(57)【要約】【課題】焼結性を向上させて高温時の反りや熱伝導率の低下を防止し、さらに、熱容量を低下させて、実用的に均一な温度分布をウエハ載置面に与え、半導体ウエハ等の被加熱物をこのセラミック基板に載置した際に、ウエハ載置面の温度の不均一性に起因する破損等を防止することができる半導体製造・検査装置用セラミック基板を提供する。【解決手段】セラミック基板の内部または表面に導体層を有する半導体製造・検査用セラミック基板において、前記セラミック基板は、窒化物セラミックからなり、その窒化物セラミック中には、酸素が含有されているとともに、前記セラミック基板の厚さは、５０ｍｍ以下であることを特徴とする半導体製造・検査用セラミック基板。【選択図】　　　　　図１
2004026635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板の内部または表面に導体層を有する半導体製造・検査装置用セラミック基板において、
前記セラミック基板は、窒化物セラミックからなり、その窒化物セラミック中には、酸素が含有されているとともに、前記セラミック基板の厚さは、５０ｍｍ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】
前記セラミック基板の気孔率は、０または５％以下である請求項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】
前記セラミック基板中の酸素含有量は、０．１〜５重量％である請求項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。
【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（セラミックヒータ）、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する。
【０００２】
【従来の技術】
エッチング装置や、化学的気相成長装置等を含む半導体製造、検査装置等においては、従来、ステンレス鋼やアルミニウム合金などの金属製基材を用いたヒータや、ウエハプローバ等が用いられてきた。
しかしながら、金属製のヒータでは温度制御特性が悪く、また厚みも厚くなるため重く嵩張るという問題があり、腐食性ガスに対する耐蝕性も悪いという問題を抱えていた。
【０００３】
このような問題を解決するため、金属製のものに代えて、窒化アルミニウムなどのセラミックを使用したヒータが開発されてきた。
このようなセラミックヒータでは、セラミック基板自体の剛性が高いため、その厚さを余り厚くしなくても、基板の反り等を防止することができるという利点を有している。
【０００４】
このような技術としては、特開平１１−４０３３０号公報では、窒化物セラミックの表面に発熱体を設けたセラミックヒータを開示する。
また、特開平９−４８６６９号公報では、黒色化した窒化アルミニウムを使用したセラミックヒータを開示する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらのヒータの厚みを５０ｍｍ以下に薄くすると、２００℃を超える高温領域で反りや熱伝導率の低下という問題が知見された。
さらに、このような問題は、上記高温領域で使用される静電チャックやウエハプローバについても同様に発生するという事実を見出した。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、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、セラミック基板の厚みが５０ｍｍ以下である場合は、窒化物セラミックを使用した基板に一定量の酸素を含有させて焼結性を向上させることにより、上述の問題を解決することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、セラミック基板の内部または表面に導体層を有する半導体製造・検査装置用セラミック基板において、
前記セラミック基板は、窒化物セラミックからなり、その窒化物セラミック中には、酸素が含有されているとともに、前記セラミック基板の厚さは、５０ｍｍ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】
【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、窒化物セラミックからなり、その窒化物セラミック中には、酸素が含有されているとともに、前記セラミック基板の厚さは、５０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の半導体製造・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）においては、上記セラミック基板の厚さを５０ｍｍ以下に調整して全体の重量の増加を抑えているので、セラミック基板の熱容量が大きくなりすぎるのを防止することができ、半導体ウエハの加工等において支障のない程度に均一な温度分布を有するセラミック基板とすることができる。
【００１０】
セラミック基板の厚さが５０ｍｍ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。
セラミック基板の厚さは、２０ｍｍ以下がより望ましい。２０ｍｍを超えると、やはり熱容量が充分に小さいとは言えず、温度制御性、半導体ウエハを載置する面（以下、ウエハ載置面という）の温度均一性が低下しやすくなる。
特に５ｍｍ以下が最適である。なお、厚みは、１ｍｍ以上が望ましい。
【００１１】
なお、本発明の半導体装置用セラミック基板では、半導体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、半導体ウエハを支持ピンなどで支持し、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。
【００１２】
ところが、セラミック基板の厚さを５０ｍｍ以下に調整した場合には、内部や表面に導体層を有しており、また、セラミック基板が窒化物セラミックであるため高温でのヤング率が低下して反りが発生してしまう。
