる。
【００１６】
より好ましい発熱体の断面アスペクト比は１００〜３０００である。即ち、アスペクト比が１００未満では、発熱体がクラックの起点となりやすく、一方、３０００を越えると製造時のグリーンシート間の焼結を阻害してグリーンシート間に界面ができ、これが起点となってクラックが生じるからである。なお、こうしたアスペクト比をもつ発熱体の場合、セラミック基板の耐衝撃温度ΔＴ（水中投下でクラックや剥離が発生する温度）を１５０℃以上にする上でも有効に作用する。
【００１７】
このような発熱体２は、具体的には図１，図２に示すように、セラミック基板１全体の温度を均一にする上で、たとえば同心円状の配線パターンとすることが好ましく、その厚さは、前記アスペクト比の範囲内において、１〜５０μｍ、幅は５〜２０ｍｍの扁平な板状にすることが好ましい。そして、上記範囲内であれば、断線等を防止する目的で発熱体の相対的な厚みを厚くすることは可能である。厚さ、幅をこのように限定する意味は、抵抗値を制御する上で、この範囲が最も実用的だからである。
また、この発熱体２の構造（厚さ，幅）を上記のように限定する他の理由は、発熱体自体の幅を拡げる必要があることに対応している。即ち、発熱体２を基板１の内部に埋設した場合、加熱面１ａと発熱体２との距離が短くなると表面の温度均一性が低下するため、幅広にすることが有効になるからである。
【００１８】
なお、発熱体２は基板内部に埋設されるものであるから、基板材料である窒化物セラミック等との密着性をあまり考慮する必要がなくなり、Ｗ，Ｍｏなどの高融点金属、ＷやＭｏなどの炭化物の使用が可能になり、ひいては抵抗値を高くすることができる。なお、抵抗値は、発熱体２を薄く、細くするほど大きくなる。
【００１９】
この発熱体２は、扁平な板状体である限り、断面が方形、楕円、紡錘、蒲鉾形状のいずれでもよい。扁平な板状体を採用した理由は、内部に発熱体を設ける場合は、扁平形状の方が加熱面に向かって放熱しやすいため、加熱面の偏った温度分布ができにくいからである。なお、発熱体の断面が扁平でも螺旋コイル形状のものは断面が円形状と同じ熱伝搬効果を示すので本発明には含まない。
【００２０】
この発熱体２は、基板１厚み方向に複数層にわたって配設してもよい。この場合は、各層のパターンは、平面からみて、相互に補完するような位置に埋設されることが好ましく、加熱面のどこかが必ずいずれかの層のパターンがカバーしているような状態に埋設されるようにする。例えば、互いに千鳥模様の如き配置になっている構造である。
【００２１】
本発明において、前記発熱体を基板１の所定の位置に埋設する方法としては、金属粒子等を含む導電ペーストを積層するグリーンシートの１つに、塗布、印刷することなどによって形成することができる。その導電ペーストは、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の他、樹脂、溶剤、増粘剤などを含むものが一般的である。
金属粒子としては、Ｗ、Ｍｏから選ばれる少なくとも１種以上がよい。これらの金属は比較的酸化しにくく、発熱するに十分な抵抗値を有するからである。また、導電性セラミックとしては、Ｗ，Ｍｏの炭化物から選ばれる少なくとも１種以上を使用することができる。
これら金属粒子あるいは導電性セラミックの粒径は、０．１〜１００μｍであることが望ましい。微細すぎると酸化しやすく、大きすぎると焼結しにくくなり、抵抗値が大きくなるからである。
【００２２】
導電ペーストに使用される樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などがよい。また、溶剤としては、イソプロピルアルコールなどが使用される。増粘剤としては、セルロースなどが挙げられる。
【００２３】
なお、本発明に係るセラミック基板では、発熱体をセラミック基板内部に形成するので、発熱体表面が酸化されることがない。このため、該発熱体表面を酸化防止剤などで被覆する必要はない。
【００２４】
本発明では、セラミック基板１の内部に発熱体２を埋設することになるが、この場合、外部の端子と接続するために、上述したように、セラミック基板１の非加熱面側表面から発熱体２に向けて接続用ピン挿入のための袋孔５を穿設することを基本としている。さらに、それに加えて、該発熱体２に接して該袋孔５の孔底に接続パッド４を設け、この接続パッド４を介して外部端子接続用ピン３と発熱体２とを接続するようにしてもよい。
なお、前記接続パッド４は、該基板１の加熱面とは反対側にある表面から発熱体２に向けて穿設した袋孔（スルーホール，ビアホール）５の孔底中に、ＷやＭｏ，Ｎｉのペーストなどを充填することにより形成することができる。
この袋孔５ならびに接続パッド４の直径は、０．１〜１０ｍｍの大きさにすることが好ましい。つまり、袋孔５や接続パッド４の大きさがこの程度であれば、ピンの損壊や断線を防止しつつ、さらに発熱体や基板のクラックや歪みを防止する上で効果的だからである。
