JP2001230059A

JP2001230059A - 半導体製造・検査装置用セラミック基板

Info

Publication number: JP2001230059A
Application number: JP2000034003A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Ito; 康隆伊藤; Yasuji Hiramatsu; 靖二平松
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2000-02-10
Filing date: 2000-02-10
Publication date: 2001-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】半田等の接続部材の劣化が進行しにくく、接
続不良が発生せず、また、接点部分がしっかりと固定さ
れているため、良好な接続状態を維持することができ、
長期間に渡って接続信頼性を確保することができる半導
体製造・検査装置用セラミック基板を提供する。【解決手段】セラミック基板に１または２以上の回路
からなる抵抗発熱体が配設され、前記回路の端部に外部
端子が接続されてなる半導体製造・検査装置用セラミッ
ク基板において、前記抵抗発熱体の端部と前記外部端子
との接点部分が絶縁性被覆体により被覆されていること
を特徴とする半導体製造・検査装置用セラミック基板。

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、ホットプレ
ート、静電チャック、ウエハプローバなど、半導体の製
造用や検査用の装置として用いられるセラミック基板に
関し、特に抵抗発熱体の端子部分と外部端子との接点部
分が保護された接続信頼性に優れる半導体製造・検査装
置用セラミック基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製品は、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、その代表的製品であ
る半導体チップは、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
リコンウエハ上に種々の回路等を形成することにより製
造される。

【０００３】この種の回路等を形成するには、シリコン
ウエハ上に、感光性樹脂を塗布し、これを露光、現像処
理した後、ポストキュアさせたり、スパッタリングによ
り導体層を形成する工程が必要である。このためには、
シリコンウエハを加熱する必要がある。

【０００４】かかる半導体ウエハをヒータ上に載置して
加熱するためのヒータとして、従来から、アルミニウム
製の基板の裏側に電気的抵抗体等の抵抗発熱体を備えた
ものが多用されていたが、アルミニウム製の基板は、厚
さ１５ｍｍ程度を要するので、重量が大きくなり、ま
た、嵩張るために取扱いが容易ではない。また、通電電
流に対する温度追従性という観点でも温度制御性が不充
分であり、半導体ウエハを均一に加熱することは容易で
はなかった。

【０００５】そこで、最近では、窒化アルミニウム等の
セラミックを基板として用いたセラミックヒータが開発
されている。これらのヒータでは、曲げ強度等の機械的
特性に優れるため、その厚さを薄くすることができ、熱
容量を小さくすることができるため、温度追従性等の諸
特性に優れる。

【０００６】このようなセラミックヒータにおいて、抵
抗発熱体の端子部分と外部端子とは、通常、半田等によ
り接着されているが、このセラミックヒータを長期間使
用していると、次第に半田の劣化が進行し、そのために
外部端子が抵抗発熱体の端子部分から離れやすくなり、
脱落してしまうという問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した問題
に鑑みてなされたものであり、抵抗発熱体の端子部分と
外部端子との接点部分を構成する接続部材の劣化を防止
し、長期間の使用に対しても接続信頼性を維持すること
ができる半導体製造・検査装置用セラミック基板を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、セラミック基
板に１または２以上の回路からなる抵抗発熱体が配設さ
れ、上記回路の端部に外部端子が接続されてなる半導体
製造・検査装置用セラミック基板において、上記回路の
端部と上記外部端子との接点部分が絶縁性被覆体により
被覆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。

【０００９】上記半導体製造・検査装置用セラミック基
板（以下、半導体装置用セラミック基板ともいう）にお
いて、セラミック基板は窒化物セラミックからなること
が望ましい。

【００１０】また、上記絶縁性被覆体は、耐熱性樹脂材
料からなるか、金属酸化物および／または金属水酸化物
からなるか、または、上記接点部分を直接被覆する金属
酸化物および／または金属水酸化物とこれらの材料をさ
らに被覆する耐熱性樹脂材料とからなることが望まし
い。