また、窒化物セラミックは、高温での熱伝導率が低くなるため、厚みを５０ｍｍ以下に調整して熱容量を小さくした意味が没却されてしまう。すなわち、熱伝導率が低くなるため、抵抗発熱体の温度の上昇や下降の速度にセラミック基板のウエハ載置面の温度が追従できず、ヒータとしての温度追従性が低下してしまう。従って、ヒータとしての温度追従性を優れたものとするためには、セラミック基板の高温での熱伝導率を確保する必要がある。
セラミック基板の厚さが５０ｍｍ以下の場合に、反りの発生を防止し、セラミック基板の熱伝導率を確保するためには、上述したように、セラミック基板中に酸素を含有させて焼結性を向上させ、高い密度のものを製造することにより、セラミック基板の機械的（物理的）特性を向上させればよい。
【００１３】
本発明では、基板の厚さが５０ｍｍ以下の場合に、窒化物セラミック中に酸素を含有させて焼結性を向上させ、高温での反りや熱伝導率を確保している。
前記セラミック基板中の酸素含有量は、０．１〜５重量％であることが望ましい。０．１重量％未満では、焼結性が低下して内部に多数の気孔が存在することになり、高温での反りが発生したり、熱伝導率を確保することができない。また５重量％を超えると粒界に酸化物が偏在し、この酸化物が熱伝導率を低下させたり、ヤング率を低下させてしまう。
原料の窒化物セラミックを空気中で焼成することにより酸素を導入することができ、焼結助剤として下記する各種酸化物を添加することにより、酸素を導入することができる。酸素量は、酸化物の割合や焼成の際の温度や時間により調整することができる。
【００１４】
ところで、特開平９−３１５８６７号公報に記載の窒化アルミニウム焼結体では、酸素量が０．８〜１．２重量％の窒化物セラミック焼結体を基板とするサセプターや静電チャックとして使用してもよいことを開示するが、厚み５０ｍｍ以下に調整した場合に発生する反りや高温での熱伝導率確保といった問題は記載されておらず、この公報の存在を理由に本発明の新規性、進歩性が阻却されることはないことを付記しておく。
【００１５】
本発明のセラミック基板の直径は２００ｍｍを超えるものが望ましい。２００ｍｍを超えた大きな板ほど、反りが大きくなり、本発明の効果も大きくなるからである。特に１２インチ（３００ｍｍ）以上であることが望ましい。次世代の半導体ウエハの主流となるからである。
【００１６】
前記セラミック基板の気孔率は、０または５％以下であることが望ましい。気孔率が５％を超えると、熱伝導率が低下したり、高温で反りが発生するからである。また、本発明の半導体装置用用セラミック基板では、２５〜８００℃までの温度範囲におけるヤング率が２８０ＧＰａ以上であるセラミック基板を使用することが望ましい。
セラミック中には、気孔が存在しない方が望ましいが、気孔が存在する場合には、その最大気孔径は、５０μｍ以下であることが望ましい。
最大気孔径が５０μｍ以下であれば、２００℃以上の高温でも絶縁破壊が生じにくく、また、２００℃以上の高温でも、反りが発生しにくいからである。
最大気孔径は、同じ条件で製造した５個のサンプルを用意し、各サンプルの表面を鏡面研磨して、その研磨面の１０箇所を５０００倍の電子顕微鏡で撮影し、撮影された気孔のうち、最大のものを選ぶ。そして、５０枚の写真における５０個の選ばれた気孔径の平均値を、その条件で製造したセラミック基板の最大気孔径とする。
【００１７】
ヤング率が２８０ＧＰａ未満であると、剛性が低すぎるため、加熱時の反り量を小さくすることが困難となり、その反りに起因して、半導体ウエハが破損する場合があるからである。
本発明の半導体装置用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。
【００１８】
本発明においては、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、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、これらの焼結助剤のなかでは、特にＣａＯ、Ｙ２　Ｏ３　、Ｎａ２　Ｏ、Ｌｉ２　Ｏ、Ｒｂ２　Ｏ３　が好ましい。これらの含有量としては、０．１〜２０重量％が望ましい。このような酸化物を用いることにより、上述したように窒化アルミニウム焼結体中に酸素を含有させることができる。
【００１９】
本発明では、セラミック基板中に５０〜５０００ｐｐｍ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、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、２００〜２０００ｐｐｍがより好ましい。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
図１は、本発明の半導体装置用セラミック基板の一実施形態である静電チャックの一例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。
【００２４】
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。
【００２５】
この静電電極層上に、該静電電極層を被覆するように形成されたセラミック層は、シリコンウエハを吸着するための誘電体膜として機能するので、以下においては、セラミック誘電体膜４ということとする。
【００２６】
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Ｖ２　が印加されるようになっている。
【００２７】
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６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支持ピン（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。また、セラミック基板１には、必要に応じてＲＦ電極が埋設されていてもよい。
【００２８】
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。
【００２９】
上記静電チャックは、静電電極層と抵抗発熱体とを備えており、例えば、図１〜３に示したような構成を有するものである。以下においては、上記静電チャックを構成する各部材で、上記半導体装置用セラミック基板の説明で記載していないものについて、説明していくことにする。
