JP2001308168A

JP2001308168A - 半導体製造・検査装置用セラミック基板

Info

Publication number: JP2001308168A
Application number: JP2001030991A
Authority: JP
Inventors: Yasuji Hiramatsu; 靖二平松; Yasutaka Ito; 康隆伊藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2000-02-07
Filing date: 2001-02-07
Publication date: 2001-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】最大気孔の気孔径が５０μｍ以下と従来より
も大きくても、耐電圧を充分に大きく保つことができ、
また、気孔を有するため破壊靱性値を大きくすることが
でき、熱衝撃に耐えられ、さらに、高温での反り量も小
さくすることができるセラミック基板を提供すること。【解決手段】セラミック基板の表面または内部に導電
体が形成されてなるセラミック基板であって、上記セラ
ミック基板は、酸素を含有する窒化物セラミックからな
るとともに、最大気孔の気孔径が５０μｍ以下であるこ
とを特徴とするセラミック基板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

〔発明の詳細な説明〕

【０００２】

【従来の技術】半導体は種々の産業において必要とされ
る極めて重要な製品であり、半導体チップは、例えば、
シリコン単結晶を所定の厚さにスライスしてシリコンウ
エハを作製した後、このシリコンウエハに複数の集積回
路等を形成することにより製造される。

【０００３】この半導体チップの製造工程においては、
静電チャック上に載置したシリコンウエハに、エッチン
グ、ＣＶＤ等の種々の処理を施して、導体回路や素子等
を形成する。その際に、デポジション用ガス、エッチン
グ用ガス等として腐食性のガスを使用するため、これら
のガスによる腐食から静電電極層を保護する必要がある
こと、また、吸着力を誘起するために静電電極層は、通
常、セラミック誘電体膜等により被覆されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】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、従来は、酸化物等を加えずに焼成を行って誘電体膜
を形成していたため、誘電体膜の内部に形成される気孔
は殆どが連通しており、また、開気孔も多かった。この
ような気孔が存在すると、高温時に誘電体層の体積抵抗
率が減少すると、電圧印加によって気孔中の空気を電子
が飛跳しやすくなり、いわゆるスパークを起こしてしま
うため、最大気孔の気孔径を小さくしないと、セラミッ
ク誘電体膜の耐電圧を高く保つことが難しいという問題
があった。

【０００５】例えば、特開平５−８１４０号公報には、
最大気孔の気孔径が５μｍ以下と気孔径を極めて小さく
した窒化物を使用した静電チャックが開示されている。
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・検査装置用セラミック基板に見られることが判っ
た。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意研究した結果、窒化物セラミック
に酸化物を添加して焼成することにより、焼結を進行さ
せることができ、連通した気孔が殆どなくなり、独立し
た気孔が形成され、また、酸化物をセラミック粒子境界
に存在させることにより、気孔径が大きくなっても、高
温での耐電圧を確保できることを新規に知見するに至っ
た。

【０００７】すなわち本発明は、セラミック基板の表面
または内部に導電体が形成されてなるセラミック基板で
あって、上記セラミック基板は、酸素を含有する非酸化
物セラミックからなるとともに、最大気孔の気孔径が５
０μｍ以下であることを特徴とする半導体製造・検査装
置用セラミック基板である。

【０００８】上記非酸化物セラミックは、窒化物セラミ
ック、または、炭化物セラミックであることが好まし
い。上記セラミック基板は、０．０５〜１０重量％の酸
素を含有していることが好ましい。上記セラミック基板
は、気孔率が５％以下であることが好ましい。上記セラ
ミック基板は、１００〜７００℃の温度領域で使用され
ることが好ましい。上記セラミック基板は、厚さ２５ｍ
ｍ以下、直径２００ｍｍ以上であることが好ましい。上
記セラミック基板は、半導体ウエハのリフタピンを挿入
する貫通孔を複数有してなることが好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の半導体製造・検査装置用
セラミック基板は、セラミック基板の表面または内部に
導電体が形成されてなるセラミック基板であって、上記
セラミック基板は、酸素を含有する非酸化物セラミック
からなるとともに、最大気孔の気孔径が５０μｍ以下で
あることを特徴とする。

【００１０】本発明のセラミック基板では、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。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、要求特性を考慮して決定すればよい。気孔の
存在によって破壊靱性値が高くなる理由は明確ではない
が、クラックの伸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。

【００１１】本発明のセラミック基板では、酸素を含有
する窒化物セラミックまたは炭化物セラミックを使用す
ることが好ましい。酸素を含有することで焼結を進行さ
せることができ、連通した気孔が殆どなくなり、独立し
た気孔が形成されるため、腐食性ガスが導電体を浸食す
ることがないからである。また、独立気孔の方が連通気
孔よりも、気孔内を電子が飛跳しにくくなるからであ
る。さらに、酸化物をセラミック粒子境界に存在させる
ことにより、気孔径が大きくなっても、高温での耐電圧
を確保することができる。

