JP2002255652A - セラミック基板 - Google Patents
セラミック基板Info
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- JP2002255652A JP2002255652A JP2001055016A JP2001055016A JP2002255652A JP 2002255652 A JP2002255652 A JP 2002255652A JP 2001055016 A JP2001055016 A JP 2001055016A JP 2001055016 A JP2001055016 A JP 2001055016A JP 2002255652 A JP2002255652 A JP 2002255652A
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- ceramic
- electrostatic
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 昇温特性、高温での耐電圧に特に優れ、反り
も殆ど発生しない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において、上記セラ
ミック基板は、窒化物セラミックからなり、上記窒化物
セラミックには気孔が存在しないセラミック基板。
も殆ど発生しない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において、上記セラ
ミック基板は、窒化物セラミックからなり、上記窒化物
セラミックには気孔が存在しないセラミック基板。
Description
【0001】
【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。
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、
例えば、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。そのため、静電電極層は、通常、セラミッ
ク誘電体膜等により被覆、保護されている。このセラミ
ック誘電体膜は、静電チャックの動作中に、このセラミ
ック誘電体膜が絶縁破壊することによるシリコンウエハ
と静電電極との短絡を防止するために、大きな耐電圧が
要求される。
例えば、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。そのため、静電電極層は、通常、セラミッ
ク誘電体膜等により被覆、保護されている。このセラミ
ック誘電体膜は、静電チャックの動作中に、このセラミ
ック誘電体膜が絶縁破壊することによるシリコンウエハ
と静電電極との短絡を防止するために、大きな耐電圧が
要求される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このセラミック誘電体
膜を構成する材料として、従来より窒化物セラミックが
使用されているが、この窒化物セラミックよりなる誘電
体膜を充分な耐電圧を有するものとするためには、気孔
中のガス等に起因する耐電圧の低下を防止するため、例
えば特開平5−8140号公報にあるように、最大気孔
の気孔径を5μm以下と極めて小さくする必要があると
されていた。
膜を構成する材料として、従来より窒化物セラミックが
使用されているが、この窒化物セラミックよりなる誘電
体膜を充分な耐電圧を有するものとするためには、気孔
中のガス等に起因する耐電圧の低下を防止するため、例
えば特開平5−8140号公報にあるように、最大気孔
の気孔径を5μm以下と極めて小さくする必要があると
されていた。
【0005】一方で、このような静電チャックには、特
開平9−48668号公報にあるように、カーボンを添
加して隠蔽性を確保する必要があった。しかし、カーボ
ンには電気伝導性があるため、最大気孔の気孔径を5μ
m以下と極めて小さくしても結局耐電圧を確保できない
という問題が新たに発生した。このような問題は、静電
チャックに限らず、ウエハプローバ、ホットプレートに
おいても発生する。
開平9−48668号公報にあるように、カーボンを添
加して隠蔽性を確保する必要があった。しかし、カーボ
ンには電気伝導性があるため、最大気孔の気孔径を5μ
m以下と極めて小さくしても結局耐電圧を確保できない
という問題が新たに発生した。このような問題は、静電
チャックに限らず、ウエハプローバ、ホットプレートに
おいても発生する。
【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
から気孔を追い出し、実質的に気孔が存在しないものと
することにより、セラミック基板の耐電圧を飛躍的に向
上させることができることを新たに見い出し、本発明を
完成させるに至った。
を解決するために鋭意研究した結果、窒化物セラミック
から気孔を追い出し、実質的に気孔が存在しないものと
することにより、セラミック基板の耐電圧を飛躍的に向
上させることができることを新たに見い出し、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
において、上記セラミック基板は、窒化物セラミックか
らなり、上記窒化物セラミックには、実質的に気孔が存
在しないことを特徴とするセラミック基板である。
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
において、上記セラミック基板は、窒化物セラミックか
らなり、上記窒化物セラミックには、実質的に気孔が存
在しないことを特徴とする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・検査装置に
用いられるセラミック基板では、セラミック基板中に実
質的に気孔が存在しない。ここで、セラミック基板中
に、実質的に気孔が存在しないとは、下記する方法を用
いて気孔率を測定した際、測定値が限界以下で気孔率を
算出することができないものをいう。この場合、下記の
方法により最大気孔の気孔径を測定しようとしても、気
孔自体を観察することができない。
用いられるセラミック基板では、セラミック基板中に実
質的に気孔が存在しない。ここで、セラミック基板中
に、実質的に気孔が存在しないとは、下記する方法を用
いて気孔率を測定した際、測定値が限界以下で気孔率を
算出することができないものをいう。この場合、下記の
方法により最大気孔の気孔径を測定しようとしても、気
孔自体を観察することができない。
【0009】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とから気孔率を計算す
るのである。また、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50
00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す
る。
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とから気孔率を計算す
るのである。また、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50
00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す
る。
【0010】このようなセラミック基板では、耐電圧の
低下の大きな原因である気孔が実質的に存在しないた
め、耐電圧が極めて大きくなる。気孔が存在する場合に
は、気孔に含まれる空気等が帯電し、セラミック基板中
で電荷の移動等が起こりやすくなって、耐電圧を低下さ
せてしまうのである。このような現象は、高温におい
て、特に顕著である。また、機械的強度を低下させる気
孔が存在しないため、400〜500℃の高温において
も、反り量が極めて小さく、また、熱伝導率が高いた
め、昇温降温特性にも優れる。
低下の大きな原因である気孔が実質的に存在しないた
め、耐電圧が極めて大きくなる。気孔が存在する場合に
は、気孔に含まれる空気等が帯電し、セラミック基板中
で電荷の移動等が起こりやすくなって、耐電圧を低下さ
