JP2001302330A - セラミック基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 急速な昇温や降温を行っても、セラミック基
板の割れや反り等の問題が発生せず、セラミック基板が
静電チャックを構成するセラミック基板である場合、チ
ャック力に場所によるばらつきがなくなり、セラミック
基板がホットプレートを構成するセラミック基板である
場合、ウエハ処理面の温度の場所によるばらつきがなく
なり、セラミック基板がウエハプローバを構成するセラ
ミック基板である場合、ガード電極やグランド電極への
印加電圧のばらつきがなくなり、ストレイキャパシタや
ノイズを除去することができるセラミック基板を提供す
る。 【解決手段】 その表面または内部に導体層を配設して
なるセラミック基板において、前記セラミック基板の平
均厚さ（ｔ₁ ）に対する導体層の平均厚さ（ｔ₂）の比
（ｔ₂ ／ｔ₁ ）は、０．１未満であり、導体層の平均厚
さに対する厚さのばらつきが−７０〜＋１５０％の範囲
に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】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に半導体産業に
おいて使用されるセラミック基板に関し、特には、ホッ
トプレート、静電チャック、ウエハプローバ等に好適な
セラミック基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体は種々の産業において必要とされ
る極めて重要な製品であり、半導体チップは、例えば、
シリコン単結晶を所定の厚さにスライスしてシリコンウ
エハを作製した後、このシリコンウエハに複数の集積回
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、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り、
また、吸着力を誘起する必要があるため、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】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おり、例えば、特開平５
−８１４０号公報には、窒化アルミニウム等の窒化物を
使用した静電チャックが開示されている。また、特開平
９−４８６６８号公報には、Ａｌ−Ｏ−Ｎ構造を持つカ
ーボン含有窒化アルミニウムが開示されている。また、
このような静電チャックの製法は、特公平６−９７６７
７号公報などに開示されている。

【０００５】このようなセラミック製の静電チャック
は、特開昭６２−２６４６３８号公報、特開昭６０−２
６１３７７号公報などに記載されているようにグリーン
シートを積層して積層体を作製した後、焼成することに
よりセラミックを製造する、所謂グリーンシート法によ
り製造されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記グリー
ンシート法で製造されたセラミックを使用した静電チャ
ックでは、チャック力にばらつきがあり、セラミックヒ
ータでも、ウエハ処理面に温度のばらつきがみられ、さ
らに、ウエハプローバにおいても、ガード電極やグラン
ド電極の印加電圧にばらつきがみられるという問題があ
ることがわかった。

【０００７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その内部に静電電極が埋設されたセラ
ミック基板（静電チャック）においては、チャック力に
ばらつきがなく、その表面や内部に抵抗発熱体が配設さ
れたセラミック基板（ホットプレート）においては、ウ
エハ処理面の各場所における温度差がなく、半導体ウエ
ハ等の被加熱物を均一に加熱することができ、さらに、
その内部にガード電極やグランド電極が形成されたウエ
ハプローバ（セラミック基板）では、ガード電極やグラ
ンド電極の印加電圧にばらつきがなく、ストレイキャパ
シタやノイズを確実に除去することができるセラミック
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】本発明者らは、上記目的
の下、上記した問題が発生する理由について解析を行っ
たところ、形成された導体層に厚さのばらつきが存在
し、その厚さのばらつきに起因してチャック力のばらつ
き、ウエハ処理面の温度のばらつき、電極への印加電圧
のばらつきが発生することを見い出した。

【０００９】そして、成形体を作製する際に用いるグリ
ーンシートの厚さのばらつきやグリーンシート表面の粗
度を所定の範囲内に調整したり、金属箔等を用いて導体
層を形成する場合には、金属箔等の厚さを均一にするこ
と等により、製造されるセラミック基板の導体層に、場
所による厚さのばらつきが少なくなり、その結果、静電
チャックを製造した場合には、チャック力に場所による
ばらつきがなくなり、ホットプレートを製造した場合に
は、ウエハ処理面の場所による温度のばらつきがなり、
ウエハプローバを製造した場合には、ガード電極やグラ
ンド電極の印加電圧にばらつきがなくなることを突き止
めた。

【００１０】また、上述した問題のほか、ホットプレー
ト、静電チャック、ウエハプローバは、スループットの
早くするため、急速な昇温・降温が要求されるが、この
ような急激な温度変化で、通常、セラミック基板が割れ
たり、反ったりしやすいという問題があった。

【００１１】しかしながら、このような問題も、導体層
の厚さのばらつきや、セラミック基板の厚さと導体層の
厚さとの比を調節することにより解決することができる
ことを見い出し、本発明を完成させたものである。

【００１２】すなわち、本発明のセラミック基板は、セ
ラミック基板の表面または内部に導体層を配設してなる
セラミック基板において、上記セラミック基板の平均厚
さ（ｔ₁ ）に対する導体層の平均厚さ（ｔ₂ ）の比（ｔ
₂ ／ｔ₁ ）は、０．１未満であり、導体層の平均厚さに
対する厚さのばらつきが−７０〜＋１５０％の範囲にあ
ることを特徴とする。

【００１３】上記セラミック基板において、該セラミッ
ク基板は、直径１５０ｍｍを超える円板状のものが好ま
しく、その厚さは、２５ｍｍ以下であることが好まし
い。

【００１４】また、上記セラミック基板において、上記
導体層が静電電極で、このセラミック基板が静電チャッ
クとして機能することが望ましい。また、上記セラミッ
ク基板において、上記導体層が抵抗発熱体で、このセラ
ミック基板がホットプレートとして機能することが望ま
しい。

【００１５】さらに、上記セラミック基板において、上
記導体層がチャックトップ電極、ガード電極、グランド
電極のいずれかで、このセラミック基板がウエハプロー
バとして機能することが望ましい。

【００１６】従来の静電チャックやセラミックヒータで
は、図１５に示したように、厚さのばらつきが大きい
か、または、表面の粗度が大きいグリーンシート９１を
使用するため、結局、導体層の厚さがセラミック基板の
厚さに対して極端に大きくなったりし、急速な昇温を行
った場合に、反りやクラックを発生させてしまうという
問題があった。

【００１７】また、ホットプレートとして使用すると、
ウエハ処理面において場所による温度差が大きくなり、
静電チャックとして使用すると、吸着力にばらつきが発
生し、ウエハプローバとして使用すると、印加電圧にば
らつきが生じる等の問題があった。

【００１８】このような傾向は、直径が１５０ｍｍを超
える円板状体のものとなると特に顕著になる。特開昭６
２−２６４６３８号公報、特開昭６０−２６１３７７号
公報の出願当時は、直径１５０ｍｍ程度の直径の小さい
ものしか市場要求がなかったため、チャック力のばらつ
きやウエハ処理面の温度差などは殆ど問題とならなかっ
たと考えられる。また、使用しているグリーンシート
も、その厚さが５０〜１５０μｍ程度であり、グリーン
シートの厚さにムラがあったとしても大きな問題にはな
らなかった。