【００３０】
上記静電電極上のセラミック誘電体膜４は、セラミック基板のほかの部分と同じ材料からなることが望ましい。同じ工程でグリーンシート等を作製することができ、これらを積層した後、一度の焼成でセラミック基板を製造することができるからである。
【００３１】
上記セラミック誘電体膜は、セラミック基板のほかの部分と同様に、カーボンを含有していることが望ましい。静電電極を隠蔽することができ、輻射熱を利用することができるからである。
また、上記セラミック誘電体膜は、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類酸化物を含んでいることが望ましい。これらは、焼結助剤等の働きをし、高密度の誘電体膜を形成することができるからである。
【００３２】
上記セラミック誘電体膜の厚さは、２０〜２０００μｍ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２０μｍ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２０００μｍ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からである。セラミック誘電体膜の厚さは、５０〜１５００μｍがより好ましい。
【００３３】
上記セラミック基板内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。
【００３４】
図４および図５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４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５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。
【００３５】
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。
【００３６】
抵抗発熱体は、図１に示したように、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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
上記金属酸化物としては、例えば、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素（Ｂ２　Ｏ３　）、アルミナ、イットリア、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。
【００４１】
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。
【００４２】
また、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２０〜７０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主部が好ましい。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。
【００４３】
抵抗発熱体をセラミック基板の底面に設ける場合は、抵抗発熱体の表面は、金属層で被覆されていることが望ましい。抵抗発熱体は、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。
【００４４】
金属層の厚さは、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外部端子が必要であり、この外部端子は、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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
本発明の半導体装置用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。
【００４８】
図６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７は、図６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２０１では、平面視円形状のセラミック基板４３の表面に平面視同心円形状の溝４７が形成されるとともに、溝４７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４８が設けられており、溝４７を含むセラミック基板４３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４２が円形状に形成されている。
【００４９】
一方、セラミック基板４３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４９が設けられており、発熱体４９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４３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４５とグランド電極４６（図７参照）とが設けられている。ガード電極４５とグランド電極４６の材質は、静電電極と同様のものでよい。
【００５０】
上記チャックトップ導体層４２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。
【００５１】
チャックトップ導体層４２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。
【００５２】
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。
【００５３】
次に、本発明の半導体装置用セラミック基板の製造方法に関し、静電チャックの製造方法を一例として、図８に示した断面図に基づき説明する。
【００５４】
（１）まず、窒化物セラミック粉体をバインダおよび溶剤と混合して混合組成物を調製した後、成形を行うことにより、グリーンシート５０を作製する。カーボンを含有させる場合には、目的とする特性に応じて、上記結晶質カーボンまたは非晶質カーボンを使用し、その量を調節する。