せてしまうのである。このような現象は、高温におい
て、特に顕著である。また、機械的強度を低下させる気
孔が存在しないため、400〜500℃の高温において
も、反り量が極めて小さく、また、熱伝導率が高いた
め、昇温降温特性にも優れる。
【0011】このセラミック基板を実質的に気孔が存在
しないものとするためには、セラミック基板となるグリ
ーンシート等を加圧下に焼成するが、その圧力、加圧時
間、温度等を適切な範囲に調整することが必要である。
上記圧力としては、10〜20MPaが好ましく、上記
温度としては、1000〜2000℃が好ましい。この
範囲で焼成を行うと、セラミック基板から実質的に気孔
を排除することができる。
しないものとするためには、セラミック基板となるグリ
ーンシート等を加圧下に焼成するが、その圧力、加圧時
間、温度等を適切な範囲に調整することが必要である。
上記圧力としては、10〜20MPaが好ましく、上記
温度としては、1000〜2000℃が好ましい。この
範囲で焼成を行うと、セラミック基板から実質的に気孔
を排除することができる。
【0012】本発明のセラミック基板中には、0.05
〜10重量%の酸素を含有してなることが望ましい。酸
素を含有するセラミック基板は、焼結性が良好であるた
め、実質的に気孔が存在しないセラミック基板の製造が
可能になるからである。0.05重量%未満では、上記
セラミック基板の焼結性が充分でなく、気孔が形成され
てしまう場合があり、逆に10重量%を超えると含有す
る酸素量が多すぎ、多量の酸素が粒界に偏析し、セラミ
ック基板の機械的特性が劣化してしまう場合があるから
である。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空気中または
酸素中で加熱するか、原料粉末に金属酸化物を混合して
焼成を行う。
〜10重量%の酸素を含有してなることが望ましい。酸
素を含有するセラミック基板は、焼結性が良好であるた
め、実質的に気孔が存在しないセラミック基板の製造が
可能になるからである。0.05重量%未満では、上記
セラミック基板の焼結性が充分でなく、気孔が形成され
てしまう場合があり、逆に10重量%を超えると含有す
る酸素量が多すぎ、多量の酸素が粒界に偏析し、セラミ
ック基板の機械的特性が劣化してしまう場合があるから
である。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空気中または
酸素中で加熱するか、原料粉末に金属酸化物を混合して
焼成を行う。
【0013】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
属酸化物の添加量は、窒化物セラミック100重量部に
対して、0.1〜20重量部が好ましい。
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
属酸化物の添加量は、窒化物セラミック100重量部に
対して、0.1〜20重量部が好ましい。
【0014】本発明のセラミック基板は、ラマンスペク
トルで1550cm-1および1333cm-1付近にピー
クを有するカーボンを含有する窒化物セラミックからな
ることが好ましい。ラマンスペクトルで1550cm-1
付近には結晶質部分に起因するピーク、1333cm-1
付近には非晶質部分に起因するピークが出現する。ここ
でいう結晶質部分と非晶質部分とは、単に結晶質体と非
晶質体とを混合した場合のみならず、結晶性が低下して
非晶質化したものも含む。
トルで1550cm-1および1333cm-1付近にピー
クを有するカーボンを含有する窒化物セラミックからな
ることが好ましい。ラマンスペクトルで1550cm-1
付近には結晶質部分に起因するピーク、1333cm-1
付近には非晶質部分に起因するピークが出現する。ここ
でいう結晶質部分と非晶質部分とは、単に結晶質体と非
晶質体とを混合した場合のみならず、結晶性が低下して
非晶質化したものも含む。
【0015】また、「付近」という表現が使用されてい
るが、これはレーザラマンのピークの出現位置に若干の
誤差があるためで、1550cm-1および1333cm
-1付近に出現するピークというのは、本来的に1550
cm-1および1333cm-1に出現するピークの意味で
ある。
るが、これはレーザラマンのピークの出現位置に若干の
誤差があるためで、1550cm-1および1333cm
-1付近に出現するピークというのは、本来的に1550
cm-1および1333cm-1に出現するピークの意味で
ある。
【0016】本発明のセラミック基板では、ラマンスペ
クトルで1550cm-1および1333cm-1付近にピ
ークを有するカーボンを含有する窒化物セラミックを使
用していることが好ましい。この場合には、セラミック
基板が非晶質構造を有するため、電気伝導性を低くする
ことができ、高温での体積抵抗率を高くすることがで
き、高温での耐電圧を確保することができるからであ
る。
クトルで1550cm-1および1333cm-1付近にピ
ークを有するカーボンを含有する窒化物セラミックを使
用していることが好ましい。この場合には、セラミック
基板が非晶質構造を有するため、電気伝導性を低くする
ことができ、高温での体積抵抗率を高くすることがで
き、高温での耐電圧を確保することができるからであ
る。
【0017】ここで、カーボン材料のレーザラマンスペ
クトル分析について説明することにする。ラマンスペク
トルとは、ラマン効果によって現れる散乱光のスペクト
ルをいい、このラマン効果とは、物質に一定の振動数の
単色光を照射した際、散乱光にその照射した光とは別の
波長の光が含まれることをいう。
クトル分析について説明することにする。ラマンスペク
トルとは、ラマン効果によって現れる散乱光のスペクト
ルをいい、このラマン効果とは、物質に一定の振動数の
単色光を照射した際、散乱光にその照射した光とは別の
波長の光が含まれることをいう。
【0018】カーボン材料に所定波長のレーザ光を照射
するとラマン効果が発生し、レーザラマンスペクトルが
観察されるが、このラマンスペクトルは、結晶振動等に
関連して発生する光であるため、その材料の結晶性に依
存した波長のスペクトルを検出することができる。
するとラマン効果が発生し、レーザラマンスペクトルが
観察されるが、このラマンスペクトルは、結晶振動等に
関連して発生する光であるため、その材料の結晶性に依
存した波長のスペクトルを検出することができる。
【0019】すなわち、結晶性のカーボン(グラファイ
ト)では、1550cm-1付近にスペクトルが検出さ
れ、非晶質(アモルファス)のカーボンでは、1333
cm-1付近でも、ピークが検出されるようになる。従っ
て、1333cm-1付近でピークが検出されるようなカ
ーボンは、結晶性の低いカーボンであるということがで
きる。なお、ピークには、ハローと呼ばれるブロードな
ものも含む。
ト)では、1550cm-1付近にスペクトルが検出さ
れ、非晶質(アモルファス)のカーボンでは、1333
cm-1付近でも、ピークが検出されるようになる。従っ
て、1333cm-1付近でピークが検出されるようなカ
ーボンは、結晶性の低いカーボンであるということがで
きる。なお、ピークには、ハローと呼ばれるブロードな
ものも含む。
【0020】この結晶性の低いカーボンは、結晶性のカ
ーボンと異なり、電気導体性が低いため、このようなカ
ーボンが、例えば、セラミック誘電体膜中に含有されて
いても、セラミック誘電体膜の高温領域(例えば、50
0℃付近)における体積抵抗率の低下は抑制される。ま
た、セラミック基板中には、耐電圧の低下に大きく影響
する気孔が実質的に存在しない。従って、セラミック基
板が、優れた耐電圧を有するものとなるのである。ま
た、セラミック基板はカーボンを含有するために黒色化
し、そのため、高輻射熱が得られるとともに、セラミッ
ク誘電体膜の下に存在する静電電極を隠蔽することがで
きる。
ーボンと異なり、電気導体性が低いため、このようなカ
ーボンが、例えば、セラミック誘電体膜中に含有されて
いても、セラミック誘電体膜の高温領域(例えば、50
0℃付近)における体積抵抗率の低下は抑制される。ま
た、セラミック基板中には、耐電圧の低下に大きく影響
する気孔が実質的に存在しない。従って、セラミック基