【００２５】
上述したところからわかるように、本発明の特徴は、かかる発熱体２と外部端子との接続を、該発熱体２に接して露出した状態にある袋孔５の孔底に外部端子接続用ピン３を嵌め入れ、いわゆる基板内部において、この両者の電気的な接続がなされるようにしたことにある。とくに、その接続を確実にするために、袋孔５内に、金ろうあるいは銀ろうなどの高融点ろう材１３を充填すると共に、前記接続用ピン３を挿入することにより行う点にある。
前記金ろうとしては、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。この金ろうにおけるＡｕ／Ｎｉの比率は８１．５〜８２．５Ａｕ／１８．５〜１７．５Ｎｉのものが望ましい。また、このＡｕ−Ｎｉ金ろう層の厚さは、接続を確保するために０．１〜５０μｍ程度にすることが望ましい。このような金ろうは、１０^−６〜１０^−５Ｐａ×１０００℃という高温・高真空下でも、Ａｕ−Ｃｕ合金のような劣化がないので好ましい材料といえる。
【００２６】
本発明では、必要に応じてセラミック基板１に熱電対６を埋め込んでおくことができる。この熱電対６により該セラミック基板１の温度を測定し、そのデータをもとに電圧、電流量を変えて、該基板の温度を制御することができるからである。
【００２７】
セラミックヒータの使用形態においては、図２（ａ）に示すように、セラミック基板１に貫通孔７を複数設け、その貫通孔７に支持ピン８を挿通させ、基板１の加熱面側に突出した該支持ピン８頂部に、上記加熱面に対向させて半導体ウエハー９等を支持し、加熱乾燥する。
なお、この使用形態については、支持ピン８を上下動させて半導体ウエハー９を図示しない搬送機に渡したり、搬送機から半導体ウエハー９を受け取ったりすることもできる。
【００２８】
次に、上記セラミックヒータの製造方法について説明する。
（１）窒化物セラミック、炭化物セラミックなどのセラミックの粉体をバインダーおよび溶剤と混合してグリーンシート（生成形体）を得る工程：
この工程の処理において、かかるセラミック粉体としては窒化アルミニウム、炭化けい素などを使用でき、必要に応じてイットリアなどの焼結助剤などを加えてもよい。上記バインダの例としては、アクリル系バインダ、エチルセルロース、ブチルセロソルブ、ポリビニラールから選ばれる少なくとも１種以上が望ましい。上記溶媒の例としては、α−テルピオーネ、グリコールから選ばれる少なくとも１種以上が望ましい。これらを混合して得られるペーストを、ドクターブレード法でシート状に成形してグリーンシートを製造する。
得られるグリーンシートには、シリコンウエハー用の支持ピン８を挿通するための貫通孔７や熱電対を埋め込む凹部１０を開口しておくことができる。これらの貫通孔７や凹部１０は、パンチング法などを適用して形成することができる。グリーンシートの厚さは、０．１〜５ｍｍ程度がよい。
【００２９】
（２）グリーンシートに発熱体となる導電ペーストを印刷する工程：
この工程の処理において、前記グリーンシート上の発熱体形成部分に金属ペーストあるいは導電性セラミックの如きからなる導電性ペーストを、厚さ５〜４０μｍで幅０．５〜１２μｍの形状となるように塗布し、または印刷する。
これらの導電性ペースト中には金属粒子あるいは導電性セラミック粒子が含まれており、このような金属粒子としてはタングステンまたはモリブデンが、また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。
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がよい。大きすぎても小さすぎても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、ポリビニラールから選ばれる少なくとも１種以上のバインダー１．５〜１０重量部、α−テルピオーネ、グリコールから選ばれる少なくとも１種以上の溶媒を１．５〜１０重量部混合して調整したタングステンペーストまたはモリブデンペーストが最適である。
【００３０】
（３）工程（２）で得られた発熱体２用の導電ペースト印刷グリーンシートと、工程（１）と同様の工程で得られたペーストを印刷していないグリーンシートとを各々少なくとも１枚以上積層する工程：
この工程において、２種類のグリーンシートを各１層以上積層する場合は、（２）のペーストつきグリーンシートの上側（加熱面側の意味）に積層されるグリーンシートの数を、下側に積層される（１）のグリーンシートの数よりも少なくして、発熱体２の埋設位置を厚さ方向に偏芯させることが重要である。具体的には、上側に２０〜５０枚、下側に５〜２０枚を積層する。
【００３１】
（４）上記のようにして得られたグリーンシート積層材に対し、袋孔と、必要に応じ導電性パッドとを形成する工程：