【００１１】また、上記耐熱性樹脂材料は、ポリイミド
系樹脂及びシリコーン系樹脂から選ばれる少なくとも１
種であることが望ましく、上記金属酸化物および／また
は金属水酸化物は、金属酸化物のゾル、または、金属ア
ルコキシドを原料とするものであることが望ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の半導体装置用セラミック
基板は、セラミック基板に、１または２以上の回路から
なる抵抗発熱体が配設され、上記回路の端部に外部端子
が接続されてなる半導体装置用セラミック基板におい
て、上記回路の端部と上記外部端子との接点部分が絶縁
性被覆体により被覆されていることを特徴とする。

【００１３】上記抵抗発熱体（回路）の端部と上記外部
端子とを接続している半田は、長期間の使用により劣化
し、例えば、鉛等が蒸発することに起因してボイドや気
泡が発生すると考えられるが、このような劣化が進行す
ると、外部端子が抵抗発熱体の端子部分から離れやすく
なり、接続不良となるか、脱落してしまう。

【００１４】しかしながら、本発明の半導体装置用セラ
ミック基板では、上記回路（抵抗発熱体）端部と上記外
部端子との接点部分が絶縁性被覆体により被覆され、封
止されているので、半田中の鉛成分等は蒸発せず、半田
の劣化が進行しにくくなるため、ボイドや気泡も発生せ
ず、接続不良も発生しない。また、上記絶縁性被覆体に
より上記接点部分はしっかりと固定されているため、良
好な接続状態を維持することができ、長期間に渡って接
続信頼性を確保することができる。

【００１５】図１は、本発明の半導体装置用セラミック
基板の一例であるセラミックヒータを模式的に示す平面
図であり、図２は、この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。

【００１６】セラミック基板１１は、円板状に形成され
ており、抵抗発熱体１２は、セラミック基板１１の加熱
面の全体の温度が均一になるように加熱するために、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、その表面には、金属被覆層１２ａが形成されてい
る。

【００１７】また、抵抗発熱体１２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
されて１つの回路を構成しており、底面には、このよう
な回路が多数形成されている。そして、これらの回路の
両端部に外部端子１３が半田等により接続されている。
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。

【００１８】また、図２に示したように、この支持ピン
１６は、その上にシリコンウエハ９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９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９を受け取ったりすることができるほ
か、セラミック基板１１の表面から一定の距離にシリコ
ンウエハ９を離間させた状態で保持しながら加熱するこ
とができるようになっている。

【００１９】図１〜２に示した抵抗発熱体１２は、セラ
ミック基板１１の底面に配設されているが、抵抗発熱体
１２は、セラミック基板１１の内部で、その中心または
中心より底面に偏芯した位置に形成されていてもよい。

【００２０】図３は、抵抗発熱体（回路）の端部と外部
端子との接点部分が絶縁性被覆体により被覆されたセラ
ミックヒーターを模式的に示した断面図であり、図４
は、上記接点部分がその組成が異なる２種類の絶縁性被
覆体により被覆されたセラミックヒーターを模式的に示
した断面図である。

【００２１】図３に示したように、上記接点部分を絶縁
性被覆体１８で覆うことにより、接点部分が完全に封止
されるため、鉛の飛散等を完全に防止し、これに起因す
る半田部分でのボイドや気泡の発生を防止することがで
き、接続不良の発生を防止することができる。

【００２２】また、絶縁性被覆体１８により、外部端子
１３がしっかりと固定されているため、機械的な外力が
作用した場合にも、外部端子１３がはずれにくくなり、
接続を良好に保つことができる。

【００２３】抵抗発熱体がセラミック基板の内部に形成
されている場合には、例えば、セラミック基板の底面に
形成した袋孔の底面に露出したスルーホールまたは抵抗
発熱体（回路）の端部に、外部端子を接合するが、この
場合にも、接合部分（接点部分）を絶縁性被覆体で被覆
することにより、接合部分を封止するとともに、外部端
子をしっかりと固定することができる。

【００２４】上記絶縁性被覆体を形成するための材料と
しては、例えば、耐熱性樹脂材料、金属酸化物および／
または金属水酸化物等が挙げられる。上記耐熱性樹脂材
料としては、例えば、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂
等が挙げられる。これらの耐熱性樹脂材料を用いる場合
には、溶剤等を含む流動状態の樹脂材料で接点部分を覆
い、乾燥させることにより固化させることができる。こ
れらの耐熱性樹脂材料は、セラミック基板の温度が２５
０℃程度の温度まで上昇した場合にも、充分に耐熱性を
有する。