【００１９】本発明では、セラミック基板の平均厚さ
（ｔ₁ ）に対する導体層の平均厚さ（ｔ ₂ ）の比（ｔ₂
／ｔ₁ ）が０．１未満であり、導体層の平均厚さに対す
る厚さのばらつきが−７０〜＋１５０％の範囲になるよ
うに調整している。

【００２０】ばらつき自体は、小さい方がよいが、導体
ペーストやグリーンシート等の乾燥でばらつきが発生し
てしまうため、完全に０にすることはできない。そこ
で、このようなばらつきがあり、そのばらつきが完全に
０にならなくても、導体層とセラミック基板との厚さを
調整することにより、急速な昇温を行った場合にも、反
りやクラックが発生するという問題を抑制することがで
きる。

【００２１】また、特に、セラミック基板をヒータ（ホ
ットプレート）として使用する場合、セラミック基板の
平均厚さ（ｔ₁ ）に対する導体層の平均厚さ（ｔ₂ ）の
比（ｔ ₂ ／ｔ₁ ）が０．１未満であるということは、セ
ラミック基板の厚さが抵抗発熱体の厚さに対して大きく
なるということであり、抵抗発熱体の厚さのばらつきに
より、抵抗発熱体の発熱量に多少のばらつきが生じたと
しても、セラミック基板の内部を伝搬する間に拡散し、
ウエハ処理面の温度が均一化される。ただし、熱容量が
大きくなりすぎると温度制御性が低下するため、厚さは
２５ｍｍ以下が好ましい。また、抵抗発熱体の厚さのば
らつきが−７０〜＋１５０％の範囲を超えるとウエハ処
理面の温度の均一化が困難となる。

【００２２】また、セラミック基板を静電チャックとし
て使用する場合、セラミック基板の平均厚さ（ｔ₁ ）に
対する導体層の平均厚さ（ｔ₂ ）の比（ｔ₂ ／ｔ₁ ）が
０．１未満であるということは、電極の厚さをセラミッ
ク基板の厚さに対して小さくすることであり、導体層の
側面の面積が小さくなるため隣接する導体層間での高温
におけるリーク電流を小さくすることができる。このた
め、電極の平均厚さに対する厚さのばらつきを−７０〜
＋１５０％の範囲に調節することで、みかけの抵抗値の
ばらつきを小さくすることができる。その結果、高温で
のチャック力のばらつきを小さくすることができる。

【００２３】また、セラミック基板をウエハプローバと
して使用する場合、セラミック基板の平均厚さ（ｔ₁ ）
に対する導体層の平均厚さ（ｔ₂ ）の比（ｔ₂ ／ｔ₁ ）
が０．１未満であるということは、電極厚さをセラミッ
ク基板の厚さに対して小さくするということであり、導
体層の側面の面積が小さくなるため、隣接する導体層間
の高温におけるリーク電流を小さくすることができる。
このため、電極の平均厚さに対する厚さのばらつきを−
７０〜＋１５０％の範囲に調節することで、みかけの抵
抗値のばらつきを小さくすることができる。その結果、
ガード電極やグランド電極に印加する電圧のばらつきを
小さくすることができ、ノイズの発生を低減することが
できる。上記導体層は、その平均の厚さに対する厚さの
ばらつきが−３０〜＋３０％の範囲にあることが望まし
い。

【００２４】なお、特開平１１−２５１０４０号公報で
は、抵抗発熱体の厚みのばらつきが±１０％のヒータを
開示するが、セラミック基板の厚さについては記載され
ていない。本発明のようなセラミック基板の厚さと抵抗
発熱体の厚さが特定の範囲にある場合に、反りやクラッ
クがないという効果などは想起され得ず、このような引
例から本発明の特許性は阻却されないことを付記してお
く。

【００２５】具体的には、グリーンシートを用いてセラ
ミック基板を製造する場合には、グリーンシート厚さの
ばらつきが平均の厚さに対して−１０〜＋１０％の範囲
にあるか、グリーンシート表面の粗度がＲｍａｘで２０
０μｍ以下のグリーンシートを用いることが望ましい。
なお、グリーンシート厚さのばらつきが平均の厚さに対
して−１０〜＋１０％の範囲にあっても、グリーンシー
ト表面の粗度がＲｍａｘで２００μｍを超える場合に
は、上記粗度をＲｍａｘで２００μｍ以内に調節するこ
とが望ましい。

【００２６】また、金属箔等の板状体またはフィルム状
体を用いる場合には、金属箔等は、その平均の厚さに対
する厚さのばらつきが−１０〜＋１０％のものが望まし
い。以上、セラミック基板に導体層を設ける方法につい
て説明してきたが、本発明のセラミック基板に導体層を
設ける方法については、上記方法に限定されるものでは
なく、結果的に、形成された導体層の平均の厚さに対す
る厚さのばらつきが−７０〜＋１５０％の範囲にあれば
よい。

【００２７】上記静電チャックのチャック力の場所によ
るばらつきは、吸着された半導体ウエハの表面温度をサ
ーモビュアで測定することにより、判断することができ
る。静電チャックの吸着面に半導体ウエハが強く吸着し
ていれば、その部分の温度が高くなるため、半導体ウエ
ハの温度分布がチャック力のばらつきを反映するからで
ある。

【００２８】また、複数に分割した半導体ウエハを載置
し、各区画の半導体ウエハの吸着力をロードセルにより
測定し、ばらつきを測定することも可能である。下記の
実施例では、上記した両方の方法を採用した。

【００２９】上記抵抗発熱体の場所による発熱量のばら
つきは、セラミック基板の表面の温度やウエハ処理面に
載置した半導体ウエハの表面温度をサーモビュアで測定
することにより、判断することができる。抵抗発熱体の
場所による発熱量のばらつきも、ウエハ処理面の温度分
布に反映されるからである。この場合には、セラミック
基板内に抵抗発熱体のみを設けておき、半導体ウエハの
温度分布を観測すればよい。

【００３０】また、ウエハプローバの場合には、ガード
電極やグランド電極の印加電圧のばらつきを直接測定す
ることができないため、市販のウエハプローバで良品と
判断されたシリコンウエハを用い、導通試験を行って、
このシリコンウエハが良品と判断されれば、ばらつきが
小さいと考えるべきである。

【００３１】次に、本発明のセラミック基板の構造およ
びセラミック基板を構成する材料等について説明する。
本発明のセラミック基板は、１００℃以上で使用される
ことが好ましく、２００℃以上で使用されるのが最も好
ましい。

【００３２】上記セラミック基板は、最大気孔の気孔径
が５０μｍ以下であることが望ましく、気孔率は５％以
下が望ましい。また、上記セラミック基板には、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以下であることが望ましい。

【００３３】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、逆にある程度の気孔が存在する場合
は、破壊靱性値がより高くなる。このためどちらの設計
にするかは、要求特性によって変わるのである。気孔の
存在によって破壊靱性値がより高くなる理由が明確では
ないが、クラックの進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。