【００１２】本発明のセラミック基板では、最大気孔の
気孔径が５０μｍ以下であることが必要である。最大気
孔の気孔径が５０μｍを越えると、１００〜７００℃、
特に２００℃以上での高温での耐電圧特性を確保できな
くなるからである。また、最大気孔の気孔径は、１０μ
ｍ以下が望ましい。１００〜７００℃、特に２００℃以
上での反り量が小さくなるからである。

【００１３】気孔率や最大気孔の気孔径は、焼結時の加
圧時間、圧力、温度で調製するが、窒化物セラミックに
対しては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
できるからである。

【００１４】最大気孔の気孔径の測定は、試料を５個用
意し、その表面を鏡面研磨し、２０００から５０００倍
の倍率で表面を電子顕微鏡で１０箇所撮影することによ
り行う。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した。

【００１５】上記セラミック基板中には０．０５〜１０
重量％、特に望ましくは、０．１〜５重量％の酸素を含
有してなることが望ましい。０．１重量％未満では、耐
電圧を確保することができない場合があり、逆に５重量
％を超えると酸化物の高温耐電圧特性の低下により、耐
電圧はやはり低下してしまう場合があるからである。ま
た、酸素量が５重量％を超えると熱伝導率が低下して昇
温降温特性が低下する場合があるからである。

【００１６】また、上記セラミック基板は、気孔率が５
％以下であることが望ましい。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り、耐電圧が低下してしまうか
らである。なお、上記気孔率は、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。

【００１７】上記セラミック基板は、１００〜７００℃
の温度領域で使用されることが望ましい。このような温
度領域では、耐電圧が低下してしまうため、本発明の構
成が特に有利だからである。上記セラミック基板は、１
００〜７００℃での反り量が、小さいことが望ましい。
上記セラミック基板をヒータや静電チャックに使用した
場合に、半導体ウエハを均一に加熱することができるか
らである。反り量が大きい場合、半導体ウエハがヒータ
の加熱面に密着せず、半導体ウエハを均一に加熱できな
かったり、半導体ウエハと加熱面との間を離間して加熱
する場合には、半導体ウエハと加熱面との距離が不均等
になり、半導体ウエハを均一に加熱できないからであ
る。なお、セラミック基板を１００〜７００℃に昇温し
て、常温（２５℃）に戻した場合の反り量（即ち、昇温
前後の反り量の差）は、７μｍ以下が望ましい。

【００１８】本発明のセラミック基板は、半導体製造・
検査用に使用でき、静電チャック、ホットプレート（セ
ラミックヒータ）、ウエハプローバ用セラミック板（以
下、単にウエハプローバという）などに使用することが
できる。

【００１９】本発明のセラミック基板は、その厚さは、
５０ｍｍ以下、特に２５ｍｍ以下が望ましい。特にセラ
ミック基板の厚さが２５ｍｍを超えると、セラミック基
板の熱容量が大きくなり、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
が低下してしまうからである。また、本発明のセラミッ
ク基板が解決する気孔の存在に起因する反りの問題は、
厚さが２５ｍｍを超えるような厚いセラミック基板では
発生しにくいからである。特に５ｍｍ以下が最適であ
る。なお、厚みは、１ｍｍ以上が望ましい。

【００２０】本発明のセラミック基板の直径は２００ｍ
ｍ以上が望ましい。特に１２インチ（３００ｍｍ）以上
であることが望ましい。次世代のシリコンウエハの主流
となるからである。また、本発明が解決する温度が高い
領域での反りの問題は、直径が２００ｍｍ以下のセラミ
ック基板では発生しにくいからである。

【００２１】上記セラミック基板は、半導体ウエハのリ
フタピンを挿入する貫通孔を複数有してなることが望ま
しい。貫通孔の存在により、特に高温でヤング率が低下
した場合に、加工時のひずみが開放されて反りが発生し
やすいからであり、本発明が最も効果を発揮する構造で
あると考えられる。

【００２２】本発明のセラミック基板を構成する窒化物
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。

【００２３】本発明のセラミック基板においては、セラ
ミック基板中に焼結助剤を含有することが望ましい。焼
結助剤としては、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金
属酸化物、希土類酸化物を使用することができ、これら
の焼結助剤のなかでは、特にＣａＯ、Ｙ_２Ｏ_３、Ｎａ_２
Ｏ、Ｌｉ_２Ｏ、Ｒｂ_２Ｏが好ましい。また、アルミナを
使用してもよい。これらの含有量としては、０．１〜２
０重量％が望ましい。

【００２４】本発明のセラミック基板においては、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、セラミッ
ク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。

【００２５】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ＪＩＳＺ８７２１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。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。

【００２６】なお、本発明のセラミック基板では、シリ
コンウエハをセラミック基板のウエハ載置面に接触させ
た状態で載置するほか、シリコンウエハをリフターピン
などで支持し、図１３に示すようにセラミックス基板と
の間に一定の間隔を保って保持する場合もある。図１３
は、本発明のセラミック基板の一例である、セラミック
ヒータを模式的に示した、部分拡大断面図である。