【００５５】
上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。
【００５６】
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となる層であるので、目的等により、その組成をセラミック基板と異なる組成としてもよい。
また、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。
【００５７】
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スラリー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。
【００５８】
グリーンシート５０に、必要に応じてシリコンウエハの支持ピンを挿入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。
【００５９】
（２）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電性ペーストを印刷することにより形成する。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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用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、導体用ペーストを充填してスルーホール印刷体５３、５４を得る。
【００６３】
（３）次に、図８（ａ）に示すように、印刷体５１、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。静電電極層印刷体５１が形成されたグリーンシート上には、数枚または１枚のグリーンシート５０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。
【００６４】
（４）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、グリーンシートおよび導電ペーストを焼結させる。
加熱温度は、１０００〜２０００℃、加圧は１００〜２００ｋｇ／ｃｍ２　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、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。
【００６５】
（５）次に、図８（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１３、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。
【００６６】
（６）最後に、図８（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１２を設け、その内部に熱電対を埋め込むことができる。
【００６７】
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。
【００６８】
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、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めっき等を施して、金属層を形成すればよい。
【００６９】
【実施例】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００７０】
（実施例１〜５）（図９参照）
（１）窒化アルミニウム粉末（平均粒径：１．１μｍ　トクヤマ製）１００重量部、イットリア（平均粒径：０．４μｍ）０．５重量部（実施例１）、１重量部（実施例２）、２重量部（実施例３）、３重量部（実施例４）、４重量部（実施例５）、アクリルバインダ１２重量部およびアルコールからなる組成物のスプレードライを行い、顆粒状の粉末を作製した。
【００７１】
（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）続いて、この生成形体を１８００℃、圧力：２００ｋｇ／ｃｍ２　でホットプレスし、厚さが４５ｍｍ（実施例１）、２０ｍｍ（実施例２）、１０ｍｍ（実施例３）、５ｍｍ（実施例４）、３ｍｍ（実施例５）の窒化アルミニウム板状体を得た。
【００７２】
次に、この板状体から直径２１０ｍｍの円板状体を切り出し、セラミック製の板状体（ヒータ板）９１とした。この板状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９５となる部分、熱電対を埋め込むための有底孔９４となる部分（直径：１．１ｍｍ、深さ：２ｍｍ）を形成した。
【００７３】
（４）上記（３）で得たヒータ板９１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、同心円状のパターンとした。
導体ペーストとしては、プリント配線板のスルーホール形成に使用されている徳力化学研究所製のソルベストＰＳ６０３Ｄを使用した。
この導体ペーストは、銀−鉛ペーストであり、銀１００重量部に対して、酸化鉛（５重量％）、酸化亜鉛（５５重量％）、シリカ（１０重量％）、酸化ホウ素（２５重量％）およびアルミナ（５重量％）からなる金属酸化物を７．５重量部含むものであった。また、銀粒子は、平均粒径が４．５μｍで、リン片状のものであった。
【００７４】
（５）次に、導体ペーストを印刷したヒータ板を７８０℃で加熱、焼成して、導体ペースト中の銀、鉛を焼結させるとともにヒータ板９１に焼き付け、発熱体９２を形成した。銀−鉛の発熱体は、厚さが５μｍ、幅２．４ｍｍ、面積抵抗率が７．７ｍΩ／□であった。
【００７５】
（６）硫酸ニッケル８０ｇ／ｌ、次亜リン酸ナトリウム２４ｇ／ｌ、酢酸ナトリウム１２ｇ／ｌ、ほう酸８ｇ／ｌ、塩化アンモニウム６ｇ／ｌの濃度の水溶液からなる無電解ニッケルめっき浴に上記（５）で作製したヒータ板９１を浸漬し、銀−鉛の発熱体９２の表面に厚さ１μｍの金属被覆層（ニッケル層）９２ａを析出させた。
【００７６】