【００３４】本発明で、最大気孔の気孔径が５０μｍ以
下であることが望ましいのは、気孔径が５０μｍを超え
ると高温、特に２００℃以上での耐電圧特性を確保する
のが難しくなるからである。最大気孔の気孔径は、１０
μｍ以下が望ましい。２００℃以上での反り量が小さく
なるからである。

【００３５】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、ＳｉＣやＢＮなどの添加物で調整
することができる。上述のように、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。

【００３６】最大気孔の気孔径を測定する際には、試料
を５個用意し、その表面を鏡面研磨し、２０００〜５０
００倍の倍率で表面を電子顕微鏡で１０箇所撮影する。
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する。

【００３７】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。

【００３８】上記セラミック基板の直径は２００ｍｍ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。直径が１５０ｍｍを超えるような大
きな基板では、上述したように、静電電極や抵抗発熱体
の厚さを、その平均の厚さに対する厚さのばらつきが−
５０〜＋５０％の範囲となるようにしないと、チャック
力のばらつきによって、加熱した半導体ウエハの温度の
ばらつきが大きくなってしまう。また、セラミック基板
の熱容量が大きくなり、ウエハ処理面の温度が不均一に
なる。逆に言えば、直径１５０ｍｍ程度の基板であれ
ば、チャック力が多少ばらついても半導体ウエハも小さ
いため、表面温度は均一になる。また、抵抗発熱体の抵
抗値が多少ばらついても、セラミック基板の熱容量は小
さいため、昇温しやすく、温度が比較的均一になりやす
い。

【００３９】上記セラミック基板の厚さは、５０ｍｍ以
下が望ましく、特に２５ｍｍ以下が望ましい。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
熱容量が大きすぎる場合があり、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場合があるからである。セラ
ミック基板の厚さは、１．５ｍｍを超え、５ｍｍ以下が
最適である。セラミック基板の厚さが１．５ｍｍ以下の
場合には、直径が１５０ｍｍを超えるような大きなセラ
ミック基板では、反り量が大きくなり、実用性に乏し
い。

【００４０】また、セラミック基板の平均厚さ（ｔ₁ ）
に対する導体層の平均厚さ（ｔ₂ ）の比（ｔ₂ ／ｔ₁ ）
は、０．１未満に調整する。ｔ₂ ／ｔ₁ は、０．０１未
満がさらに好適である。セラミック基板の厚さに対して
導体層の厚さが小さいほど、割れや反りが少なく、高温
でのリーク電流が小さく、また、ウエハ処理面の温度の
ばらつきが小さくなるからである。

【００４１】セラミック基板を構成するセラミック材料
は特に限定されず、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。

【００４２】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、炭化タンタル、炭化タング
ステン等が挙げられる。

【００４３】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、ベリリア等が挙げられる。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。

【００４４】これらのセラミックの中では、窒化物セラ
ミック、酸化物セラミックが好ましい。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。
製造したセラミック基板の熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋ
と最も高いからである。

【００４５】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望ましい。酸素を粒界
に偏析させることにより、破壊靱性値を改善することが
できるからである。酸素含有量が０．０５重量％未満で
は、焼結が進まず気孔率が高くなり、また熱伝導率が低
下し、逆に、酸素量が１０重量％を超えると、粒界の酸
素の量が多すぎるため、熱伝導率が低下して昇温降温特
性が低下するからである。

【００４６】上記セラミック基板に酸素を含有させるた
めには、上記したように、原料粉末を酸化性雰囲気で焼
成するか、または、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
リヤ（Ｙ₂ Ｏ₃ ）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃ ）、酸化ルビ
ジウム（Ｒｂ₂ Ｏ）、酸化リチウム（Ｌｉ₂ Ｏ）、炭酸
カルシウム（ＣａＣＯ₃ ）等が挙げられる。これらの金
属酸化物の含有量は、０．１〜２０重量％が好ましい。

【００４７】本発明では、セラミック基板中に５〜５０
００ｐｐｍ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、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、５０〜２
０００ｐｐｍがより好ましい。

【００４８】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ＪＩＳ Ｚ ８７２１の規定に基づ
く値でＮ４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。

【００４９】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〜Ｎ１
０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。

【００５０】

【発明の実施の形態】本発明のセラミック基板は、セラ
ミック基板の表面または内部に導体層を配設してなるセ
ラミック基板において、上記セラミック基板の平均厚さ
（ｔ₁ ）に対する導体層の平均厚さ（ｔ₂ ）の比（ｔ₂
／ｔ₁ ）は、０．１未満であり、導体層の平均厚さに対
する厚さのばらつきが−７０〜＋１５０％の範囲にある
ことを特徴とする。

【００５１】本発明のセラミック基板は、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、ホットプレート（セラミックヒータ）、ウエハ
プローバ等が挙げられる。

【００５２】上記セラミック基板の内部に形成された導
電体が抵抗発熱体である場合には、セラミックヒータ
（ホットプレート）として使用することができる。図１
は、本発明のセラミック基板の一実施形態であるセラミ
ックヒータの一例を模式的に示す平面図であり、図２
は、図１に示したセラミックヒータの一部を示す部分拡
大断面図である。

【００５３】セラミック基板１１は、円板形状に形成さ
れており、セラミック基板１１の内部には、温度制御手
段としての抵抗発熱体１２が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１２は、互いに近
い二重の同心円同士が１組の回路として、１本の線にな
るように接続され、その回路の両端部に入出力の端子と
なる外部端子１３がスルーホール１９を介して接続され
ている。

【００５４】また、図２に示すように、セラミック基板
１１には貫通孔１５が設けられ、この貫通孔１５に支持
ピン２６が挿通され、シリコンウエハ９が保持されてい
る。この支持ピン２６を上下することにより、搬送機か
らシリコンウエハ９を受け取ったり、シリコンウエハ９
をセラミック基板１１のウエハ処理面１１ａ上に載置し
て加熱したり、シリコンウエハ９をウエハ処理面１１ａ
から５０〜２０００μｍ程度の距離離間させた状態で支
持し、加熱したりすることができる。また、セラミック
基板１１の底面１１ａには、熱電対等の測温素子を挿入
するための有底孔１４が設けられている。そして、抵抗
発熱体１２に通電すると、セラミック基板１１は加熱さ
れ、これによりシリコンウエハ等の被加熱物の加熱を行
うことができる。

【００５５】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、セラミック基板を嵌め込む支
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。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、ウエハ処理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。抵抗発熱体のセラミック基板の
表面に設ける場合には、セラミック基板を製造した後、
その表面に導体ペースト層を形成し、焼成することによ
り、抵抗発熱体とする。この場合には、導体ペーストを
塗布するセラミック基板の粗度を調整する。

【００５６】上記セラミック基板の内部に形成された導
電体が静電電極層である場合には、上記セラミック基板
は、静電チャックとして使用することができる。この場
合、ＲＦ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。図
３は、本発明に係る静電チャックの一実施形態を模式的
に示した縦断面図であり、図４は、図３に示した静電チ
ャックにおけるＡ−Ａ線断面図である。