【００２７】図１３では、貫通孔９５にリフターピン９
６が挿通されてシリコンウエハ９９を保持している。リ
フターピン９６を上下することにより、搬送機からシリ
コンウエハ９９を受け取ったり、シリコンウエハ９９を
セラミック基板９１上に載置したり、シリコンウエハ９
９を支持したまま加熱したりできる。また、セラミック
基板９１の底面９１ａには、発熱体９２が形成され、そ
の発熱体９２の表面には金属被覆層９２ａが設けられて
いる。また、有底孔９４が設けられているが、ここには
熱電対を挿入する。シリコンウエハ９９は、ウエハ加熱
面９１ｂ側で加熱される。なお、本発明の半導体製造・
検査装置用セラミック基板を、セラミックヒータに使用
する場合は、半導体ウエハと加熱面を離間させることが
できる。離間距離は５０〜５０００μｍが望ましい。ま
た、このように離間させる場合には、特に本発明は有効
である。セラミック基板の高温での反り量が小さく、半
導体ウエハと加熱面との距離が均一になるからである。

【００２８】本発明のセラミック基板が、ホットプレー
ト（セラミックヒータ）として使用される場合は、導電
体は、発熱体であり、０．１〜１００μｍ程度の金属層
であってもよく、発熱線でもよい。また、静電チャック
として使用される場合は、導電体は静電電極であり、Ｒ
Ｆ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。さらに、
ウエハプローバとして使用される場合は、表面に導電体
としてチャックトップ導体層が形成されており、内部に
はガード電極、グランド電極が導電体として形成されて
いる。また、本発明のセラミック基板は、１００℃以
上、望ましくは２００℃以上で使用されることが最適で
ある。

【００２９】以下、ホットプレート機能を備えた静電チ
ャック、ウエハプローバを例にして本発明を説明する。

【００３０】本発明に係る静電チャックは、セラミック
基板上に静電電極が形成され、上記静電電極を被覆する
セラミック誘電体膜が酸素を含有する非酸化物セラミッ
ク、例えば窒化物セラミック、炭化物セラミックからな
り、また、気孔率が５％以下であり、最大気孔の気孔径
が５０μｍ以下であるため、この誘電体膜中の気孔は、
お互いに独立した気孔により構成されている。従って、
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。また、セラミック
誘電体膜の厚さも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できる。

【００３１】図１は、本発明のセラミック基板の一実施
形態である静電チャックを模式的に示した縦断面図であ
り、図２は、図１に示した静電チャックにおけるＡ−Ａ
線断面図であり、図３は、図１に示した静電チャックに
おけるＢ−Ｂ線断面図である。

【００３２】この静電チャック１０１では、平面視円形
状のセラミック基板１の表面に、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形成さ
れ、この静電電極層を被覆するように、酸素を含有する
窒化物セラミックからなるセラミック誘電体膜４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。

【００３３】図２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Ｖ_２が印加されるよう
になっている。

【００３４】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３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、外部端子ピン６が
接続、固定され、電圧Ｖ_１が印加されるようになってい
る。図１、２には示していないが、このセラミック基板
１には、図３に示したように、測温素子を挿入するため
の有底孔１１とシリコンウエハ９を支持して上下させる
リフターピン（図示せず）を挿通するための貫通孔１２
が形成されている。なお、抵抗発熱体５は、セラミック
基板の底面に形成されていてもよい。

【００３５】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Ｖ_２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。

【００３６】本発明に係る静電チャックは、例えば、図
１〜３に示したような構成を有するものである。以下に
おいて、上記静電チャックを構成する各部材、および、
本発明に係る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ことにする。

【００３７】本発明に係る静電チャックで使用されるセ
ラミック誘電体膜は、酸素を含有する窒化物セラミック
からなることが好ましく、最大気孔の気孔径が５０μｍ
以下である。また、その厚さは５０〜１５００μｍであ
り、気孔率は５％以下であることが望ましい。

【００３８】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、これらのな
かでは、窒化アルミニウムが最も好適である。耐電圧が
高く、熱伝導率も１８０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高いからであ
る。

【００３９】上記窒化物セラミックは、酸素を含有して
いる。このため、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、従って、上述したような理由により耐
電圧が向上する。

【００４０】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を酸素中また
は空気中で加熱するか、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、例えば、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、アルミナ
（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ルビジウム（Ｒｂ_２Ｏ）、酸化リ
チウム（Ｌｉ_２Ｏ）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）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。

【００４１】上記セラミック誘電体膜の気孔率は５％以
下であることが望ましい。また、その厚さが５０〜５０
００μｍであり、最大気孔の気孔径が５０μｍ以下であ
ることが望ましい。上記セラミック誘電体膜の厚さが５
０μｍ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、１００〜１５００μ
ｍがより好ましい。