この工程では、セラミック基板１の非加熱側の表面から、前記発熱体２に向けて穿孔することにより袋孔５が形成される。この袋孔５の孔底には、必要に応じ、該発熱体２に隣接して接続パッド４部を形成してもよい。
さらに、かかる袋孔５の内壁面の少なくともその一部に導電体を形成してもよい。例えば、この袋孔５の外まわりの少なくとも３か所に、図４に示すような導電性支持部材１２を等間隔に設ける。そして、これらの導電性支持部材１２を袋孔５の内壁面に露出させ、この袋孔５に挿入される外部端子接続用ピン３との電気的な接続がこの導電性支持部材１２を介しても行われるように構成する。
【００３２】
（５）上記グリーンシート積層体を加熱加圧してグリーンシートおよび導電ペーストを焼結し、セラミック基板、発熱体ならびに接続パッドを形成する工程：
この工程において、加熱の温度は、１０００〜２０００℃で、加圧は１００〜２００ｋｇ／ｃｍ^２で不活性ガス雰囲気下で行う。不活性ガスとしては、アルゴン、窒素などを使用できる。
【００３３】
（６）最後に、発熱体２に接して直接設けられた袋孔５、またはその孔底にある接続パッド４部に、金ろうとしてＡｕ−Ｎｉ合金ペーストを印刷した後、外部端子接続用ピン３を深く挿入したのち、加熱して前記ペーストをリフローする。加熱温度は２００〜５００℃が好適である。さらに、必要に応じて凹部１１に熱電対６を埋め込むことができる。
なお、例示のセラミックヒータについては、基板のウエハー加熱面と発熱体との間に、静電チャック電極など（図示を省略）を形成しておいてもよい。
【００３４】
以上、半導体製造・検査装置用セラミック基板として、ホットプレート（ヒータ）を例にとって説明した。本発明の他の実施形態としては、上記セラミックヒータのほかに、例えば、静電チャックやウエハプローバ、サセプタ等が挙げられる。
例えば、半導体製造・検査装置を構成するセラミック基板の内部に埋設する前記導電体として、静電電極を埋設する場合には、静電チャック１０１として機能する。
その導電体としての静電電極に用いられる導電ペースト等は、上述したセラミックヒータのものと同一のものが用いられる。
【００３５】
図５は、静電チャックとして用いられるセラミック基板を模式的に示す縦断面図である。この静電チャック用のセラミック基板では、セラミック基板１の内部にチャック正負電極層５２、５３が埋設され、それぞれスルーホール５６，５７と接続され、その電極上にセラミック誘電体膜５４が形成されている。
【００３６】
一方、セラミック基板１の内部には、発熱体５５とスルーホール５８とが設けられ、シリコンウエハ等の被加熱物半導体製品９を加熱することができるようになっている。なお、セラミック基板１には、必要に応じて、ＲＦ電極を埋設してもよい。
本発明にかかるセラミック基板が静電チャックとして用いられると、導電体，即ち電極配置が優れているため、ウエハー等の吸着特性が頗る良好である。
【００３７】
次に、本発明にかかる半導体製造・検査装置用セラミック基板はまた、その表面に、チャックトップ導体層を設け、内部の導電体として、ガード電極やグランド電極を設けた場合には、ウエハプローバ１０２として機能するものが得られる。
【００３８】
図６は、そのウエハプローバを構成するセラミック基板の一実施形態を模式的に示した断面図である。
このウエハプローバでは、平面視円形状のセラミック基板１の表面に、同心円形状の溝６２が形成されるとともに、この溝６２の一部にシリコンウエハを吸引するための複数の吸引孔６３が設けられており、上記溝６２を含むセラミック基板１の大部分にシリコンウエハの電極と接続するためのチャックトップ導体層６４が円形状に形成されている。
【００３９】
一方、該セラミック基板１内の前記チャックトップ導体層６４とは反対側の面に近い位置には、シリコンウエハの温度をコントロールするために、平面視同心円形状に配設される抵抗発熱体６５が埋設されている。この抵抗発熱体６５の両端には、スルーホール６６を介して外部端子が接続、固定されている。
【００４０】
また、この実施形態においては、該セラミック基板１の内部には、その他にストレイキャパシタやノイズを除去するために格子形状のガード電極６７とグランド電極６８とが設けられている。
このようなウエハプローバ１０２では、セラミック基板１の上に集積回路が形成されたシリコンウエハを載置した後、このシリコンウエハにテスタピンを持つプローブカードを押しつけ、加熱、冷却しながら電圧を印加して導通テストを行うことができるが、吸着特性に優れることから、検査工程における処理能力の向上を図る上で有効である。
【００４１】
【実施例】
実施例１