【００５７】この静電チャック１０１では、円板形状の
セラミック基板１の内部に、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埋設されて
おり、この静電電極層の上に薄いセラミック層４（以
下、セラミック誘電体膜という）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。

【００５８】図４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Ｖ₂ が印加されるよう
になっている。

【００５９】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１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、外部端子が接続、
固定され、電圧Ｖ₁ が印加されるようになっている。図
３、４には示していないが、このセラミック基板１に
は、図１、２に示したように、測温素子を挿入するため
の有底孔とシリコンウエハ９を支持して上下させる支持
ピン（図示せず）を挿通するための貫通孔とが形成され
ている。なお、抵抗発熱体は、セラミック基板の底面に
形成されていてもよい。

【００６０】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Ｖ₂ 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。

【００６１】上記静電チャック１０１では、セラミック
誘電体膜４は、酸素を含有する窒化物セラミックからな
り、また、気孔率が５％以下であり、最大の気孔径が５
μｍ以下であることが望ましい。また、このセラミック
誘電体膜４中の気孔は、お互いに独立した気孔により構
成されていることが望ましい。

【００６２】温度制御手段としては、抵抗発熱体１２の
ほかに、ペルチェ素子（図７参照）が挙げられる。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７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。

【００６３】本発明の静電チャックは、例えば、図３、
４に示したような構成を有するものである。セラミック
基板の材料等については、既に説明したが、以下におい
ては、その他の上記静電チャックを構成する各部材、お
よび、本発明の静電チャックの他の実施形態について、
順次、詳細に説明する。

【００６４】本発明の静電チャックで使用されるセラミ
ック誘電体膜は、窒化物セラミックからなることが好ま
しい。上記窒化物セラミックとしては、上記セラミック
基板と同様のものが挙げられる。上記窒化物セラミック
は、酸素を含有していることが望ましい。この場合、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、耐
電圧が向上する。

【００６５】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、ア
ルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、酸化珪素（ＳｉＯ₂ ）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。

【００６６】セラミック誘電体膜の厚さを、５０〜５０
００μｍとすることで、チャック力を低下させずに充分
な耐電圧を確保することができる。上記セラミック誘電
体膜の厚さが５０μｍ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５０
００μｍ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
〜１５００μｍが好ましい。

【００６７】上記セラミック誘電体膜の気孔率は、５％
以下、最大気孔の気孔径は、５μｍ以下が好ましい。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５μｍを超えると、気孔の数を少なくしても、高
温での耐電圧を確保できず、熱伝導率も高くすることは
難しい。気孔率は、０．０１〜３％が好ましく、最大気
孔の気孔径は、０．１〜１０μｍが好ましい。

【００６８】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。

【００６９】なお、本発明で、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、これにより
熱衝撃性を改善することができる。

【００７０】上記静電電極としては、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。

【００７１】図９および図１０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
９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が形成されており、図１０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。

【００７２】本発明における静電チャックとしては、例
えば、図３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１０
１、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の底面に抵
抗発熱体２５が設けられた構成の静電チャック２０１、
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３
０１、図７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。

【００７３】本発明では、図３〜７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、１７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。

【００７４】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６、１８を接続
する（図８（ｄ）参照）。

【００７５】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。

【００７６】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５００〜１０００
℃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１００
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。

【００７７】本発明では、必要に応じて、セラミック基
板の有底孔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ウエハのウエハ処理面の温度分布
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（１９８０）に挙げられるよう
に、Ｋ型、Ｒ型、Ｂ型、Ｓ型、Ｅ型、Ｊ型、Ｔ型熱電対
が挙げられる。

【００７８】図１１は、以上のような構成の本発明の静
電チャックを嵌め込むための支持容器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１
０１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。

【００７９】次に、本発明のセラミック基板の製造方法
として、静電チャックの製造方法を例にとって説明す
る。なお、抵抗発熱体を有するセラミック基板の製造方
法については、後で説明する。

【００８０】図８（ａ）〜（ｄ）は、静電チャックを構
成するセラミック基板の製造方法の一例を模式的に示し
た断面図である。 （１）本発明では、まず、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原料粉末をバインダおよび
溶剤と混合して、平均の厚さに対して厚さのばらつきが
−１０〜＋１０％の範囲にあるか、表面の粗度がＲｍａ
ｘで２００μｍ以下のグリーンシート５０を作製するこ
とが望ましい。平均の厚さに対して厚さのばらつきが−
１０〜＋１０％の範囲にあっても、表面の粗度がＲｍａ
ｘで２００μｍを超えるグリーンシートについては、表
面の粗度をＲｍａｘで２００μｍ以下とすることが望ま
しい。

【００８１】グリーンシートを上記のような形状とする
のは、グリーンシート表面の凹凸が大きいと、導体ペー
ストのグリーンシートと接する部分の厚さにムラが生
じ、これに起因して導体ペーストの厚さが場所によりば
らつく結果、製造される静電チャックの静電電極層の平
均の厚さに対する厚さのばらつきが−７０〜＋１５０％
の範囲を超える場合があり、チャック力にばらつきが生
じるからである。

【００８２】セラミック原料粉末は、例えば、酸化性雰
囲気で焼成することにより、表面に酸化物の層が形成さ
れた窒化アルミニウム粉末などであってもよい。

【００８３】また、必要に応じて、イットリア、アルミ
ナ、シリカ、イオウ化合物などを焼結助剤や触媒を加え
てもよい。原料粉末の平均粒径は、０．１〜５μｍが好
ましい。

【００８４】最も簡単にグリーンシートの厚さのばらつ
きやグリーンシート表面の粗度を調整する方法は、乾燥
条件の選択である。グリーンシートの粘度が１×１０⁴
〜４×１０⁴ ｃＰ（１０〜４０Ｐａ・ｓ）である場合、
５０〜２００℃で１０〜６０分、最初の乾燥温度を１５
０℃未満の条件で乾燥することにより、グリーンシート
の厚さのばらつきを−１０〜＋１０％の範囲内に調整す
ることができ、グリーンシート表面の粗度をＲｍａｘで
２００μｍ以下とすることができる。特に、高温で乾燥
させると、内部の溶剤等が急速に揮発するために表面が
粗くなり、低温で乾燥させると、表面が滑らかになる。
なお、特開平１２−２１９６１号公報には、グリーンシ
ート法による静電チャックの製造方法が記載されている
が、どのような粘度を持ったグリーンシートを乾燥させ
るかが記載されておらず、このような公報をもって本発
明の特許性が阻却されることはない。

【００８５】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、必要により、セラミック基板とは別の組成としても
よい。

【００８６】ただし、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となる導体ペースト層を
形成し、さらにその上にセラミック誘電体膜となるグリ
ーンシートを積層して焼成することもできる。