【００４２】また、上記気孔率が５％を超えると、気孔
数が増え、また、気孔径が大きくなりすぎ、その結果、
気孔同士が連通しやすくなる。このような構造のセラミ
ック誘電体膜では、耐電圧が低下してしまう。さらに、
最大気孔の気孔径が５０μｍを超えると、酸化物が粒子
境界に存在していても、高温での耐電圧を確保できな
い。気孔率は、気孔が存在する場合には、０．００１〜
３％がより好ましく、最大気孔の気孔径は、０．１〜１
０μｍがより好ましい。

【００４３】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。

【００４４】なお、本発明に係る静電チャックで、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、熱衝撃性を改善することができる。

【００４５】セラミック基板上に形成される静電電極と
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。

【００４６】図８および図９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８
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とが形成されており、図９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。

【００４７】本発明に係る静電チャックで使用されるセ
ラミック基板は、窒化物セラミック、または、炭化物セ
ラミックからなるものが好ましい。

【００４８】上記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。また、上記炭化物セラミックとして
は、炭化珪素、炭化ホウ素、炭化チタン、炭化タングス
テン等が挙げられる。また、セラミック誘電体膜とセラ
ミック基板とは同じ材料であることが望ましい。窒化物
セラミックは熱伝導率が高く、抵抗発熱体で発生した熱
を良好に伝達することができるからである。また、セラ
ミック誘電体膜とセラミック基板とが同じ材料である場
合、同じ方法で作製したグリーンシートを積層し、同一
条件で焼成することにより、容易に静電チャックを製造
することができるからである。また、窒化物セラミック
の中では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。

【００４９】上記セラミック基板中には、カーボンを５
０〜５０００ｐｐｍ含むことが望ましい。高輻射熱が得
られるからである。カーボンとしては、Ｘ線回折で検出
可能な結晶質または検出不能な非晶質の一方を用いても
よく、結晶質および非晶質の両方を用いてもよい。

【００５０】本発明に係る静電チャックでは、通常、図
１に示したように、抵抗発熱体等の温度制御手段が設け
られている。静電チャック上に載置したシリコンウエハ
の加熱等を行いながら、ＣＶＤ処理等を行う必要がある
からである。

【００５１】上記温度制御手段としては、図３に示した
抵抗発熱体５のほかに、ペルチェ素子（図６参照）が挙
げられる。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、静電チャックを嵌め込む支持容
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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】金属焼結体中には、金属酸化物を添加して
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。

【００５６】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 _２Ｏ_３）、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。

【００５７】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。

【００５８】また、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホ
ウ素（Ｂ_２Ｏ_３）、アルミナ、イットリア、チタニアの
割合は、金属酸化物の全量を１００重量部とした場合
に、酸化鉛が１〜１０重量部、シリカが１〜３０重量
部、酸化ホウ素が５〜５０重量部、酸化亜鉛が２０〜７
０重量部、アルミナが１〜１０重量部、イットリアが１
〜５０重量部、チタニアが１〜５０重量部が好ましい。
但し、これらの合計が１００重量部を超えない範囲で調
整されることが望ましい。これらの範囲が特にセラミッ
ク基板との密着性を改善できる範囲だからである。

【００５９】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１５の表面は、金属層１５０で被
覆されていることが望ましい（図４参照）。抵抗発熱体
１５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１５０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。

【００６０】金属層１５０の厚さは、０．１〜１０μｍ
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
ール製の端子ピンを使用することができる。

【００６１】なお、抵抗発熱体をヒータ板内部に形成す
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。

【００６２】抵抗発熱体として使用する金属箔として
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。

【００６３】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６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。

【００６４】本発明に係る静電チャックとしては、例え
ば、図１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４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１５が設けられた構成の静電チャック２０１、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３０
１、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。

【００６５】本発明に係る静電チャックでは、図１〜６
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、１
７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。

【００６６】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ピン６、１８を
接続する（図７（ｄ）参照）。

【００６７】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。

【００６８】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５００〜１０
００℃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１
００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。

【００６９】本発明のセラミック基板では、必要に応じ
て、セラミック基板１の有底孔１１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半導体ウ
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（１９８
０）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。

【００７０】図１０は、以上のような構成の本発明に係
る静電チャックを配設するための支持容器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。

【００７１】次に、本発明に係る静電チャックの製造方
法の一例を図７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、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、
イットリアなどの焼結助剤などを加えてもよい。

【００７２】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、窒化物の粉末に酸化物の粉末を混合し
たものとする。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。

【００７３】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。

【００７４】グリーンシート５０に、必要に応じてシリ
コンウエハのリフターピンを挿通する貫通孔や熱電対を
埋め込む凹部を設けておくことができる。貫通孔や凹部
は、パンチングなどで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。

【００７５】次に、グリーンシート５０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体ペーストを印刷
することにより形成する。