（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ製、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、アクリルバインダー１１．５重量部、分散剤０．５重量部および１−ブタノールおよびエタノールからなるアルコール５３重量部を混合した組成物を、ドクターブレードによって厚さ０．４７ｍｍのグリーンシートを得た。
（２）前記グリーンシートを８０℃で５時間乾燥させた後、パンチングにて直径１．８ｍｍ、３．０ｍｍ、５．０ｍｍの半導体ウエハー支持ピン８を挿入するための貫通孔７用孔、および発熱体２と外部端子接続用ピン３とを接続するための袋孔５を形成した。
発熱体２を形成するグリーンシートに下記導電性ペーストＡをスクリーン印刷法を用いてパターンを描いて印刷した。印刷パターンは図１のような同心円とした。また、外部端子接続用ピン３と接続するための袋孔５には下記導電性ペーストＢを印刷充填した。
（３）発熱体２となるＷのペーストＡを印刷したグリーンシートを中心とし、その上側（加熱面側）には、発熱体２形成用導電ペーストを印刷していないグリーンシートを３７枚積層し、その反対の下側には１３枚のグリーンシートを重ね合わせ、１３０℃、８０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で積層した。
▲１▼導電性ペーストＡ：
平均粒子径１μｍのタングステンカーバイド粒子１００重量部、アクリル系バインダー３．０重量部、α−テルピオーネ溶媒を３．５重量部、分散剤０．３重量部を混合して導電性ペーストＡとした。
▲２▼導電性ペーストＢ：
平均粒子径３μｍのタングステン粒子１００重量部、アクリル系バインダー１．９重量部、α−テルピオーネ溶媒を３．７重量部、分散剤０．２重量部を混合して導電性ペーストＢを調整とした。
（４）前記グリーンシート積層体を窒素ガス中で６００℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５０ｋｇ／ｃｍ^２で３時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍの窒化アルミニウム板状体を得た。これを直径２３０ｍｍの円状に切り出して内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの発熱体を有するセラミック製の板状体とした（図３（ａ））。
（５）（４）で得た板状体を、ダイアモンド砥石で研磨した後、マスクを載置し、ガラスビーズによるブラスト処理で熱電対６のための凹部１１を設けた（図３（ｂ））。
（６）さらに、前記袋孔５に接続用ピン３とともにＮｉ−Ａｕ合金からなる金ろう１３を充填し、７００℃で加熱リフローしてコバール製の外部端子接続用ピン３を固着した（図３（ｃ））。
（７）温度抑制のための複数の熱電対６を前記凹部１１に埋め込み、セラミックヒータ１００を得た（図３（ｄ））。
【００４２】
実施例２
実施例１と基本的に同様であるが、袋孔５内にＡｕ：３８ｗｔ％−Ｃｕ：６２ｗｔ％の金ろうを用いた。
実施例３
基本的には実施例１と同様であるが、袋孔内にＡｕ：８２ｗｔ％−Ｃｕ：１８ｗｔ％の金ろうを充填してピンと発熱体との接続を行った。
【００４３】
本発明に適合する実施例のヒータと、その比較例のヒータとについて、室温〜６００℃の昇降温試験を１０００回行い、４個所の端子ピンの寿命（電気的絶縁の有無）を調べた。その結果を表１に示す。この表から明らかなように、本発明例の接続寿命が良好なことが確かめられた。
【表１】

【００４４】
実施例４（静電チャック）
（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径１．１μｍ）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のグリーンシートを得た。
（２）次に、このグリーンシートを８０℃で５時間乾燥させた後、パンチングにより直径１．８ｍｍ、３．０ｍｍ、５．０ｍｍの半導体ウエハ支持ピンを挿通する貫通孔となる部分、外部端子と接続するためのスルーホールとなる部分を設けた。
【００４５】
（３）平均粒子径１μｍのタングステンカーバイト粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部および分散剤０．３重量部を混合して導体ペーストＡを調製した。
平均粒子径３μｍのタングステン粒子１００重量部、アクリル系バインダ１．９重量部、α−テルピネオール溶媒３．７重量部および分散剤０．２重量部を混合して導体ペーストＢを調製した。
この導体ペーストＡをグリーンシートにスクリーン印刷で印刷し、導体ペースト層を形成した。印刷パターンは、同心円パターンとした。また、他のグリーンシートに図７に示した形状の静電電極パターンからなる導体ペースト層を形成した。
【００４６】