【００８７】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。

【００８８】これらを混合して得られるペーストを、ド
クターブレード法等の成形方法を用いてシート状に成形
し、グリーンシート５０を作製する。このときの乾燥前
のグリーンシートの粘度は、１×１０⁴ 〜４×１０⁴ ｃ
Ｐが好ましい。グリーンシートをこのような粘度範囲に
設定することにより、グリーンシートの厚さのばらつき
や表面の粗さの程度を少なくし、上述した範囲にするこ
とができるからである。

【００８９】グリーンシートの粘度が１×１０⁴ ｃＰ未
満であると、流動性が大きすぎ、グリーンシートの形状
を保つのが難しくなり、一方、グリーンシートの粘度が
４×１０⁴ ｃＰを超えると、ブレード等を用いてグリー
ンシートを均一な厚さや所定の値以下の粗度に調整する
ことが困難となる。

【００９０】次に、グリーンシート５０に、必要に応
じ、シリコンウエハの支持ピンを挿入する貫通孔、熱電
対を埋め込む凹部、スルーホールを形成する部分等に貫
通孔を設けておくことができる。貫通孔は、パンチング
などにより形成することができる。

【００９１】これらの貫通孔や凹部等は、グリーンシー
ト積層体を形成した後に設けてもよく、焼結体を形成し
た後、ドリル等を用いて形成してもよい。グリーンシー
ト５０の厚さの平均は、０．１〜５ｍｍ程度が好まし
い。

【００９２】次に、グリーンシート５０の貫通孔に導体
ペーストを充填し、スルーホール印刷体５３、５４を
得、次に、グリーンシート５０上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を作製する。

【００９３】印刷体は、導電性セラミック、金属粒子な
どを含む導電性ペーストを印刷することにより形成す
る。静電電極層の形状としては、例えば、図４、図９お
よび図１０に示した形状等が挙げられる。

【００９４】これらの導電性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。

【００９５】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用ペーストを印刷しにく
いからである。

【００９６】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１．５〜１０重量部等を混合して調
製した導体ぺーストが最適である。この場合、調製する
導体ペーストの粘度は、５×１０⁴ 〜５０×１０⁴ｃＰ
（５０〜５００Ｐａ・ｓ）が好ましい。

【００９７】次に、図８（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、
印刷体を有さないグリーンシート５０′とを積層する。
抵抗発熱体形成側の下面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、抵抗発熱体を形成するための焼成を行うので
あれば、ニッケルなどの酸化しにくい金属をスパッタリ
ングしておく必要がある。また、Ａｕ−Ｎｉの合金から
なる金ろうで被覆しておいてもよい。

【００９８】（２）次に、図８（ｂ）に示すように、積
層体の加熱および加圧を行い、グリーンシートの積層体
を形成する。積層体の加熱温度は、５０〜３００℃が好
ましく、加圧の圧力は、２０〜２００ｋｇ／ｃｍ² が好
ましい。

【００９９】この後、グリーンシートおよび導電ペース
トを焼結させる。焼成の際の温度は、１０００〜２００
０℃、焼成の際の加圧の圧力は１００〜２００ｋｇ／ｃ
ｍ² が好ましい。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。この焼成工程で、スル
ーホール１６、１７、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。

【０１００】上記方法により、セラミック基板を製造し
た後、１４００〜２０００℃でアニール処理を施しても
よい。これにより、結晶粒子に含有されていた酸素等の
不純物が結晶外に排出され、熱伝導率が改善される。

【０１０１】（３）次に、図８（ｃ）に示すように、外
部端子接続のための袋孔３５、３６を設ける。袋孔３
５、３６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。

【０１０２】（４）最後に、図８（ｄ）に示すように、
袋孔３５、３６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。

【０１０３】このような製造工程を経ることにより、例
えば、図３、４に示したような構成からなる静電チャッ
クを製造することができる。得られる静電チャックの静
電電極層は、その厚さにばらつきがないため、静電電極
全体に均一なチャック力を有する静電チャックとなる。

【０１０４】上述した静電チャックの製造方法では、静
電チャック１０１（図３、４参照）を例にとったが、静
電チャック２０１（図５参照）を製造する場合は、静電
電極層を有するセラミック基板を製造した後、このセラ
ミック基板の底面に導体ペーストを印刷、焼成して抵抗
発熱体２５を形成し、この後、無電解めっき等により金
属被覆層２５ａを形成すればよい。また、静電チャック
３０１（図６参照）を製造する場合には、抵抗発熱体と
なる導体ペースト層を形成する代わりに、金属線をグリ
ーンシート上に載置し、そのほかは、静電チャック１０
１の場合とほぼ同様にして静電チャックを製造すればよ
い。さらに、静電チャック４０１（図７参照）を製造す
る場合は、静電電極層を有するセラミック基板を製造し
た後、このセラミック基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。

【０１０５】次に、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の製造方法について説明する。上記
セラミックヒータの製造方法では、グリーンシートの表
面に抵抗発熱体用の導体ペーストを印刷するほかは、上
記静電チャックの製造方法とほぼ同様にして、抵抗発熱
体を内部に有するセラミックヒータを製造する。従っ
て、ここでは、抵抗発熱体の形成方法についてのみ説明
を行うことにする。

【０１０６】抵抗発熱体は、貴金属（金、銀、白金、パ
ラジウム）、タングステン、モリブデン、ニッケル等の
金属、または、タングステン、モリブデンの炭化物等の
導電性セラミックからなるものであることが望ましい。
抵抗値を高くすることが可能となり、断線等を防止する
目的で厚み自体を厚くすることができるとともに、酸化
しにくく、熱伝導率が低下しにくいからである。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。

【０１０７】また、抵抗発熱体は、セラミック基板全体
の温度を均一にする必要があることから、図１に示すよ
うな同心円形状のパターンや同心円形状のパターンと屈
曲線形状のパターンとを組み合わせたものが好ましい。
また、得られたセラミックヒータ中の抵抗発熱体の厚さ
が１〜５０μｍ、その幅が５〜２０ｍｍになるように、
導体ペーストの幅や厚さを設定することが望ましい。

【０１０８】抵抗発熱体の厚さや幅を変化させることに
より、その抵抗値を変化させることができるが、上記範
囲が最も実用的だからである。抵抗発熱体の抵抗値は、
薄く、また、細くなるほど大きくなる。

【０１０９】なお、抵抗発熱体を内部に設けると、ウエ
ハ処理面と抵抗発熱体との距離が近くなり、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。また、セラミック基板の内部に抵抗発熱体
を設けるため、セラミック基板との密着性を考慮する必
要性がなくなる。

【０１１０】抵抗発熱体は、断面が方形、楕円形、紡錘
形、蒲鉾形状のいずれでもよいが、偏平なものであるこ
とが望ましい。偏平の方がウエハ処理面に向かって放熱
しやすいため、ウエハ処理面への熱伝搬量を多くするこ
とができ、ウエハ処理面の温度分布ができにくいからで
ある。抵抗発熱体は螺旋形状でもよい。