【００２５】上記金属酸化物および／または金属水酸化
物としては、シリカゾル、アルミナゾル等の金属酸化物
のゾルをゲル化させたものや、アルミニウムアルコキシ
ド等の金属アルコキシドを加水分解させたもの等が挙げ
られる。これらは、水酸化物をかなりの量含むものであ
るが、加熱を行うことにより、水分が蒸発するととも
に、脱水反応が進行し、酸化物の含有量が多くなり、固
化する。加熱の温度によっては、殆ど酸化物となり、さ
らにしっかりと固化する。これら金属酸化物および／ま
たは金属水酸化物からなる絶縁性被覆体は、セラミック
基板の温度が４５０℃程度と、さらに高い場合において
も、充分な耐久性を有する。

【００２６】さらに接点部分をしっかりと封止するた
め、上記接点部分を一旦金属酸化物および／または金属
水酸化物からなる絶縁性被覆体１９ａで覆った後、この
絶縁性被覆体１９ａを、さらに耐熱性樹脂材料からなる
絶縁性被覆体１９ｂで覆ってもよい。

【００２７】本発明の半導体装置用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るものではなく、
例えば、窒化物セラミック、炭化物セラミック、酸化物
セラミック等が挙げられる。

【００２８】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、上
記炭化物セラミックとしては、金属炭化物セラミック、
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。

【００２９】上記酸化物セラミックとしては、金属酸化
物セラミック、例えば、アルミナ、ジルコニア、コージ
ェライト、ムライト等が挙げられる。これらのセラミッ
クは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

【００３０】これらのセラミックの中では、窒化物セラ
ミック、炭化物セラミックの方が酸化物セラミックに比
べて望ましく、窒化物セラミックが特に望ましい。熱伝
導率が高いからである。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１８
０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高いからである。

【００３１】本発明において、半導体装置用セラミック
基板を構成する焼結体中には、焼結助剤を含有すること
が望ましい。この焼結助剤としては、例えば、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、特にＣａＯ、Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ｎａ₂
Ｏ、Ｌｉ₂ Ｏ、Ｒｂ₂ Ｏ₃ が好適である。含有量として
は、０．１〜１０重量％が望ましい。またアルミナを添
加してもよい。

【００３２】本発明にかかる半導体装置用セラミック基
板は、明度がＪＩＳＺ８７２１の規定に基づく値で
Ｎ４以下のものであることが望ましい。このような明度
を有するものが輻射熱量、隠蔽性に優れるからである。
また、このようなセラミック基板は、サーモビュアによ
り、正確な表面温度測定が可能となる。

【００３３】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。そして、実際の測定は、Ｎ０〜Ｎ
１０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。

【００３４】このような特性を有するセラミック基板
は、セラミック基板中にカーボンを１００〜５０００ｐ
ｐｍ含有させることにより得られる。カーボンには、非
晶質のものと結晶質のものとがあり、非晶質のカーボン
は、セラミック基板の高温における体積抵抗率の低下を
抑制することでき、結晶質のカーボンは、セラミック基
板の高温における熱伝導率の低下を抑制することができ
るため、その製造する基板の目的等に応じて適宜カーボ
ンの種類を選択することができる。

【００３５】非晶質のカーボンは、例えば、Ｃ、Ｈ、Ｏ
だけからなる炭化水素、好ましくは、糖類を、空気中で
焼成することにより得ることができ、結晶質のカーボン
としては、グラファイト粉末等を用いることができる。
また、アクリル系樹脂を不活性雰囲気下で熱分解させた
後、加熱加圧することによりカーボンを得ることができ
るが、このアクリル系樹脂の酸価を変化させることによ
り、結晶性（非晶性）の程度を調整することもできる。

【００３６】本発明の半導体装置用セラミック基板は、
円板形状であり、直径２００ｍｍ以上が望ましく、２５
０ｍｍ以上が最適である。円板形状の半導体装置用セラ
ミック基板は、温度の均一性が要求されるが、直径の大
きな基板ほど、温度が不均一になりやすいからである。