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、ＷペーストＡを印刷していないグリーンシートを上側（加熱面）に３４枚、下側に１３枚積層し、その上に静電電極パターンからなる導体ペースト層を印刷したグリーンシートを積層し、さらにその上にＷのペーストを印刷していないグリーンシートを２枚積層し、これらを１３０℃、８０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で圧着して積層体を形成した。
【００４７】
（４）次に、得られた積層体を窒素ガス中、６００℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力０〜１５０ｋｇ／ｃｍ^２（詳細は表１）で３時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍの窒化アルミニウム板状体を得た。これを２３０ｍｍの円板状に切り出し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの抵抗発熱体５５および厚さ１０μｍのチャック正極静電層５２、チャック負極静電層５３を有する窒化アルミニウム製の板状体とした。
【００４８】
（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。
（６）さらに、スルーホールが形成されている部分をえぐり取って袋孔とし、この袋孔にＮｉ−Ａｕからなる金ろうを用い、７００℃で加熱リフローしてコバール製の外部端子５９を接続した。
なお、外部端子５９の接続は、図４に示すような、タングステンの支持体を３点で支持するような構造にすることが望ましい。接続信頼性を確保する上で有効だからである。
【００４９】
（７）次に、温度制御のための複数の熱電対を凹部１１に埋め込み、抵抗発熱体を有する静電チャック１０１の製造を完了した。
この静電チャックは、４００℃で５０００時間使用しても、外部端子の劣化が見られなかった。
【００５０】
実施例５（ウエハプローバ）
（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径１．１μｍ）１００重量部、イットリア（平均粒径０．４μｍ）４重量部、実施例１で得られた非晶質カーボン０．９重量部、および、１−ブタノールおよびエタノールからなるアルコール５３重量部を混合して得た混合組成物を、ドクターブレード法を用いて成形し、厚さ０．４７ｍｍのグリーンシートを得た。
（２）次に、このグリーンシートを８０℃で５時間乾燥させた後、パンチングにて発熱体と外部端子と接続するためのスルーホール用の貫通孔を設けた。
【００５１】
（３）平均粒子径１μｍのタングステンカーバイド粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部および分散剤０．３重量部を混合して導電性ペーストＡとした。
また、平均粒子径３μｍのタングステン粒子１００重量部、アクリル系バインダ１．９重量部、α−テルピネオール溶媒を３．７重量部、分散剤０．２重量部を混合して導電性ペーストＢとした。
次に、グリーンシートに、この導電性ペーストＡを用いたスクリーン印刷で、格子状のガード電極用印刷体、グランド電極用印刷体を印刷した。
また、外部端子と接続するためのスルーホール用の貫通孔に導電性ペーストＢを充填した。
さらに、印刷されたグリーンシートおよび印刷がされていないグリーンシートを５０枚積層して１３０℃、８０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で一体化することにより積層体を作製した。
【００５２】
（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／ｃｍ^２で３時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍの窒化アルミニウム板状体を得た。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。
また、ガード電極６７、グランド電極６８の厚さは１０μｍ、ガード電極６７の形成位置は、ウエハ載置面から１ｍｍ、グランド電極６８の形成位置は、ウエハ載置面から１．２ｍｍであった。また、ガード電極６７およびグランド電極６８の導体非形成領域の１辺の大きさは、０．５ｍｍであった。
【００５３】
（５）上記（４）で得た板状体を、ダイアモンド砥石で研磨した後、マスクを載置し、ＳｉＣ等によるブラスト処理で表面に熱電対のための凹部およびウエハ吸着用の溝６２（幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍ）を設けた。
【００５４】