（７）電源との接続を確保するための外部端子９４を取り付ける部分に、スクリーン印刷により、Ｎｉ−Ａｕろう剤を印刷して形成した。
ついで、この上にコバール製の外部端子９３を載置し、温度制御のための熱電対を挿入後、８１．７Ａｕ−１８．３Ｎｉの金ローで接続し、（１０３０℃で加熱して融着）、図９に示すセラミックヒータ９０を得た。
【００７７】
（比較例１〜２）
基本的には実施例５と同様であるが、セラミック基板の厚さを３ｍｍ（比較例１）、４０ｍｍ（比較例２）とし、イットリア（平均粒径：０．４μｍ）を全く加えなかった。
【００７８】
（比較例３）
基本的には実施例５と同様であるが、基板の厚さを５５ｍｍとした。
【００７９】
（比較例４）
基本的には実施例１と同様であるが、基板の厚さを５５ｍｍとし、またイットリアを加えなかった。
この実施例１〜５と比較例１〜４のヒータを４００℃まで昇温し、反り量、熱伝導率を測定した。また、酸素含有量も測定した。結果を表１に示す。
【００８０】
評価方法
１．酸素含有量
実施例、比較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て粉末状とし、このうちから０．０１ｇを採取して、酸素・窒素同時分析装置（ＬＥＣＯ社製　ＴＣ−１３６型）にかけ、試料加熱温度２２００℃、加熱時間３０秒の条件で酸素含有量を測定した。
【００８１】
２．反り量
京セラ製反り測定機、商品名「ナノウエイ」を用いて、測定範囲２００ｍｍで、Ｘ方向、Ｙ方向の反り量を測定し、大きい方を反り量として採用した。
【００８２】
３．熱伝導率
ａ．使用機器
リガクレーザーフラッシュ法熱定数測定装置
ＬＦ／ＴＣＭ−ＦＡ８５１０Ｂ
ｂ．試験条件
温度・・・常温、２００℃、４００℃、５００℃、７００℃
雰囲気・・・真空
ｃ．測定方法
・比熱測定における温度検出は、試料裏面に銀ペーストで接着した熱電対（プラチネル）により行った。
・常温比熱測定はさらに試料上面に受光板（グラッシーカーボン）をシリコングリースを介して接着した状態で行い、試料の比熱（Ｃｐ）は、下記の計算式（１）により求めた。
【００８３】
【数１】
2004026635.tif 000003
【００８４】
上記計算式（１）において、ΔＯは、入力エネルギー、ΔＴは、試料の温度上昇の飽和値、ＣｐＧ．ｃ　は、グラッシーカーボンの比熱、ＷＧ．ｃ　は、グラッシーカーボンの重量、ＣｐＳ．Ｇ　は、シリコングリースの比熱、ＷＳ．Ｇ　は、シリコングリースの重量、Ｗは、試料の重量である。
【００８５】
【表１】
2004026635.tif 000004
【００８６】
４．昇温時間
実施例、比較例に係るセラミックヒータに１００Ｖの電圧を印加し、４００℃まで昇温するのに係る時間を測定した。なお、ウエハ加熱面９１ｂの温度は、サーモビュア（日本データム社製　ＩＲ１６２０１２−００１２）により測定した。
【００８７】
（実施例６）静電チャック（図１〜３）の製造（図８参照）
（１）次に、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、アクリル系バインダ０．０９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５０を得た。
【００８８】
（２）次に、これらのグリーンシート５０を８０℃で５時間乾燥させた後、加工が必要なグリーンシートに対し、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。
【００８９】
（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。
この導電性ペーストＡをグリーンシート５０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５０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。
【００９０】
（４）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。
抵抗発熱体のパターンが形成されたグリーンシート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（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／ｃｍ２　の圧力で圧着して積層体を形成した（図８（ａ））。
【００９１】
（５）次に、得られた積層体を窒素ガス中、６００℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５０ｋｇ／ｃｍ２　で３時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍの窒化アルミニウム板状体を得た。これを直径３００ｍｍ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））。
【００９２】
（６）次に、（３）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。
【００９３】
（７）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８（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。
【００９４】
（８）次に、温度制御のための複数の熱電対を有底孔に埋め込み、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を構成するセラミック基板の酸素含有量を、実施例１〜５と同様にして測定した。また、セラミック基板の抵抗発熱体に通電を行って、セラミック基板の温度を５００℃に上げ、実施例１〜５と同様にして、反り量、熱伝導率を測定した。
セラミック基板の酸素含有量は、１．６重量％、反り量は１μｍ、熱伝導率は７５Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００９５】
（実施例７）ウエハプローバ２０１（図６〜７参照）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、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。