【００３７】本発明の半導体装置用セラミック基板の厚
さは、５０ｍｍ以下が好ましく、２０ｍｍ以下がより好
ましい。また、１〜５ｍｍが最適である。厚みは、薄す
ぎると高温での反りが発生しやすく、厚すぎると熱容量
が大きくなり過ぎて昇温降温特性が低下するからであ
る。また、本発明の半導体装置用セラミック基板の気孔
率は、０または５％以下が望ましい。高温での熱伝導率
の低下、反りの発生を抑制できるからである。上記気孔
率はアルキメデス法により測定する。

【００３８】セラミック基板１１の内部または底面に抵
抗発熱体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好ましい。即
ち、セラミック基板の内部に抵抗発熱体を形成する場合
には、グリーンシート上に導電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
に抵抗発熱体を作製する。一方、表面に抵抗発熱体を形
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
成することより、抵抗発熱体を作製する。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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、抵抗発熱体とセラミック基板との密
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。

【００４３】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。

【００４４】抵抗発熱体用の導体ペーストをセラミック
基板の表面に形成する際には、導体ペースト中に金属粒
子のほかに金属酸化物を添加し、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好ましい。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、セラミック基板と金属粒子とを密着させることがで
きる。

【００４５】金属酸化物を混合することにより、セラミ
ック基板との密着性が改善される理由は明確ではない
が、金属粒子表面や非酸化物からなるセラミック基板の
表面は、その表面が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、金属粒子とセラミックとが密着するのでは
ないかと考えられる。また、セラミック基板を構成する
セラミックが酸化物の場合は、当然に表面が酸化物から
なるので、密着性に優れた導体層が形成される。

【００４６】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、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することができるからであ
る。

【００４７】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
されていることが好ましい。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、特にセラミック基板
との密着性を改善することができる。

【００４８】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
体を形成した際の面積抵抗率は、１〜４５ｍΩ／□が好
ましい。

【００４９】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、表面に抵
抗発熱体を設けた半導体装置用セラミック基板では、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。

【００５０】抵抗発熱体がセラミック基板の表面に形成
される場合には、抵抗発熱体の表面部分に、金属被覆層
が形成されていることが好ましい。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。

【００５１】上記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。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。本発明の半導体
装置用セラミック基板は、２００℃以上で使用すること
ができる。

【００５２】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
抵抗発熱体の温度を測定し、そのデータをもとに電圧、
電流量を代えて、温度を制御することができるからであ
る。

【００５３】上記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、Ｊ
ＩＳ−Ｃ−１６０２（１９８０）に挙げられるように、
Ｋ型、Ｒ型、Ｂ型、Ｅ型、Ｊ型、Ｔ型熱電対が挙げられ
る。

【００５４】本発明の半導体装置用セラミック基板は、
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、ウエハプローバ、ホットプレー
ト、サセプタ等が挙げられる。これらのセラミック基板
はいずれも、例えば、図１に示したような構成の抵抗発
熱体を備えている。

【００５５】上記ホットプレート（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抵抗発熱体のみ
が設けられた装置であり、これにより、半導体ウエハ等
の被加熱物を所定の温度に加熱することができる。

【００５６】本発明の半導体装置用セラミック基板の内
部に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。

【００５７】上記静電電極に用いる金属としては、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。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、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。

【００５８】図５（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。この静電チャック２０で
は、セラミック基板２１の内部にチャック正負電極層２
２、２３が埋設され、その電極上に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２４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。

【００５９】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、窒化
アルミニウム基板２１の内部に（ｂ）に示した半円弧状
部２２ａと櫛歯部２２ｂ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２２
ｂ、２３ｂを交差するように対向して配置されている。

【００６０】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。

【００６１】図６および図７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６
に示す静電チャック７０では、セラミック基板７１の内
部に半円形状のチャック正極静電層７２とチャック負極
静電層７３が形成されており、図７に示す静電チャック
８０では、セラミック基板８１の内部に円を４分割した
形状のチャック正極静電層８２ａ、８２ｂとチャック負
極静電層８３ａ、８３ｂが形成されている。また、２枚
のチャック正極静電層８２ａ、８２ｂおよび２枚のチャ
ック負極静電層８３ａ、８３ｂ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。