板が、優れた耐電圧を有するものとなるのである。ま
た、セラミック基板はカーボンを含有するために黒色化
し、そのため、高輻射熱が得られるとともに、セラミッ
ク誘電体膜の下に存在する静電電極を隠蔽することがで
きる。
【0021】上記カーボンの含有量は、5〜5000p
pmが好ましい。カーボンの含有量が5ppm未満であ
ると、輻射熱が低くなるとともに、静電電極を隠蔽する
ことが困難となり、一方、カーボンの含有量が5000
ppmを超えると、体積抵抗率の低下を抑制することが
困難となる。カーボン含有量は望ましくは50〜200
0ppmが好適である。
pmが好ましい。カーボンの含有量が5ppm未満であ
ると、輻射熱が低くなるとともに、静電電極を隠蔽する
ことが困難となり、一方、カーボンの含有量が5000
ppmを超えると、体積抵抗率の低下を抑制することが
困難となる。カーボン含有量は望ましくは50〜200
0ppmが好適である。
【0022】セラミック基板中のカーボンを非晶質とす
るためには、原料粉末と樹脂等と溶剤とを混合して成形
体を製造する際に、加熱した場合においても結晶質とな
りにくい樹脂や炭水化物等を添加し、酸素の少ない雰囲
気または非酸化性の雰囲気で成形体の脱脂を行えばよ
い。
るためには、原料粉末と樹脂等と溶剤とを混合して成形
体を製造する際に、加熱した場合においても結晶質とな
りにくい樹脂や炭水化物等を添加し、酸素の少ない雰囲
気または非酸化性の雰囲気で成形体の脱脂を行えばよ
い。
【0023】本発明のセラミック基板の厚さは、50m
m以下、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。特に5mm以下が最適である。なお、厚み
は、1mm以上が望ましい。
m以下、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。特に5mm以下が最適である。なお、厚み
は、1mm以上が望ましい。
【0024】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。次世代の半導体ウエハの主流と
なるからである。
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。次世代の半導体ウエハの主流と
なるからである。
【0025】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。
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。
【0026】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、
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、R
b2 O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、0.1〜20重量%が望まし
い。
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、Y2 O3 、Na2 O、Li2 O、R
b2 O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、0.1〜20重量%が望まし
い。
【0027】なお、本発明の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、図13に示すように、セラミック基板との間に一
定の間隔を保って保持する場合もある。
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、図13に示すように、セラミック基板との間に一
定の間隔を保って保持する場合もある。
【0028】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す部分拡大断面図
である。図13に示すセラミックヒータでは、貫通孔9
5に支持ピン96が挿通され、シリコンウエハ99を保
持している。支持ピン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99を支持したまま加熱したりすることができ
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。図13
に示したセラミックヒータでは、抵抗発熱体がセラミッ
ク基板の底面に設けられているが、抵抗発熱体は、セラ
ミック基板の内部に設けられていてもよい。この場合に
は、抵抗発熱体を底面より厚さ方向に60%までの位置
に設けることが望ましい。ウエハ加熱面から一定の距離
をおくことにより、ウエハ加熱面の温度を均一にし、シ
リコンウエハ等の被加熱物を均一に加熱することができ
るからである。本発明のセラミックヒータでは、セラミ
ック基板が実質的に気孔が存在しないため、反り量が極
めて小さい。また、熱伝導率が高いため、昇温降温特性
に優れる。
であるセラミックヒータを模式的に示す部分拡大断面図
である。図13に示すセラミックヒータでは、貫通孔9
5に支持ピン96が挿通され、シリコンウエハ99を保
持している。支持ピン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99を支持したまま加熱したりすることができ
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。図13
に示したセラミックヒータでは、抵抗発熱体がセラミッ
ク基板の底面に設けられているが、抵抗発熱体は、セラ
ミック基板の内部に設けられていてもよい。この場合に
は、抵抗発熱体を底面より厚さ方向に60%までの位置
に設けることが望ましい。ウエハ加熱面から一定の距離
をおくことにより、ウエハ加熱面の温度を均一にし、シ
リコンウエハ等の被加熱物を均一に加熱することができ
るからである。本発明のセラミックヒータでは、セラミ
ック基板が実質的に気孔が存在しないため、反り量が極
めて小さい。また、熱伝導率が高いため、昇温降温特性
に優れる。
【0029】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、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。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、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。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、150℃以上、望ましくは200℃以上で
使用されることが最適である。
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。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、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。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、150℃以上、望ましくは200℃以上で
使用されることが最適である。
【0030】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。
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。
ャック、ウエハプローバを例にして本発明を説明する。
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。
【0031】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、非晶質のカーボ
ン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。
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、非晶質のカーボ