【０１１１】抵抗発熱体をセラミック基板の内部に形成
する際には、底面から厚さ方向に６０％までの領域に形
成することが望ましい。ウエハ処理面の温度分布をなく
し、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。

【０１１２】本発明のセラミックヒータの製造方法にお
いては、セラミック基板の内部に抵抗発熱体を形成する
か、または、セラミック基板の底部に抵抗発熱体を形成
する。また、上記静電チャックの製造方法においては、
抵抗発熱体をセラミック基板の底面に形成してもよい。
従って、ここでは、抵抗発熱体をセラミック基板の底面
に形成する場合についても、合わせて説明することにす
る。

【０１１３】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、通常、焼成を行って、セラミック基板を
製造した後、その表面に上記導体ペースト層を形成し、
焼成することより、抵抗発熱体を形成する。

【０１１４】焼成後のセラミック基板の底面に導体ペー
ストを形成する際、または、グリーンシートの表面に導
体ペースト層を形成する際に用いる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粒子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。

【０１１５】上記金属粒子や導電性セラミック粒子の材
料としては、上述したものが挙げられる。これら金属粒
子または導電性セラミック粒子の粒径は、０．１〜１０
０μｍ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。

【０１１６】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。ただし、リン片状物の方が厚みのばらつきが小さ
い。

【０１１７】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。

【０１１８】上記導体ペーストに使用される樹脂として
は、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール
樹脂等が挙げられる。また、溶剤としては、例えば、イ
ソプロピルアルコール等が挙げられる。増粘剤として
は、セルロース等が挙げられる。抵抗発熱体をセラミッ
ク基板の内部に設ける場合には、導体ペーストの粘度
は、５×１０⁴ 〜５０×１０⁴ ｃＰ（５０〜５００Ｐａ
・ｓ）が好ましい。

【０１１９】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、上記導体ペースト中に上
記金属粒子のほかに金属酸化物を添加し、上記金属粒子
および上記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よ
り密着させることができる。

【０１２０】上記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。

【０１２１】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。

【０１２２】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。

【０１２３】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。

【０１２４】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。

【０１２５】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。

【０１２６】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、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。

【０１２７】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、表面の導体層がチャックトップ導
体層であり、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。

【０１２８】図１２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１３は、図１
２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５０１では、円板形状のセラミ
ック基板６３の表面に平面視同心円形状の溝６７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。

【０１２９】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１に
示したような平面視同心円形状の発熱体６１が設けられ
ており、発熱体６１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６３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１３参照）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。

【０１３０】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。

【０１３１】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。

【０１３２】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。

【０１３３】また、このウエハプローバを構成するセラ
ミック基板では、ガード電極やグランド電極を構成する
導体層の平均の厚さに対する厚さのばらつきが−５０〜
＋５０％の範囲にあるので、ガード電極やグランド電極
の印加電圧に場所によるばらつきがなくなり、ストレイ
キャパシタやノイズを確実に除去することができる。

【０１３４】なお、上記ウエハプローバを製造する場合
には、例えば、初めにガード電極やグランド電極が埋設
されたセラミック基板を製造した後、底面に抵抗発熱体
を形成し、その後、セラミック基板の上面に溝を形成す
る。続いて、溝が形成された表面部分にスパッタリング
およびめっき等を施して、金属層を形成すればよい。

【０１３５】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。 （実施例１）静電チャック（図８参照）の製造 （１）空気中、５００℃で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）１０００重量
部、イットリア（平均粒径：０．４μｍ）４０重量部、
アクリルバインダ１１５重量部、分散剤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
０重量部を混合した粘度が１０⁴ ｃＰのペーストを用
い、ドクターブレード法による成形を行い、乾燥を行う
ことにより、平均厚さが０．４７ｍｍのグリーンシート
を得た。このグリーンシートの厚さのばらつきおよび乾
燥条件は、表１に示した通りである。

【０１３６】（２）次に、パンチングにより直径１．８
ｍｍ、３．０ｍｍ、５．０ｍｍの半導体ウエハ支持ピン
を挿入する貫通孔となる部分、外部端子と接続するため
のスルーホールとなる部分を設けた。

【０１３７】（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、アクリル系樹脂バインダ
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、アクリル系樹脂バインダ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。

【０１３８】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、抵抗発熱体用の導体ペースト
層を形成した。印刷パターンは、同心円形状のパターン
とし、その幅を１０ｍｍ、その厚さを１２μｍとした。
また、他のグリーンシートに図４に示した形状の静電電
極パターンからなる導体ペースト層を形成した。この導
体ペースト層の厚さは、１０μｍであった。

【０１３９】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、タングス
テンペーストを印刷しないグリーンシート５０′を上側
（ウエハ処理面）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／ｃｍ² の
圧力で圧着して積層体を形成した（図８（ａ））。

【０１４０】（４）次に、得られた積層体を窒素ガス
中、６００℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５０
ｋｇ／ｃｍ² で３時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍの窒
化アルミニウム板状体を得た。これを２３０ｍｍの円板
状に切り出し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの抵抗発
熱体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８（ｂ））。

【０１４１】（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。

【０１４２】（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３５、３６とし（図８
（ｃ））、この袋孔３５、３６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８（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。

【０１４３】（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。

【０１４４】（実施例２〜３）静電チャックの製造 グリーンシートの乾燥条件および厚さのばらつきを表１
に示した通りとしたほかは、実施例１と同様にして静電
チャックを製造した。

【０１４５】（比較例１、２）グリーンシートの乾燥条
件および厚さのばらつきを表１に示した通りとしたほか
は、実施例１と同様にして静電チャックを製造した。 （比較例３、４）セラミック基板の厚さを１．５ｍｍと
し、導体層の厚さを１５０μｍとし、グリーンシートの
乾燥条件を表１に示したように変えたほかは、実施例１
と同様にして、静電チャックを製造した。

【０１４６】このようにして製造した実施例１〜３およ
び比較例１〜４に係る静電チャックにシリコンウエハ９
を載置して吸着させた後、通電を行ってセラミック基板
の温度を上昇させ、セラミック基板の温度を４５０℃に
した後、シリコンウエハ表面の各部分の温度を、サーモ
ビュア（日本データム社製 ＩＲ６２０１２−００１
２）を用いて測定し、最低温度と最高温度との温度差を
求めた。その結果を下記の表１に示した。

【０１４７】また、シリコンウエハを１２分割して、静
電チャック上に載置し、４００℃まで昇温して１ｋＶ印
加し、各区画のチャック力をロードセル（島津製作所製
オートグラフ ＡＧＳ−５０）で測定し、最大と最小
との差を求めた。グリーンシートの厚さのばらつきは、
マイクロメータで任意の１０点の厚さを測定して平均を
求め、各測定値のうち、平均から最も外れている値をば
らつき量（％）とした。すなわち、厚さのばらつき量
は、下記の式（１）に示したようになる。 グリーンシートの厚さのばらつき量（％）＝〔（厚さの測定値の最大または最小 値−厚さの平均値）×１００〕／厚さの平均値・・・・・（１）