【００６２】本発明の半導体装置用セラミック基板の表
面にチャックトップ導体層を設け、内部にガード電極や
グランド電極を設けた場合には、ウエハプローバとして
機能する。

【００６３】図８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９は、その平面
図であり、図１０は、図８に示したウエハプローバにお
けるＡ−Ａ線断面図である。

【００６４】このウエハプローバ１０１では、平面視円
形状のセラミック基板３の表面に同心円形状の溝７が形
成されるとともに、溝７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８が設けられており、溝７を含
むセラミック基板３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２が円形状に形成
されている。

【００６５】一方、セラミック基板３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抵抗発熱体４１が設けら
れており、抵抗発熱体４１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
３の内部には、ストレイキャパシタやノイズを除去する
ために図１０に示したような格子形状のガード電極５と
グランド電極６とが設けられている。なお、符号５２
は、電極非形成部を示している。このような矩形状の電
極非形成部５２をガード電極５の内部に形成しているの
は、ガード電極５を挟んだ上下のセラミック基板３をし
っかりと接着させるためである。

【００６６】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。

【００６７】次に、本発明の半導体装置用セラミック基
板の製造方法の一例として、セラミックヒータの製造方
法について説明する。まず、図１に示したセラミック基
板１１の底面に抵抗発熱体１２が形成された半導体装置
用セラミック基板の製造方法について説明する。

【００６８】(1) セラミック基板の作製工程上述した窒化アルミニウムなどのセラミック粉末に必要
に応じてイットリア等の焼結助剤の粉末やバインダ等を
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。スラリー調製時に、非晶質や
結晶質のカーボンを添加してもよい。

【００６９】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を挿入する貫通孔１
５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。

【００７０】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。

【００７１】(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、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。
また、抵抗発熱体は、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、例えば、同心円形状とする
か、または、同心円形状と屈曲線形状とを組み合わせた
パターンに印刷することが好ましい。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好ましい。

【００７２】(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、
抵抗発熱体１２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、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、抵抗発熱
体とセラミック基板との密着性が向上する。

【００７３】(4) 金属被覆層の形成抵抗発熱体１２表面には、金属被覆層１２ａを設けるこ
とが望ましい。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。

【００７４】(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
の外部端子１３を半田で取り付け、接点部分を覆うよう
に絶縁性被覆体１８を形成する。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、半導体装置用セラミック基板１０とする。

【００７５】上記セラミックヒータを製造する際に、セ
ラミック基板の内部に静電電極を設けることにより静電
チャックを製造することができ、また、加熱面にチャッ
クトップ導体層を設け、セラミック基板の内部にガード
電極やグランド電極を設けることによりウエハプローバ
を製造することができる。

【００７６】セラミック基板の内部に電極を設ける場合
には、金属箔等をセラミック基板の内部に埋設すればよ
い。また、セラミック基板の表面に導体層を形成する場
合には、スパッタリング法やめっき法を用いることがで
き、これらを併用してもよい。

【００７７】次に、セラミック基板の内部に抵抗発熱体
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。 (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。また、グリー
ンシートを作製する際、結晶質や非晶質のカーボンを添
加してもよい。

【００７８】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。

【００７９】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、抵抗発熱体を外部の端子ピ
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。

【００８０】(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、上述
したように端子部近傍の回路の線幅が、それ以外の部分
の回路の線幅より太くなるように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、５μ
ｍを超えると、導体ペーストを印刷しにくいからであ
る。

【００８１】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。

【００８２】(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側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。

【００８３】(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。

【００８４】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
抵抗発熱体と接続するためのスルーホールに外部端子を
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。この
後、接点部分を覆うように絶縁性被覆体を形成する。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。

【００８５】上記セラミックヒータでは、その上にシリ
コンウエハ等を載置するか、または、シリコンウエハ等
を支持ピンで保持させた後、シリコンウエハ等の加熱や
冷却を行いながら、種々の操作を行うことができる。

【００８６】上記セラミックヒータを製造する際に、セ
ラミック基板の内部に静電電極を設けることにより静電
チャックを製造することができ、また、加熱面にチャッ
クトップ導体層を設け、セラミック基板の内部にガード
電極やグランド電極を設けることによりウエハプローバ
を製造することができる。