（６）さらに、ウエハ載置面に対向する面に発熱体６５を形成するための層を印刷した。印刷は導電ペーストを用いた。導電ペーストは、プリント配線板のスルーホール形成に使用されている徳力化学研究所製のソルベストＰＳ６０３Ｄを使用した。この導電ペーストは、銀／鉛ペーストであり、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素、アルミナからなる金属酸化物（それぞれの重量比率は、５／５５／１０／２５／５）を銀１００重量部に対して７．５重量部含むものであった。
また、銀の形状は平均粒径４．５μｍでリン片状のものであった。
【００５５】
（７）導電ペーストを印刷したのち７８０℃で加熱焼成して、導電ペースト中の銀、鉛を焼結させるとともにセラミック基板１に焼き付けた。さらに硫酸ニッケル３０ｇ／ｌ、ほう酸３０ｇ／ｌ、塩化アンモニウム３０ｇ／ｌおよびロッシェル塩６０ｇ／ｌを含む水溶液からなる無電解ニッケルめっき浴に基板を浸漬して、銀の焼結体の表面に、厚さ１μｍ、ホウ素の含有量が１重量％以下のニッケル層（図示せず）を析出させた。この後、基板は、１２０℃で３時間アニーリング処理を施した。銀の焼結体からなる発熱体は、厚さが５μｍ、幅２．４ｍｍであり、面積抵抗率が７．７ｍΩ／□であった。
【００５６】
（８）溝６２が形成された面に、スパッタリング法により、順次、チタン層、モリブデン層、ニッケル層を形成した。スパッタリングのための装置は、日本真空技術株式会社製のＳＶ−４５４０を使用した。スパッタリングの条件は気圧０．６Ｐａ、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。
【００５７】
（９）硫酸ニッケル３０ｇ／ｌ、ほう酸３０ｇ／ｌ、塩化アンモニウム３０ｇ／ｌおよびロッシェル塩６０ｇ／ｌを含む水溶液からなる無電解ニッケルめっき浴に、上記（８）で得られたセラミック基板を浸漬し、スパッタリングにより形成された金属層の表面に厚さ７μｍ、ホウ素の含有量が１重量％以下のニッケル層を析出させ、１２０℃で３時間アニーリングした。
発熱体表面は、電流を流さず、電解ニッケルめっきでの被覆はない。
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。
【００５８】
（１０）溝６２から裏面に抜ける空気吸引孔６３をドリル加工により形成し、さらにスルーホール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（Ａｕ：８１．５重量％、Ｎｉ：１８．４重量％、不純物：０．１重量％）からなる金ろうを用い、９７０℃で加熱リフローしてコバール製の外部端子を接続させた。また、発熱体に半田（スズ９０重量％／鉛１０重量％）を介してコバール製の外部端子を形成した。
【００５９】
（１１）次に、温度制御のための複数熱電対を凹部に埋め込み、ウエハプローバ１０２を得た。
このようにして得られたウエハプローバ１０２については、１５０℃で５０００時間使用しても、外部端子の劣化が見られなかった。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる半導体製造・検査装置用セラミック基板は、昇降温特性（ヒータ，サセプタ）と吸着能力（静電チャック，ウエハプローバ）とに優れると共に、内部に埋設した発熱体や電極の如き導電体と外部端子との接続信頼性が優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】発熱体のパターンを示す模式図である。
【図２】ヒータの使用状態における従来と本発明のピン接続の模様を示す説明図である。
【図３】セラミックヒータの製造工程を表す模式図である。
【図４】端子の接続構造部分を示す斜視図である。
【図５】静電チャックの縦断面図である。
【図６】ウエハプローバの縦断面図である。
【図７】内装電極パターンの模式図である。
【符号の説明】
１セラミック基板
２発熱体
３外部端子接続用ピン
４接続パッド
５袋孔
６熱電対
７貫通孔
８ウエハー支持ピン
９ウエハー
１１凹部
１２導電性支持部材
１３ろう材
１００セラミックヒータ
１０１静電チャック
１０２ウエハプローバ

Claims

内部に導電体が埋設された絶縁性セラミック基板に、その埋設導電体を基点として基板表面に向けて穿設された袋孔が設けられていると共に、この袋孔の孔底には、前記導電体に接して導電性接続パッドを設け、さらに、この接続パッド部に接して設けられた前記袋孔内に外部端子接続用ピンを嵌め入れることにより、前記導電体と該外部端子接続用ピンとが、この袋孔内において、その中に充填した導電性のろう材および前記導電性パッドとを介して電気的に接続されてい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。
前記導電体は、ヒーター用，サセプター用の発熱体、静電チャック用，ウエハプローバー用の電極であることを特徴とする請求項１に記載のセラミック基板。