【０１４８】割れ試験として、上記静電チャックを４５
秒間で４００℃まで昇温し、割れの有無を確認する試験
を行った。また、反り量は、４００℃まで昇温した後、
常温に戻し、形状測定器（京セラ社製 商品名ナノウェ
イ）で測定した。

【０１４９】さらに、これら実施例および比較例に係る
セラミック基板を５箇所で縦に切断し、露出したそれぞ
れの静電電極の１０箇所を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）
で撮影して厚さを測定し、これらの厚さの平均に対して
最大値（または最小値）を厚さのばらつき量とした。抵
抗発熱体の厚さのばらつきの測定方法も、全く同様であ
るので、ここでは、導体層の厚さのばらつき量として、
下記の式（２）に示す。 導体層の厚さのばらつき量（％）＝〔（厚さの測定値の最大または最小値−厚さ の平均値）×１００〕／厚さの平均値・・・・・（２）

【０１５０】

【表１】

【０１５１】図１４は、実施例１の静電チャックを構成
するセラミック基板の静電電極を含む断面を示した走査
型電子顕微鏡写真であるが、図１４に示したように、静
電電極の厚さのばらつきが多少あっても、割れ、反りを
有効に防止し、チャック力のばらつきがない。

【０１５２】表１に示した結果より明らかなように、ｔ
₂ ／ｔ₁ が０．１未満であり、導体層厚みのばらつきが
−７０〜＋１５０％以内である実施例１〜３の場合、セ
ラミック基板に反りが極めて小さく、割れもなく、ま
た、ウエハ処理面の温度も均一である。また、チャック
力も比較的ばらつきが小さい。

【０１５３】（実施例４）セラミックヒータの製造（図
１参照） （１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒
径：０．６μｍ）１００重量部、：イットリア（Ｙ₂ Ｏ
₃ 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。

【０１５４】（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。 （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（セラミック基板）とした。このセラミ
ック基板の底面に、ガラスペーストを塗布し、乾燥焼成
して厚さ２μｍのＳｉＯ₂ 膜を形成した。

【０１５５】次に、この板状体にドリル加工および切削
部材による加工を施し、リフターピンを挿入する貫通
孔、シリコンウエハを支持する支持ピンを挿入する貫通
孔１５、熱電対を埋め込むための有底孔１４（直径：
１．１ｍｍ、深さ：２ｍｍ）を形成した。 （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のパターンとした。導体ペー
ストとしては、以下の組成のものを使用した。

【０１５６】すなわち、この導体ペーストは、りん片状
の銀（昭和化学工業社製 Ａｇ−５４０）５０重量部、
酸化亜鉛１０重量部、シリカ８重量部、酸化ホウ素２重
量部および有機ビヒクルである酢酸セルロース３０重量
部からなるものであった。

【０１５７】（５）次に、導体ペーストを印刷した基板
を７８０℃で加熱、焼成して、導体ペースト中の銀等を
焼結させるとともに基板に焼き付け、抵抗発熱体を形成
した。銀を主成分とする抵抗発熱体は、その厚さが５μ
ｍ、幅が１５ｍｍ、面積抵抗率が５．０９Ω／□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）で作製したセ
ラミック基板を浸漬し、銀を主成分とする抵抗発熱体の
表面に厚さ１μｍの金属被覆層（ニッケル層）を析出さ
せた。

【０１５８】（７）電源との接続を確保するための端子
部に、スクリーン印刷により、銀−鉛半田ペースト（田
中貴金属社製）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、抵抗発熱体の端子部に外部端子を
取り付けた。 （８）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、底面
に抵抗発熱体を有するセラミックヒータを得た。

【０１５９】（実施例５）導体ペーストとして、以下の
組成のものを使用したほかは、実施例４と同様にしてセ
ラミックヒータを製造した。すなわち、この導体ペース
トは、リン片状の銀（昭和化学工業社製 Ａｇ−５４
０）５０重量部、球状パラジウム（昭和化学工業社製
Ｐｄ−２２５）５０重量部、酸化亜鉛１０重量部、シリ
カ８重量部、酸化ホウ素２重量部および有機ビヒクルで
ある酢酸セルロース３０重量部からなるものであった。

【０１６０】（比較例５）導体ペーストとして、以下の
組成のものを使用したほかは、実施例４と同様にしてセ
ラミックヒータを製造した。すなわち、この導体ペース
トは、球状の銀粒子（昭和化学工業社製 Ａｇ−５２
０）１００重量部、酸化亜鉛１０重量部、シリカ８重量
部、酸化ホウ素２重量部および有機ビヒクルである酢酸
セルロース３０重量部からなるものであった。

【０１６１】（比較例６）導体ペーストとして、以下の
組成のものを使用したほかは、実施例４と同様にしてセ
ラミックヒータを製造した。すなわち、この導体ペース
トは、球状の銀粒子（昭和化学工業社製 Ａｇ−５２
０）５０重量部、球状のパラジウム粒子（昭和化学工業
社製 Ｐｄ−２２５）５０重量部、酸化亜鉛１０重量
部、シリカ８重量部、酸化ホウ素２重量部および有機ビ
ヒクルである酢酸セルロース３０重量部からなるもので
あった。

【０１６２】（比較例７、８）セラミック基板の厚さを
１．５ｍｍとし、抵抗発熱体の厚さを１５０μｍとした
ほかは、それぞれ実施例４、５と同様にして、セラミッ
クヒータを製造した。

【０１６３】このようにして製造した実施例４〜５およ
び比較例５〜８に係るセラミックヒータに通電し、セラ
ミック基板のウエハ処理面を４５０℃に保持しながら、
シリコンウエハを載置し、加熱した。そして、ウエハ処
理面の各部分の温度を、サーモビュア（日本データム社
製 ＩＲ６２０１２−００１２）を用いて測定し、最低
温度と最高温度との温度差を求めた。また、セラミック
基板の割れや反りを実施例１〜３と同様に調べた。その
結果を下記の表２に示した。

【０１６４】

【表２】

【０１６５】その結果、上記表２に示したように、実施
例４〜５では、ウエハ処理面の温度差が５℃と小さかっ
たのに対し、比較例５〜８では、１３〜１５℃と大きか
った。

【０１６６】（試験例１）静電チャックを構成するセラ
ミック基板の直径を１５０ｍｍとしたほかは、比較例１
と同様にして、静電チャックを製造した。その後、静電
チャックを４００℃まで昇温し、１ｋＶの電圧を印加し
た後、シリコンウエハ表面の最高と最低との温度差を測
定した。その結果、温度差は、９℃であった。

【０１６７】（試験例２）セラミックヒータを構成する
セラミック基板の直径を１５０ｍｍとしたほかは、比較
例２と同様にして、セラミックヒータを製造した。４０
０℃まで昇温し、シリコンウエハ表面の最高と最低との
温度差を測定した。その結果、温度差は、７℃であっ
た。このように、本発明では、直径が１５０ｍｍを超え
るセラミック基板とした場合に顕著な効果を奏する。