【００７６】これらの導体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。

【００７７】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
した導体ぺーストが最適である。さらに、パンチング等
で形成した孔に、導体ペーストを充填してスルーホール
印刷体５３、５４を得る。

【００７８】次に、図７（ａ）に示すように、印刷体５
１、５２、５３、５４を有するグリーンシート５０と、
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。

【００７９】（２）次に、図７（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
体ペーストを焼結させる。加熱温度は、１０００〜２０
００℃、加圧は１００〜２００ｋｇ／ｃｍ^２が好まし
く、これらの加熱および加圧は、不活性ガス雰囲気下で
行う。不活性ガスとしては、アルゴン、窒素などを使用
することができる。この工程で、スルーホール１６、１
７、チャック正極静電層２、チャック負極静電層３、抵
抗発熱体５等が形成される。

【００８０】（３）次に、図７（ｃ）に示すように、外
部端子接続のための袋孔１３、１４を設ける。袋孔１
３、１４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。

【００８１】（４）最後に、図７（ｄ）に示すように、
袋孔１３、１４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１１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。

【００８２】なお、上記説明では静電チャック１０１
（図１参照）を例にしたが、静電チャック２０１（図４
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１５を形成し、この
後、無電解メッキ等により金属層１５０を形成すればよ
い。また、静電チャック３０１（図５参照）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６参照）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。

【００８３】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、上記内部の導電体が、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。

【００８４】図１１は、本発明に係るウエハプローバの
一実施形態を模式的に示した断面図であり、図１２は、
図１１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６０１では、平面視円形状
のセラミック基板６３の表面に平面視同心円形状の溝６
７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。

【００８５】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３に
示したような平面視同心円形状の発熱体６９が設けられ
ており、発熱体６９の両端には、外部端子ピン（図示せ
ず）が接続、固定されている。また、セラミック基板６
３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７参照）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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】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
メッキ等を施して、金属層を形成すればよい。

【００８９】

【実施例】以下、本発明をさらに詳細に説明する。（実施例１および比較例１）静電チャック（図１参照）
の製造（１）空気中で５００℃、０、１、７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１．１μ
ｍ）１００重量部、イットリア（平均粒径：０．４μ
ｍ）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。

【００９０】（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の半導体ウエハのリフター
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。

【００９１】（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２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。

【００９２】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、導体ペー
ストＡ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／ｃｍ^２の圧力で圧着
して積層体を形成した（図７（ａ））。

【００９３】（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０〜１
５０ｋｇ／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））。

【００９４】（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。

【００９５】（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１３、１４とし（図７
（ｃ））、この袋孔１３、１４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。

【００９６】（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。このようにして製造した抵抗発熱
体を有する静電チャックの気孔率、気孔径、耐電圧、破
壊靱性値、吸着力、昇温特性、反り量を下記の方法によ
り測定した。その結果を下記の表１および表２に示し
た。なお、窒化アルミニウム粉末を焼成する時間によ
り、セラミック基板に含有される酸素量は異なっている
が、その値は、表１に示している。なお、レーザフラッ
シュ法による熱伝導率測定では、１８０〜２００Ｗ／ｍ
・Ｋであった。

【００９７】（実施例２および比較例２）静電チャック
（図４参照）の製造（１）空気中で５００℃、０、１、７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１．１μ
ｍ）１００重量部、イットリア（平均粒径：０．４μ
ｍ）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、ＢＮを０、３、５重量％（詳細は表
３）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。

【００９８】（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の半導体ウエハのリフター
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。

【００９９】（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、図９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。

【０１００】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、導体ペースト
Ａを印刷しないグリーンシートを上側（加熱面）に１
枚、下側に４８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。

【０１０１】（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０〜１
５０ｋｇ／ｃｍ^２（詳細は表３）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３２ａ、ｂおよびチャック負極静
電層３３ａ、ｂ（図９参照）を有する窒化アルミニウム
製の板状体とした。

【０１０２】（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。

【０１０３】（６）次に、ウエハ載置面に対向する面
（底面）に抵抗発熱体１５を印刷した。印刷は導体ペー
ストを用いた。導体ペーストは、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。この導体ペーストは、
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。

【０１０４】（７）導体ペーストを印刷した板状体を７
８０℃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メッキ浴に板状体を浸漬
して、銀の焼結体１５の表面に厚さ１μｍ、ホウ素の含
有量が１重量％以下のニッケル層１５０を析出させた。
この後、板状体に、１２０℃で３時間アニーリング処理
を施した。銀の焼結体からなる抵抗発熱体は、厚さが５
μｍ、幅２．４ｍｍであり、面積抵抗率が７．７ｍΩ／
□であった。

【０１０５】（８）次に、セラミック基板にスルーホー
ル１６を露出させるための袋孔を設けた。この袋孔にＮ
ｉ−Ａｕ合金（Ａｕ８１．５重量％、Ｎｉ１８．４重量
％、不純物０．１重量％）からなる金ろうを用い、９７
０℃で加熱リフローしてコバール製の外部端子ピンを接
続させた。また、抵抗発熱体に半田（スズ９／鉛１）を
介してコバール製の外部端子ピンを形成した。