ン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。
【0032】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。なお、セラミック誘電体膜4には、カー
ボンが含有されているため、チャック正極静電層2とチ
ャック負極静電層3とは隠蔽されている。なお、静電チ
ャックを構成するセラミック誘電体膜やセラミック基板
は、必ずしも非晶質のカーボンを含有していなくてもよ
い。
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。なお、セラミック誘電体膜4には、カー
ボンが含有されているため、チャック正極静電層2とチ
ャック負極静電層3とは隠蔽されている。なお、静電チ
ャックを構成するセラミック誘電体膜やセラミック基板
は、必ずしも非晶質のカーボンを含有していなくてもよ
い。
【0033】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。
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。
【0034】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
々の処理を施すが、本発明の静電チャックでは、気孔が
実質的に存在しないため、セラミック誘電体膜の耐電圧
が極めて高く、シリコンウエハ9の処理を行っている際
に絶縁破壊が発生しにくい。セラミック基板について
も、400〜500℃程度の高温においても、反り量が
極めて小さく、昇温降温特性に優れる。
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
々の処理を施すが、本発明の静電チャックでは、気孔が
実質的に存在しないため、セラミック誘電体膜の耐電圧
が極めて高く、シリコンウエハ9の処理を行っている際
に絶縁破壊が発生しにくい。セラミック基板について
も、400〜500℃程度の高温においても、反り量が
極めて小さく、昇温降温特性に優れる。
【0035】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。
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。
【0036】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、実質的に気孔が存在しない。また、そ
の厚さは、50〜1500μmであることが望ましい。
ック誘電体膜は、実質的に気孔が存在しない。また、そ
の厚さは、50〜1500μmであることが望ましい。
【0037】上記セラミック誘電体膜に気孔が存在する
と、耐電圧を充分に確保することができなくなる。ま
た、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1500μm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。
と、耐電圧を充分に確保することができなくなる。ま
た、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1500μm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。
【0038】上記セラミック誘電体膜は、上記のよう
に、ラマンスペクトルで1550cm-1および1333
cm-1付近にピークを有する非晶質のカーボンを含有す
る窒化物セラミックからなることが望ましい。また、そ
の厚さは50〜1500μmであることが望ましい。
に、ラマンスペクトルで1550cm-1および1333
cm-1付近にピークを有する非晶質のカーボンを含有す
る窒化物セラミックからなることが望ましい。また、そ
の厚さは50〜1500μmであることが望ましい。
【0039】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。
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。
【0040】上記窒化物セラミックは、ラマンスペクト
ルで1550cm-1および1333cm-1付近にピーク
を有する非晶質が付与されたカーボンを含有しているこ
とが望ましい。この非晶質のカーボンは、結晶質のカー
ボンと異なり、電気伝導性が低く、このセラミック誘電
体膜には、気孔が実質的に存在しない。このため、この
ような非晶質のカーボンを含んだ窒化物セラミックは、
高温領域においても体積抵抗率が低下せず、そのため従
来の窒化物セラミックと比べて耐電圧が極めて高くな
る。また、セラミック誘電体膜の下に存在する静電電極
を隠蔽することができる。
ルで1550cm-1および1333cm-1付近にピーク
を有する非晶質が付与されたカーボンを含有しているこ
とが望ましい。この非晶質のカーボンは、結晶質のカー
ボンと異なり、電気伝導性が低く、このセラミック誘電
体膜には、気孔が実質的に存在しない。このため、この
ような非晶質のカーボンを含んだ窒化物セラミックは、
高温領域においても体積抵抗率が低下せず、そのため従
来の窒化物セラミックと比べて耐電圧が極めて高くな
る。また、セラミック誘電体膜の下に存在する静電電極
を隠蔽することができる。
【0041】ピーク強度比:I(1550)/I(13
55)は、100以下が望ましい。100を超えると単
結晶に近くなるからである。
55)は、100以下が望ましい。100を超えると単
結晶に近くなるからである。
【0042】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、金属または導体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体性を有するからである。
また、導体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。
しては、例えば、金属または導体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体性を有するからである。
また、導体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。
【0043】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3
3a、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。
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3
3a、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。
【0044】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、窒化物セラミックである。
ラミック基板は、窒化物セラミックである。
【0045】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、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。
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、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。
【0046】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。
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。
【0047】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。
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。