【０１６８】（実施例６）ウエハプローバの製造 （１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径
１．１μｍ）１０００重量部、イットリア（平均粒径
０．４μｍ）４０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、
厚さが０．４７ｍｍで表面の粗度がＲｍａｘで５０μｍ
のグリーンシートを得た。

【０１６９】（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貫通孔を
設けた。

【０１７０】（３）平均粒子径１μｍのタングステンカ
ーバイド粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０
重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量および分散
剤０．３重量部を混合して導電性ペーストＡ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。

【０１７１】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、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電
性ペーストＢを充填した。

【０１７２】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／ｃｍ² の圧力で一体化することによ
り積層体を作製した。

【０１７３】（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／
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。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１７の大きさは、直径０．２ｍｍ、深
さ０．２ｍｍであった。

【０１７４】また、ガード電極、グランド電極の厚さは
１０μｍ、ガード電極の形成位置は、ウエハ載置面から
１ｍｍ、グランド電極の形成位置は、ウエハ載置面から
１．２ｍｍであった。また、ガード電極およびグランド
電極の導体非形成領域の１辺の大きさは、０．５ｍｍで
あった。

【０１７５】（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（幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍ）を設
けた。

【０１７６】（６）さらに、ウエハ載置面に対向する面
に抵抗発熱体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。

【０１７７】（７）導電ペーストを印刷したセラミック
基板を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ヒー
タ板を浸漬して、銀の焼結体空なる抵抗発熱体６１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
抵抗発熱体は、厚さが５μｍ、幅２．４ｍｍであり、面
積抵抗率が７．７ｍΩ／□であった。

【０１７８】（８）溝が形成された面に、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０．３
μｍ、モリブデン層は２μｍ、ニッケル層は１μｍであ
った。

【０１７９】（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め
っき浴に、上記（８）で得られたセラミック基板６３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。
抵抗発熱体表面は、電流を流さず、電解ニッケルめっき
で被覆されない。

【０１８０】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。

【０１８１】（１０）溝から裏面に抜ける空気吸引孔を
ドリル加工により形成し、さらにスルーホールを露出さ
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％、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。

【０１８２】（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を得た。

【０１８３】（比較例９）表面粗度がＲｍａｘで２１０
μｍのグリーンシートを作製したほかは、実施例６と同
様にしてウエハプローバを製造した。

【０１８４】実施例６に係るウエハプローバは、ガード
電極、グランド電極の厚みのばらつきは、それぞれ＋２
０％、−１５％と小さかったのに対し、比較例９に係る
ウエハプローバでは、ガード電極、グランド電極の厚み
のばらつきは、それぞれ＋１５５％、−７５％と大きか
った。

【０１８５】また、良品であることがわかっているシリ
コンウエハを実施例６および比較例９に係るウエハプロ
ーバのチャックトップ導体層上に載置し、１８０℃に昇
温した後、プローブカードを用いて導通テストを行っ
た。その結果、実施例６に係るウエハプローバでは、シ
リコンウエハが良品であるとの結果が得られたのに対
し、比較例９に係るウエハプローバでは、不良品である
との結果が得られた。グランド電極またはガード電極の
厚さがばらついているため、ストレイキャパシタか、ま
たは、ノイズを除去することができず、これに起因して
誤った結果が得られたと考えられる。

【０１８６】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明のセラミ
ック基板では、急速な昇温や降温を行っても、セラミッ
ク基板の割れや反り等の問題は発生しない。また、ホッ
トプレート（セラミックヒータ）として使用しても、ウ
エハ処理面の温度のばらつきが少なく、また、静電チャ
ックとして使用した場合でも、チャック力のばらつきが
小さい。さらに、ウエハプローバとして使用した場合に
は、ノイズが少なく、正確な導通試験を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミック基板を用いたセラミックヒ
ータの一例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部分拡大断面
図である。

【図３】本発明のセラミック基板を用いた静電チャック
の一例を模式的に示す断面図である。

【図４】図３に示したセラミックヒータのＡ−Ａ線断面
図である。

【図５】本発明のセラミック基板を用いた静電チャック
の一例を模式的に示す断面図である。

【図６】本発明のセラミック基板を用いた静電チャック
の一例を模式的に示す断面図である。

【図７】本発明のセラミック基板を用いた静電チャック
の一例を模式的に示す断面図である。

【図８】（ａ）〜（ｄ）は、図５に示した静電チャック
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１１】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１２】本発明のセラミック基板を用いたウエハプロ
ーバを模式的に示した断面図である。

【図１３】図１２に示した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１４】本発明のセラミック基板の内部に形成された
静電電極を表す走査型電子顕微鏡写真である。

【図１５】従来のセラミック基板の製造方法において、
作製したグリーンシート上に形成した導体ペースト層を
模式的に示す断面図である。

【符号の説明】

１、１１、６３ 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、１２、２５、６１ 抵抗発熱体 ６、１３、１８ 外部端子 ７ 金属線 ８ ペルチェ素子 ９ シリコンウエハ １０ セラミックヒータ １４ 有底孔 １５ 貫通孔 １６、１７、１９ スルーホール ２０、３０、１０１、２０１、３０１、４０１ 静電チ
ャック ２５ａ 金属被覆層 ３５、３６ 袋孔 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 ６２ チャックトップ導体層 ６５ ガード電極 ６６ グランド電極 ６６ａ 電極非形成領域 ６７ 溝 ６８ 吸引孔 ５０１ ウエハプローバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G030 AA44 AA45 AA47 AA50 AA51 AA52 GA20 HA04 HA07 HA18 4M106 AA01 DD30 DH44 DJ01 5F004 BB22 BB26 BB29 BD04 CA04

Claims (6)

【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導体
   層を配設してなるセラミック基板において、前記セラミ
   ック基板の平均厚さ（ｔ₁ ）に対する導体層の平均厚さ
   （ｔ₂ ）の比（ｔ₂ ／ｔ₁ ）は、０．１未満であり、導
   体層の平均厚さに対する厚さのばらつきが−７０〜＋１
   ５０％の範囲にあることを特徴とするセラミック基板。
2. 【請求項２】 前記セラミック基板は、直径１５０ｍｍ
   を超える円板状のものである請求項１に記載のセラミッ
   ク基板。
3. 【請求項３】 前記セラミック基板は、厚さが２５ｍｍ
   以下である請求項１または２に記載のセラミック基板。
4. 【請求項４】 前記導体層は、静電電極である請求項１
   〜３のいずれか１に記載のセラミック基板。
5. 【請求項５】 前記導体層は、抵抗発熱体である請求項
   １〜４のいずれか１に記載のセラミック基板。
6. 【請求項６】 前記導体層は、チャックトップ電極、ガ
   ード電極およびグランド電極のうちのいずれかである請
   求項１〜５のいずれか１に記載のセラミック基板。