【０１０６】（９）次に、温度制御のための複数熱電対
を凹部に埋め込み、静電チャック２０１を得た。このよ
うにして製造した抵抗発熱体を有する静電チャックの気
孔率、気孔径、耐電圧、破壊靱性値、吸着力、昇温特
性、反り量を下記の方法により測定した。その結果を下
記の表３および表４に示した。なお、窒化アルミニウム
粉末を焼成する時間により、セラミック基板に含有され
る酸素量は異なっているが、その値は、表３に示してい
る。

【０１０７】（１０）次に、この静電チャック２０１を
図１０の断面形状を有するステンレス製の支持容器４１
にセラミックファイバー（イビデン社製商品名イビ
ウール）からなる断熱材４５を介して嵌め込んだ。この
支持容器４１は冷却ガスの冷媒吹き出し口４２を有し、
静電チャック２０１の温度調整を行うことができる。こ
の支持容器４１に嵌め込まれた静電チャック２０１の抵
抗発熱体１５に通電を行って、温度を上げ、また、支持
容器に冷媒を流して静電チャック２０１の温度を制御し
たが、極めて良好に温度を制御することができた。

【０１０８】（実施例３および比較例３）静電チャッ
ク３０１（図５参照）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８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℃、０、
１、７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）１００重量部、イットリア
（平均粒径０．４μｍ）４重量部とともに、アルミナ
０、１．５、３．５、１５重量％を成形型中に入れて窒
素ガス中で１８９０℃、圧力０〜１５０ｋｇ／ｃｍ
^２（詳細は表５）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２３０ｍ
ｍの円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。

【０１０９】（２）この板状体に対し、実施例１の
（５）〜（７）の工程を実施し、静電チャック３０１を
得た。このようにして製造した抵抗発熱体を有する静電
チャックの気孔率、気孔径、耐電圧、破壊靱性値、吸着
力、昇温特性、反り量を下記の方法により測定した。そ
の結果を下記の表５および表６に示した。なお、窒化ア
ルミニウム粉末を焼成する時間により、セラミック基板
に含有される酸素量は異なっているが、その値は、表５
に示している。

【０１１０】評価方法（１）酸素量実施例にかかる焼結体と同条件で焼結させた試料をタン
グステン乳鉢で粉砕し、これの０．０１ｇを採取して試
料加熱温度２２００℃、加熱時間３０秒の条件で酸素・
窒素同時分析装置（ＬＥＣＯ社製ＴＣ−１３６型）で
測定した。（２）セラミック誘電体膜の気孔率の測定セラミック誘電体膜を切り出し、アミキメデス法によ
り、気孔率を測定した。具体的には、切り出した試料を
粉末に破砕して有機溶媒中または水銀中に投入して体積
を測定し、さらに予め測定した粉末の重量から真比重を
測定し、これと見かけの比重から気孔率を計算した。

【０１１１】（３）セラミック誘電体膜の気孔径の測定静電チャックを縦方向に数カ所切断し、切断部分の気孔
について、顕微鏡でその長さを測定した。縦、横の長さ
が異なる場合には、最大値をとった。（４）セラミック誘電体膜の耐電圧の評価実施例１〜３、比較例１〜３で製造した静電チャックに
ついて、静電チャック上に金属電極を載置し、静電電極
層と電極との間に、電圧を印加し、絶縁破壊する電圧を
測定した。

【０１１２】（５）破壊靱性値ビッカーズ硬度計（明石製作所社製ＭＶＫ−Ｄ型）に
より圧子を表面に圧入し、発生したクラック長さを測定
し、これを下記の計算式に代入した。

【０１１３】破壊靱性値＝０．０２６×Ｅ^１／２×０．
５×Ｐ^１／２×ａ×Ｃ^−３／２Ｅはヤング率（３．１８×１０^１１Ｐａ）、Ｐは押し込
み荷重（９８Ｎ）、ａは圧痕対角線長さの半分（ｍ）、
Ｃはクラックの長さの平均の半分（ｍ）である。

【０１１４】（６）吸着力ロードセル（島津製作所製オートグラフＡＧＳ−５
０Ａ）を使用して測定した。

【０１１５】（７）昇温特性４５０℃まで昇温するために必要な時間を測定した。（８）反り量４５０℃まで昇温して１５０ｋｇ／ｃｍ^２の荷重をかけ
た後、２５℃まで冷却し、形状測定器（京セラ社製ナ
ノウエイ）を用いて、反り量を測定した。