【００８７】セラミック基板の内部に電極を設ける場合
には、抵抗発熱体を形成する場合と同様にグリーンシー
トの表面に導体ペースト層を形成すればよい。また、セ
ラミック基板の表面に導体層を形成する場合には、スパ
ッタリング法やめっき法を用いることができ、これらを
併用してもよい。

【００８８】以下、本発明をさらに詳細に説明する。

【実施例】（実施例１）セラミックヒータの製造（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、酸化イットリウム（Ｙ₂ Ｏ
₃ ：イットリア、平均粒径０．４μｍ）４重量部、アク
リル系樹脂バインダ１１．５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。（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。この生形成体に
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：２ｍｍ）を形成し
た。

【００８９】（３）加工処理の終わった生成形体を温
度：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焼結体を得
た。次に、この板状体から直径２１０ｍｍの円板体を切
り出し、セラミック性の板状体（セラミック基板１１）
とした。（４）上記（３）で得た焼結体の底面に、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形状とした。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。

【００９０】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。

【００９１】（５）次に、導体ペーストを印刷した焼結
体を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焼結体に焼き付け、発熱体を形
成した。銀−鉛の発熱体１２は、厚さが５μｍ、幅２．
４ｍｍ、面積抵抗率が７．７ｍΩ／□であった。（６）次に、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を含む水溶液から
なる無電解ニッケルめっき浴に上記（５）で作製した焼
結体を浸漬し、銀−鉛の発熱体１２の表面に厚さ１μｍ
の金属被覆層１２ａ（ニッケル層）を析出させた。

【００９２】（７）電源との接続を確保するために、抵
抗発熱体（回路）の端部に、スクリーン印刷により銀−
鉛半田ペースト（田中貴金属製）を印刷して半田ペース
ト層を形成した。ついで、半田ペースト層の上にコバー
ル製の端子ピンを載置して、４２０℃で加熱リフロー
し、端子ピンを発熱体の表面に取り付けた。次に、ニッ
ケル製の配線が接続されたソケットを外部端子に差し込
んで固定した。

【００９３】（８）この後、ソケットを含む接点部分を
シリコーン樹脂（信越化学工業社製、ＫＥ３４９４）で
被覆し、その後乾燥を行って、固化させることにより、
絶縁性被覆体１８を形成した。（９）温度制御のための熱電対を有底孔に挿入し、ポリ
イミド樹脂を充填し、１９０℃で２時間硬化させ、セラ
ミックヒータ１０を得た。

【００９４】（１０）この後、セラミックヒータ１０に
通電し、１０００時間の間、セラミック基板を連続的に
２５０℃の温度に保持する耐久性試験を行った。この
後、絶縁性被覆体１８の一部を切断し、接点部分を観察
したが、接点部分は全く異常がなく、しっかりと接続さ
れており、また、外部端子は、セラミック基板にしっか
りと固定されていた。

【００９５】実施例２抵抗発熱体（回路）の端部と端子ピンとをＰｂ：８８重
量部−Ａｇ：２重量部−Ｓｎ：１０重量部からなる半田
を用いて接合し、ソケットを含む接点部分を東亜合成社
製のアロンセラミックで被覆して絶縁性被覆体１９ａを
形成し、さらに、この絶縁性被覆体１９ａをポリイミド
樹脂（宇部興産社製、ユピファインＦＰ）からなる絶縁
性被覆体１９ｂで覆ったほかは、実施例１と同様にし
て、セラミックヒータを製造した。

【００９６】この後、セラミックヒータ１０に通電し、
１０時間の間、セラミック基板を連続的に３５０℃の温
度に保持する耐久性試験を行った。この後、絶縁性被覆
体１８の一部を切断し、接点部分を観察したが、接点部
分は全く異常がなく、しっかりと接続されており、ま
た、外部端子は、セラミック基板にしっかりと固定され
ていた。

【００９７】比較例１抵抗発熱体（回路）の端部と端子ピンとの接点部分を、
絶縁性被覆体で覆わず、大気中に露出したままにしたほ
かは、実施例１と同様にセラミックヒータを製造し、耐
久性試験を行い、接点部分を観察した。その結果、時間
の経過とともに、半田の蒸発に起因すると思われるボイ
ドや気孔が観察され、通電を開始してから８００時間で
外部端子は、抵抗発熱体の端子部分から剥離して落下し
た。