【0048】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。
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。
【0049】抵抗発熱体としては、例えば、金属または
導体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。
導体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。
【0050】また、導体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。
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。
【0051】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
板と金属粒子と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。
もよい。上記金属酸化物を使用するのは、セラミック基
板と金属粒子と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。
【0052】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、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
密着性を改善することができるからである。
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、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
密着性を改善することができるからである。
【0053】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。
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。
【0054】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20〜7
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。
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20〜7
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。
【0055】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。
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。
【0056】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。
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。
【0057】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。
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。
【0058】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。
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。
【0059】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。
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。
【0060】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。
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。
【0061】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
導体性セラミックを充填することにより形成される。
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
導体性セラミックを充填することにより形成される。
【0062】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)。
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)。
【0063】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。
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。
【0064】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。
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。
【0065】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12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
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(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。
て、セラミック基板1の有底孔12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
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(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。
【0066】図10は、以上のような構成の本発明の静
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。
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。
【0067】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)初めに、非晶質カーボンを製造する。例えば、
C、H、Oだけからなる炭化水素、好ましくは糖類(シ
ョ糖やセルロース)を、空気中、300〜500℃で焼
成することにより、純粋な非晶質カーボンを製造する。
非晶質なカーボンは、ラマンスペクトルで1550cm
-1および1333cm-1付近にピーク(1333cm-1
ではハローになる場合もある)が出現する。なお、ラマ
ンスペクトルで1550cm-1および1333cm-1付
近にピークが出現するカーボンは、アクリル系バインダ
を熱分解させても得られる。例えば、アクリル系樹脂バ
インダ(三井化学社製SA−545シリーズ 酸価0.
5)や アクリル系樹脂バインダ(共栄社製 商品名K
C−600シリーズ酸価17)を使用することができ
る。
法の一例を図7に示した断面図に基づき説明する。 (1)初めに、非晶質カーボンを製造する。例えば、
C、H、Oだけからなる炭化水素、好ましくは糖類(シ
ョ糖やセルロース)を、空気中、300〜500℃で焼
成することにより、純粋な非晶質カーボンを製造する。
非晶質なカーボンは、ラマンスペクトルで1550cm
-1および1333cm-1付近にピーク(1333cm-1
ではハローになる場合もある)が出現する。なお、ラマ
ンスペクトルで1550cm-1および1333cm-1付
近にピークが出現するカーボンは、アクリル系バインダ
を熱分解させても得られる。例えば、アクリル系樹脂バ
インダ(三井化学社製SA−545シリーズ 酸価0.