【０１１６】

【表１】

【０１１７】

【表２】

【０１１８】

【表３】

【０１１９】

【表４】

【０１２０】

【表５】

【０１２１】

【表６】

【０１２２】上記表１〜６より明らかなように、実施例
１〜３に係る静電チャックでは、セラミック誘電体膜の
耐電圧は、常温では１１〜２０ｋＶ／ｍｍ、４５０℃で
も１〜１０ｋＶ／ｍｍと良好である。また、気孔を有す
る場合は、破壊靱性値も３．５ＭＰａｍ^１／２以上を確
保できる。さらに、最大気孔の気孔径を５０μｍ以下に
することで高温での反り量を小さくすることができる。
気孔を有さない場合は、耐電圧が非常に高くなり、ま
た、反りをほぼ完全になくすことができる。

【０１２３】（実施例４）静電チャック４０１（図６
参照）の製造実施例２の（１）〜（５）の工程（表３の初段の条件）
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。

【０１２４】（実施例５）ウエハプローバ６０１（図１
１参照）の製造（１）空気中で５００℃、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）１００
０重量部、イットリア（平均粒径０．４μｍ）４０重量
部および、ＳｉＣ１０重量部、１−ブタノールおよびエ
タノールからなるアルコール５３０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。

【０１２５】（２）次に、このグリーンシートを８０℃
で５時間乾燥させた後、パンチングにて発熱体と外部端
子ピンと接続するためのスルーホール用の貫通孔を設け
た。

【０１２６】（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体ペースト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
て導体ペーストＢとした。

【０１２７】次に、グリーンシートに、この導体ペース
トＡを用いたスクリーン印刷で、格子状のガード電極用
印刷体、グランド電極用印刷体を印刷した。また、端子
ピンと接続するためのスルーホール用の貫通孔に導体ペ
ーストＢを充填した。

【０１２８】さらに、印刷されたグリーンシートおよび
印刷がされていないグリーンシートを５０枚積層して１
３０℃、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。

【０１２９】（４）次に、この積層体を窒素ガス中で６
００℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力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３００
ｍｍ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６６０の大きさは、直径０．２ｍｍ、
深さ０．２ｍｍであった。

【０１３０】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。

【０１３１】（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。

【０１３２】（６）さらに、ウエハ載置面に対向する面
に発熱体６９を形成するための層を印刷した。印刷は導
体ペーストを用いた。導体ペーストは、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。この導体ペース
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１０
０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。

【０１３３】（７）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メッキ浴にヒータ
板を浸漬して、銀の焼結体６９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。

【０１３４】（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２
００Ｗ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０．３μ
ｍ、モリブデン層は２μｍ、ニッケル層は１μｍであっ
た。

【０１３５】（９）硫酸ニッケル３０ｇ／ｌ、ほう酸３
０ｇ／ｌ、塩化アンモニウム３０ｇ／ｌおよびロッシェ
ル塩６０ｇ／ｌを含む水溶液からなる無電解ニッケルメ
ッキ浴に、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、電解ニッケルメッキで被覆さ
れない。

【０１３６】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
む無電解金メッキ液に、９３℃の条件で１分間浸漬し、
ニッケルメッキ層上に厚さ１μｍの金メッキ層を形成し
た。

【０１３７】（１０）溝６７から裏面に抜ける空気吸引
孔６８をドリル加工により形成し、さらにスルーホール
６６０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％、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
端子ピンを接続させた。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
ピンを形成した。

【０１３８】（１１）次に、温度制御のための複数熱電
対を凹部に埋め込み、ウエハプローバヒータ６０１を得
た。

【０１３９】このように得られたセラミック基板は、最
大気孔の気孔径が２μｍで、気孔率が１％であった。ま
た、セラミック基板の温度を２００℃に上げ、電圧を２
００Ｖ印加しても絶縁破壊は生じなかった。さらに、反
り量も１μｍ以下で良好であった。

【０１４０】（実施例６および比較例４）空気中で５０
０℃、０、１、７時間焼成した炭化珪素粉末（屋久島電
工製平均粒径１．１μｍ）１００重量部、カーボン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０．５ｍｍの
グリーンシートを得た。

【０１４１】そして、実施例１の（２）〜（７）と同様
の加工を行って静電チャックを製造した。なお、導体ペ
ーストと接触する部分にガラスペーストを塗布して積層
した。

【０１４２】このようにして製造した抵抗発熱体を有す
る静電チャックの気孔率、気孔径、耐電圧、破壊靱性
値、吸着力、昇温特性、反り量を実施例１と同様にして
測定した。その結果を下記の表７および表８に示した。
なお、窒化アルミニウム粉末を焼成する時間により、セ
ラミック基板に含有される酸素量は異なっているが、そ
の値は、表７に示している。また、耐電圧はウエハ載置
面と、静電電極との間で測定した。

【０１４３】

【表７】

【０１４４】

【表８】

【０１４５】上記表７〜８より明らかなように、実施例
６に係る静電チャックでは、セラミック誘電体膜の耐電
圧は良好である。また、破壊靱性値も４．０ＭＰａｍ
^１／２以上を確保できる。さらに、最大気孔の気孔径を
５０μｍ以下にすることで高温での反り量を小さくする
ことができる。