【００９８】比較例２抵抗発熱体（回路）の端部と端子ピンとの接点部分を、
絶縁性被覆体で覆わず、大気中に露出したままにしたほ
かは、実施例２と同様にセラミックヒータを製造し、耐
久性試験を行い、接点部分を観察した。その結果、時間
の経過とともに、半田の溶融が観察され、通電を開始し
てから直ぐに外部端子は、抵抗発熱体の端子部分から剥
離して落下した。

【００９９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
用セラミック基板によれば、上記抵抗発熱体（回路）の
端部と上記外部端子との接点部分が絶縁性被覆体により
被覆され、封止されているので、半田等の接続部材の劣
化が進行しにくくなり、接続不良は発生しない。また、
上記絶縁性被覆体により、上記接点部分はしっかりと固
定されているため、良好な接続状態を維持することがで
き、長期間に渡って接続信頼性を確保することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置用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
に示す部分拡大断面図である。

【図３】接点部分が絶縁性被覆体で覆われたセラミック
ヒータを模式的に示した断面図である。

【図４】接点部分が２種類の絶縁性被覆体で覆われたセ
ラミックヒータを模式的に示した断面図である。

【図５】（ａ）は、本発明の半導体装置用セラミック基
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６】静電チャックの静電電極の形状の別の一例を模
式的に示す水平断面図である。

【図７】静電チャックの静電電極の形状のさらに別の一
例を模式的に示す水平断面図である。

【図８】（ａ）は、本発明の半導体装置用セラミック基
板の一例であるウエハプローバを模式的に示す縦断面図
である。

【図９】図８に示した静電チャックの平面図である。

【図１０】図８に示した静電チャックのＡ−Ａ線断面図
である。

【符号の説明】

２チャックトップ導体層３、１１、２１セラミック基板５ガード電極６グランド電極７溝８吸引孔９シリコンウエハ１０セラミックヒータ１１セラミック基板１１ａ加熱面１１ｂ底面１２、２４、４１抵抗発熱体１２ａ金属被覆層１３外部端子１４有底孔１５貫通孔１６支持ピン２０静電チャック２２、７２、８２ａ、８２ｂチャック正極静電層２３７３、８３ａ、８３ｂチャック負極静電層２２ａ、２３ａ半円弧状部２２ｂ、２３ｂ櫛歯部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3K034 AA02 AA08 AA11 AA21 AA37 BA02 BA14 BB02 BB14 BC04 BC12 BC25 BC27 CA26 CA37 FA34 HA01 HA10 JA02 JA10 3K092 PP20 QA05 QB02 QB08 QB26 QB44 QB49 QB62 QB75 QC31 QC42 QC43 QC52 QC65 RF03 RF11 RF19 RF22 VV09 4M106 AA01 BA01 DD30 DH15 DH44 DJ01 DJ32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック基板に１または２以上の回路
からなる抵抗発熱体が配設され、前記回路の端部に外部
端子が接続されてなる半導体製造・検査装置用セラミッ
ク基板において、前記回路の端部と前記外部端子との接
点部分が絶縁性被覆体により被覆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。
【請求項２】前記セラミック基板は、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。
【請求項３】前記絶縁性被覆体は、耐熱性樹脂材料か
らなる請求項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。
【請求項４】前記絶縁性被覆体は、金属酸化物および
／または金属水酸化物からなる請求項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。
【請求項５】前記絶縁性被覆体は、前記接点部分を直
接被覆する金属酸化物および／または金属水酸化物と、
これらの材料をさらに被覆する耐熱性樹脂材料とからな
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。
【請求項６】前記耐熱性樹脂材料は、ポリイミド系樹
脂及びシリコーン系樹脂から選ばれる少なくとも１種で
ある請求項３または５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】前記金属酸化物および／または金属水酸
化物は、金属酸化物のゾル、または、金属アルコキシド
を原料とするものである請求項４または５に記載の半導
体製造・検査装置用セラミック基板。