5)や アクリル系樹脂バインダ(共栄社製 商品名K
C−600シリーズ酸価17)を使用することができ
る。
【0068】窒化物セラミックのセラミックの粉体を上
記非晶質カーボン、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。
記非晶質カーボン、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。
【0069】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、窒化物の粉末に非晶質のカーボン粉末
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。
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、窒化物の粉末に非晶質のカーボン粉末
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。
【0070】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。
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。
【0071】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。
コンウエハの支持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。
【0072】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、導体
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。
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、導体
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。
【0073】これらの導体ペースト中に含まれる導体性
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。
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。
【0074】導体性セラミック粒子、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。
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。
【0075】このようなペーストとしては、金属粒子ま
たは導体性セラミック粒子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。
たは導体性セラミック粒子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。
【0076】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、
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。
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。
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。
【0077】(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℃が好ましく、加圧は10〜20MPa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。
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℃が好ましく、加圧は10〜20MPa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。
【0078】(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体化さ
れ、導体化された内壁は、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。
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体化さ
れ、導体化された内壁は、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。
【0079】(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12を設け、その
内部に熱電対を埋め込むことができる。
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。
【0080】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。
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。
【0081】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
や抵抗発熱体として埋め込み、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。
(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
や抵抗発熱体として埋め込み、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。
【0082】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。
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。
【0083】図14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15は、
図14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、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。
一実施形態を模式的に示した断面図であり、図15は、
図14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、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。
【0084】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抵抗発熱体69が設け
られており、抵抗発熱体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15参照)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。
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抵抗発熱体69が設け
られており、抵抗発熱体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15参照)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。
【0085】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。
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。
【0086】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。
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。
【0087】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。本発明のウエハプローバ
を構成するセラミック基板は、気孔が実質的に存在しな
いので、400〜500℃の高温においても耐電圧が極
めて高くなり、絶縁破壊しにくく、反り量も極めて小さ
い。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。
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。本発明のウエハプローバ
を構成するセラミック基板は、気孔が実質的に存在しな
いので、400〜500℃の高温においても耐電圧が極
めて高くなり、絶縁破壊しにくく、反り量も極めて小さ
い。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。
【0088】
【実施例】以下、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1参照)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、アクリル系樹脂バインダ(三井
化学社製 商品名SA−545シリーズ 酸価0.5)
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。
1.1μm)100重量部、イットリア(平均粒径:
0.4μm)4重量部、アクリル系樹脂バインダ(三井
化学社製 商品名SA−545シリーズ 酸価0.5)
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。
【0089】(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の半導体ウエハ支持ピンを
挿通する貫通孔となる部分、外部端子と接続するための
スルーホールとなる部分を設けた。
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の半導体ウエハ支持ピンを
挿通する貫通孔となる部分、外部端子と接続するための
スルーホールとなる部分を設けた。
【0090】(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。
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。
【0091】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
(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℃、80kgf/cm2 の圧力
で圧着して積層体を形成した(図7(a))。
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
(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℃、80kgf/cm2 の圧力
で圧着して積層体を形成した(図7(a))。
【0092】(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
kgf/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7(b))。
中、600℃で5時間脱脂し、1890℃、圧力150
kgf/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7(b))。
【0093】(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。
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。
【0094】(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。
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。
【0095】(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セラミック誘電体膜4の気孔
率、最大気孔径、耐電圧、吸着力、昇温高温特性、反り
量、体積抵抗率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2に示した。
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セラミック誘電体膜4の気孔