【０１４６】（実施例７および比較例５）実施例１およ
び比較例１の静電チャックの表面に、凹部をドリル加工
で形成し、この凹部にシリコンウエハを支持するための
アルミナ製の支持ピンを形成し、シリコンウエハと上記
表面との距離を１００μｍとなるように設定し、実施例
７および比較例７とした。次いで、静電電極には印加せ
ず、抵抗発熱体にのみ通電して加熱し、シリコンウエハ
を４００℃まで昇温して、シリコンウエハの表面の温度
差を測定した。その結果、セラミック基板の反り量が１
または０μｍの場合では、シリコンウエハの表面温度差
は３℃であるが、反り量が８μｍの場合は、シリコンウ
エハの表面の温度差は１０℃にもなり、シリコンウエハ
の温度の均一性に乏しかった。

【０１４７】（試験例）比較例１にあるように、窒化ア
ルミニウム粉末を空気中で焼成せず、常圧焼結により、
厚さ３０ｍｍの静電チャックを製造した。また、窒化ア
ルミニウム粉末を空気中で焼成せず、常圧焼結により直
径１５０ｍｍの静電チャックを製造した。いずれも４５
０℃に昇温した後でも、反り量は１μｍ以下であった。
即ち、厚さが２５ｍｍを超え、直径が２００ｍｍ未満の
セラミック基板では、反りの問題がそもそも発生しな
い。また、貫通孔を形成しない静電チャックを製造した
が、やはり、４５０℃に昇温した後の反り量は１μｍ以
下であった。このように、本発明は、特に厚さが２５ｍ
ｍ以下、直径が２００ｍｍ以上で貫通孔を有する半導体
製造・検査装置用セラミック基板について、特に効果を
奏するものと考えられる。

【０１４８】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明のセラミック
基板では、セラミック基板が酸素を含有する非酸化物セ
ラミックからなり、最大気孔の気孔径が５０μｍ以下と
従来よりも大きくても、耐電圧を充分に大きく保つこと
ができる。また、気孔を有するため破壊靱性値を大きく
することができ、熱衝撃に耐えられる。さらに高温での
反り量も小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る静電チャックの一例を模式的に示
す断面図である。

【図２】図１に示した静電チャックのＡ−Ａ線断面図で
ある。

【図３】図１に示した静電チャックのＢ−Ｂ線断面図で
ある。

【図４】本発明に係る静電チャックの一例を模式的に示
す断面図である。

【図５】本発明に係る静電チャックの一例を模式的に示
す断面図である。

【図６】本発明に係る静電チャックの一例を模式的に示
す断面図である。

【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る静電チャック
の製造工程の一部を模式的に示す断面図である。

【図８】本発明に係る静電チャックを構成する静電電極
の形状を模式的に示した水平断面図である。

【図９】本発明に係る静電チャックを構成する静電電極
の形状を模式的に示した水平断面図である。

【図１０】本発明に係る静電チャックを支持容器に嵌め
込んだ状態を模式的に示した断面図である。

【図１１】本発明に係るウエハプローバを模式的に示し
た断面図である。

【図１２】本発明に係る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。

【図１３】本発明に係るホットプレートを模式的に示し
た断面図である。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、４０１静電チャック１セラミック基板２、２２、３２ａ、３２ｂチャック正極静電層３、２３、３３ａ、３３ｂチャック負極静電層２ａ、３ａ半円弧状部２ｂ、３ｂ櫛歯部４セラミック誘電体膜５抵抗発熱体６、１８外部端子ピン７金属線８ペルチェ素子９シリコンウエハ１１有底孔１２貫通孔１３、１４袋孔１５抵抗発熱体１５０金属層１６、１７スルーホール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

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｃ０４Ｂ 35/56 １０１Ｙ 35/58 １０４Ｙ１０４Ｄ１０４Ｓ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック基板の表面または内部に導電
体が形成されてなるセラミック基板であって、前記セラ
ミック基板は、酸素を含有する非酸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
ことを特徴とする半導体製造・検査装置用セラミック基
板。
【請求項２】前記非酸化物セラミックは、窒化物セラ
ミックである請求項１に記載の半導体製造・検査装置用
セラミック基板。
【請求項３】前記非酸化物セラミックは、炭化物セラ
ミックである請求項１に記載の半導体製造・検査装置用
セラミック基板。
【請求項４】０．０５〜１０重量％の酸素を含有して
なる請求項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。
【請求項５】気孔率が５％以下である請求項１〜４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。
【請求項６】１００〜７００℃の温度領域で使用され
る請求項１〜５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。
【請求項７】厚さ２５ｍｍ以下、直径２００ｍｍ以上
である請求項１〜６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。
【請求項８】半導体ウエハのリフタピンを挿入する貫
通孔を複数有してなる請求項１〜７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。