【００９６】
（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。
【００９７】
（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。
【００９８】
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。
【００９９】
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／ｃｍ２　の圧力で一体化することにより積層体を作製した。
【０１００】
（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／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。
【０１０１】
また、ガード電極４５、グランド電極４６の厚さは１０μｍ、ガード電極４５の形成位置は、ウエハ載置面から１ｍｍ、グランド電極４６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４５およびグランド電極４６の導体非形成領域４６ａの１辺の大きさは、０．５ｍｍであった。
【０１０２】
（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４７（幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍ）を設けた。
【０１０３】
（６）さらに、ウエハ載置面に対向する面に発熱体４９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。
【０１０４】
（７）導電ペーストを印刷したヒータ板を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４３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４９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。
【０１０５】
（８）溝４７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。
【０１０６】
（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被覆されない。
【０１０７】
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。
【０１０８】
（１０）溝４７から裏面に抜ける空気吸引孔４８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（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、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。
【０１０９】
（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２０１を得、実施例１〜５と同様に酸素含有量を測定した。
【０１１０】
また、セラミック基板の温度を２００℃に上げ、実施例１〜５と同様に、反り量、熱伝導率を測定した。
セラミック基板の酸素含有量は、１．８重量％、反り量は１μｍ、熱伝導率は１３５Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【０１１１】
【発明の効果】
以上説明のように、本願発明の半導体製造・検査装置用セラミック基板は、酸素を含有する窒化物セラミックからなるので、焼結性を向上させることができ、高温時の反りや熱伝導率の低下を防止することができる。さらに、上記セラミック基板の厚さが５０ｍｍ以下であるので、熱容量を低下させて、実用的に均一な温度分布をウエハ載置面に与えることができる。従って、例えば、半導体ウエハ等の被加熱物をこのセラミック基板に載置した際に、ウエハ載置面の温度の不均一性に起因する破損等を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体製造・検査装置用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す縦断面図である。
【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】静電チャックの静電電極の一例を模式的に示す断面図である。
【図５】静電チャックの静電電極の一例を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の半導体装置用セラミック基板の一実施形態であるウエハプローバを模式的に示す断面図である。
【図７】図６に示したウエハプローバにおけるＡ−Ａ線断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、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】本発明の半導体装置用セラミックをヒータとした場合の断面図である。
【符号の説明】
１０１　静電チャック
１、４３、９１　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、４９、９２　抵抗発熱体
６、９３　外部端子
９　シリコンウエハ
１１　有底孔
１２　貫通孔
１６、１７　スルーホール
４２　チャックトップ導体層
４５　ガード電極
４６　グランド電極
４７　溝
４８　吸引孔
９３　端子
９２ａ　金属被覆層
９６　支持ピン
【図１】
2004026635.tif 000005
【図２】
2004026635.tif 000006
【図３】
2004026635.tif 000007
【図４】
2004026635.tif 000008
【図５】
2004026635.tif 000009
【図６】
2004026635.tif 000010
【図７】
2004026635.tif 000011
【図８】
2004026635.tif 000012
【図９】
2004026635.tif 000013