率、最大気孔径、耐電圧、吸着力、昇温高温特性、反り
量、体積抵抗率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2に示した。
【0096】(比較例1)焼成時の加圧時間および圧力
を表1に示したようにしたほかは、実施例1と同様にし
て静電チャックを製造した。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セラミック誘電体膜4
の気孔率、最大気孔径、耐電圧、吸着力、昇温高温特
性、反り量、体積抵抗率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2に示した。
を表1に示したようにしたほかは、実施例1と同様にし
て静電チャックを製造した。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セラミック誘電体膜4
の気孔率、最大気孔径、耐電圧、吸着力、昇温高温特
性、反り量、体積抵抗率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2に示した。
【0097】(比較例2)まず、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、結晶性
グラファイト(イビデン社製 GC−102)0.1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のグリーンシートとした。この
後、実施例1と同様にして静電チャックを製造した。た
だし、焼成時の加圧時間、圧力は表1に示した通りであ
る。このようにして製造した抵抗発熱体を有する静電チ
ャックのセラミック誘電体膜4の気孔率、最大気孔径、
耐電圧、吸着力、昇温高温特性、反り量、体積抵抗率を
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2に示した。
(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、結晶性
グラファイト(イビデン社製 GC−102)0.1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のグリーンシートとした。この
後、実施例1と同様にして静電チャックを製造した。た
だし、焼成時の加圧時間、圧力は表1に示した通りであ
る。このようにして製造した抵抗発熱体を有する静電チ
ャックのセラミック誘電体膜4の気孔率、最大気孔径、
耐電圧、吸着力、昇温高温特性、反り量、体積抵抗率を
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2に示した。
【0098】(実施例2)静電チャック(図4参照)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、アクリル系樹脂バインダ(共栄
社製 商品名KC−600シリーズ 酸価17)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。
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、アクリル系樹脂バインダ(共栄
社製 商品名KC−600シリーズ 酸価17)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。
【0099】(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の半導体ウエハ支持ピンを
挿通する貫通孔となる部分、外部端子と接続するための
スルーホールとなる部分を設けた。
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の半導体ウエハ支持ピンを
挿通する貫通孔となる部分、外部端子と接続するための
スルーホールとなる部分を設けた。
【0100】(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。
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。
【0101】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
(加熱面)に1枚、下側に48枚積層し、これらを13
0℃、80kgf/cm2 の圧力で圧着して積層体を形
成した。
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
(加熱面)に1枚、下側に48枚積層し、これらを13
0℃、80kgf/cm2 の圧力で圧着して積層体を形
成した。
【0102】(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
kgf/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15μmのチャック正極静
電層2および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。
中、600℃で5時間脱脂し、1890℃、圧力150
kgf/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15μmのチャック正極静
電層2および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。
【0103】(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。
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。
【0104】(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。
(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。
【0105】(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。
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。
【0106】(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。
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。
【0107】(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セ
ラミック誘電体膜4の気孔率、最大気孔径、耐電圧、吸
着力、昇温高温特性、反り量、体積抵抗率を下記の方法
により測定した。その結果を下記の表1および2に示し
た。
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セ
ラミック誘電体膜4の気孔率、最大気孔径、耐電圧、吸
着力、昇温高温特性、反り量、体積抵抗率を下記の方法
により測定した。その結果を下記の表1および2に示し
た。
【0108】(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。
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。
【0109】(比較例3)焼結時に全く加圧しなかった
ほかは、実施例2と同様にして静電チャックを製造し
た。このようにして製造した抵抗発熱体を有する静電チ
ャックのセラミック誘電体膜4の気孔率、最大気孔径、
耐電圧、吸着力、昇温高温特性、反り量、体積抵抗率を
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2に示した。
ほかは、実施例2と同様にして静電チャックを製造し
た。このようにして製造した抵抗発熱体を有する静電チ
ャックのセラミック誘電体膜4の気孔率、最大気孔径、
耐電圧、吸着力、昇温高温特性、反り量、体積抵抗率を
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2に示した。
【0110】(実施例3) 静電チャック401(図
6)の製造 実施例2の(1)〜(5)の工程を実施した後、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。また、電極の隠蔽性に
も優れている。
6)の製造 実施例2の(1)〜(5)の工程を実施した後、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。また、電極の隠蔽性に
も優れている。
【0111】評価方法 (1)レーザラマン分光分析 実施例1、2で得られた静電チャックのセラミック誘電
体膜について、下記の測定条件によりレーザラマン分光
分析を行った。その結果を図11(実施例1)、12
(実施例2)、16(比較例2)に示した。レーザーパ
ワー:200mW、励起波長:514.5nm、スリッ
ト幅:1000μm、gate time:1、rep
eat time:4、温度:25.0℃
体膜について、下記の測定条件によりレーザラマン分光
分析を行った。その結果を図11(実施例1)、12
(実施例2)、16(比較例2)に示した。レーザーパ
ワー:200mW、励起波長:514.5nm、スリッ
ト幅:1000μm、gate time:1、rep
eat time:4、温度:25.0℃
【0112】(2)セラミック基板(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、アルキメデス法によ
り、気孔率を測定した。具体的には、切り出した試料を
粉末に粉砕して有機溶媒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
と見かけの比重とから気孔率を計算した。 (3)セラミック基板(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。
膜)の気孔率の測定 セラミック誘電体膜を切り出し、アルキメデス法によ
り、気孔率を測定した。具体的には、切り出した試料を
粉末に粉砕して有機溶媒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
と見かけの比重とから気孔率を計算した。 (3)セラミック基板(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。
【0113】(4)セラミック誘電体膜の耐電圧の評価 実施例、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。
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。
【0114】(5)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。 (6)昇温高温特性 450℃まで昇温するために必要な時間を測定した。 (7)反り量 450℃まで昇温して150kgf/cm2 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。
0A)を使用して測定した。 (6)昇温高温特性 450℃まで昇温するために必要な時間を測定した。 (7)反り量 450℃まで昇温して150kgf/cm2 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。
【0115】(8)体積抵抗率:焼結体を切削加工する
ことにより、直径10mm、厚さ3mmの形状に切出
し、三端子(主電極、対電極、ガード電極)を形成し、
直流電圧を加え、1分間充電した後のデジタルエレクト
ロメーターに流れる電流(I)を読んで、試料の抵抗
(R)を求め、抵抗(R)と試料の寸法から体積抵抗率
(ρ)を下記の計算式(1)で計算した。
ことにより、直径10mm、厚さ3mmの形状に切出
し、三端子(主電極、対電極、ガード電極)を形成し、
直流電圧を加え、1分間充電した後のデジタルエレクト
ロメーターに流れる電流(I)を読んで、試料の抵抗
(R)を求め、抵抗(R)と試料の寸法から体積抵抗率
(ρ)を下記の計算式(1)で計算した。
【0116】
【数1】
【0117】上記計算式(1)において、tは試料の厚
さである。また、Sは、下記の計算式(2)および
(3)により与えられる。
さである。また、Sは、下記の計算式(2)および
(3)により与えられる。
【0118】
【数2】
【0119】
【数3】
【0120】なお、上記計算式(2)および(3)にお
いて、D1 は主電極の直径、D2 はガード電極の内径
(直径)であり、本実施例においては、D1 =1.45
cm、D 2 =1.60cmである。
いて、D1 は主電極の直径、D2 はガード電極の内径
(直径)であり、本実施例においては、D1 =1.45
cm、D 2 =1.60cmである。
【0121】(9)炭素量 焼結体中のカーボン量の測定は、焼結体を粉砕し、これ
を500〜800℃で加熱して発生するCOx ガスを捕
集することにより行った。 (10)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。
を500〜800℃で加熱して発生するCOx ガスを捕
集することにより行った。 (10)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。
【0122】
【表1】
【0123】
【表2】
【0124】上記表より本発明にかかる静電チャックに
おいては、高温での耐電圧が、常温で20kV/mm、
450℃で10kV/mmと極めて高い。また、高温で
の体積抵抗率も高く、5×108 Ω・cm以上を確保す
ることができ、昇温高温特性にも優れ、また、高温での
反りをほぼ完全になくすことができる。
おいては、高温での耐電圧が、常温で20kV/mm、
450℃で10kV/mmと極めて高い。また、高温で
の体積抵抗率も高く、5×108 Ω・cm以上を確保す
ることができ、昇温高温特性にも優れ、また、高温での
反りをほぼ完全になくすことができる。
【0125】(実施例4)ウエハプローバ501(図1
4参照)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)1000重量部、イットリア(平均粒径
0.4μm)40重量部および、アクリル系樹脂バイン
ダ(三井化学社製SA−545シリーズ 酸価0.5)
115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0.47
mmのグリーンシートを得た。
4参照)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)1000重量部、イットリア(平均粒径
0.4μm)40重量部および、アクリル系樹脂バイン
ダ(三井化学社製SA−545シリーズ 酸価0.5)
115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0.47
mmのグリーンシートを得た。
【0126】(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。
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。
【0127】(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。
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。
【0128】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。
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。
【0129】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℃、80kgf/cm2 の圧力で一体化することに
より積層体を作製した。
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℃、80kgf/cm2 の圧力で一体化することに
より積層体を作製した。
【0130】(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150kgf
/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30
0mm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。
00℃で5時間脱脂し、1890℃、圧力150kgf
/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30
0mm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。
【0131】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。
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。
【0132】(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。
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。
【0133】(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。
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。
【0134】(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。
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。
【0135】(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1μ
mであった。
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1μ
mであった。
【0136】(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。
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。
【0137】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。
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。
【0138】(10)溝67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
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。
孔48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。
【0139】(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501を得た。
対を凹部に埋め込み、ウエハプローバ501を得た。
【0140】セラミック基板には、実質的に気孔が存在
せず、温度を200℃に上げたが、200V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。さらに、セラミック基板が黒色である
ため、チャックトップ導体層がメッキにより良好に形成
されているか否かの目視検査がやりやすいという利点が
ある。
せず、温度を200℃に上げたが、200V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。さらに、セラミック基板が黒色である
ため、チャックトップ導体層がメッキにより良好に形成
されているか否かの目視検査がやりやすいという利点が
ある。
【0141】
【発明の効果】以上のように、本発明のセラミック基板
では、耐電圧が極めて高く、400〜500℃の高温に
おいても、反り量が極めて小さく、さらに昇温高温特性
にも優れる。
では、耐電圧が極めて高く、400〜500℃の高温に
おいても、反り量が極めて小さく、さらに昇温高温特性
にも優れる。
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
す断面図である。
【図7】(a)〜(d)は、本発明の静電チャックの製
造工程の一部を模式的に示す断面図である。
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。
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。
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。
込んだ状態を模式的に示した断面図である。
【図11】実施例1で得られた静電チャックを構成する
セラミック誘電体膜のレーザラマン分光分析の結果を示
すレーザラマンスペクトルである。
セラミック誘電体膜のレーザラマン分光分析の結果を示
すレーザラマンスペクトルである。
【図12】実施例2で得られた静電チャックを構成する
セラミック誘電体膜のレーザラマン分光分析の結果を示
すレーザラマンスペクトルである。
セラミック誘電体膜のレーザラマン分光分析の結果を示
すレーザラマンスペクトルである。
【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。
た断面図である。
【図14】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。
た断面図である。
【図15】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。
模式的に示した断面図である。
【図16】比較例1、2で得られた静電チャックを構成
するセラミック誘電体膜のレーザラマン分光分析の結果
を示すレーザラマンスペクトルである。
するセラミック誘電体膜のレーザラマン分光分析の結果
を示すレーザラマンスペクトルである。
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) C04B 35/58 104Y Fターム(参考) 4G001 BA09 BA36 BA78 BB09 BB36 BB60 BC22 BC32 BC42 BC73 BD38 BE32 BE33 4M106 AA01 DD30 DH44 DJ01 5F031 CA02 HA02 HA16 HA37 JA46 PA30
Claims (3)
- 【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、前記窒化物
セラミックには、実質的に気孔が存在しないことを特徴
とするセラミック基板。 - 【請求項2】 前記セラミック基板は、ラマンスペクト
ルで1550cm-1および1333cm-1付近にピーク
を有するカーボンを含有する請求項1に記載のセミック
基板。 - 【請求項3】 前記カーボンの含有量は5〜5000p
pmである請求項2に記載のセミック基板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001055016A JP2002255652A (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | セラミック基板 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001055016A JP2002255652A (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | セラミック基板 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002255652A true JP2002255652A (ja) | 2002-09-11 |
Family
ID=18915263
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001055016A Pending JP2002255652A (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | セラミック基板 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002255652A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018190987A (ja) * | 2016-01-12 | 2018-11-29 | 住友大阪セメント株式会社 | 静電チャック装置 |
-
2001
- 2001-02-28 JP JP2001055016A patent/JP2002255652A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018190987A (ja) * | 2016-01-12 | 2018-11-29 | 住友大阪セメント株式会社 | 静電チャック装置 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20040323 |