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発明の名称 半導体製造・検査装置用セラミック板
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−168177(P2001−168177A)
公開日 平成13年6月22日(2001.6.22)
出願番号 特願平11−350532
出願日 平成11年12月9日(1999.12.9)
代理人 【識別番号】100086586
【弁理士】
【氏名又は名称】安富 康男 (外2名)
【テーマコード(参考)】
4M106
5F031
【Fターム(参考)】
4M106 AA01 BA01 CA31 DD30 
5F031 CA02 DA13 HA02 HA03 HA17 HA18 HA37 MA33
発明者 伊藤 康隆 / 平松 靖二
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 セラミック基板の表面に半導体ウエハを載置するか、または、半導体ウエハを前記セラミック基板の表面から一定の距離に保持する半導体製造・検査装置用セラミック板において、前記セラミック基板のJIS R 0601に基づく面粗度は、Rmax=0.1〜250μmであり、かつ、前記セラミック基板のウエハ載置・保持面の面粗度とその反対側面の面粗度が同じであるか、もしくは、ウエハ載置・保持面の面粗度とその反対側面の面粗度との差が、50%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板。
【請求項2】 前記セラミック基板は、円板状であり、その直径は200mm以上、その厚さは50mm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、主に半導体製造・検査装置に使用されるセラミック板関し、特には、大型のシリコンウエハを載置でき、ウエハの破損等が起きない半導体製造・検査装置用セラミック板に関する。
【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種々の回路等を形成することにより製造される。このような半導体チップの製造工程において、例えば、静電チャック、ホットプレート、ウエハプローバ、サセプタなど、セラミック基板をベースとして使用する半導体製造・検査装置が盛んに用いられている。
【0003】このような半導体製造・検査装置として、例えば、特許第2587289号公報、特開平10−72260号公報などには、これらの用途に使用されるセラミック基板が開示されている。
【0004】上記公報などに開示されているセラミック基板は、いずれもその直径が6インチ(150mm)程度か、厚さが8mm以上のものであった。ところが、最近のシリコンウエハの大型化にともない、セラミック基板に関しても、直径が8インチ以上のものが求められるようになってきている。
【0005】また、シリコンウエハの製造工程では、セラミック基板の内部に発熱体が埋設されたものを使用して加熱する必要があり、さらに、その熱容量を小さくして温度追従性を向上させるために、厚さを10mm未満にすることが必要となってきている。さらに、特開平7─280462号公報によれば、このセラミックヒータでは、シリコンウエハを載置するか、または、一定の間隔保って保持する面(以下、ウエハ載置・保持面という)のJIS R 0601に基づく面粗度をRmax=2μm未満とし、その反対側面の上記面粗度を、熱線の乱反射が起こるのに充分な粗度、すなわちRmax=2〜200μmに調整している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような粗化処理を施した大型で薄いセラミック基板に発熱体を形成したセラミックヒータを用いると、高温領域で反りが発生するという問題が生じた。そこで、このような問題が生じる原因を探究したところ、次のようなメカニズムであることが判った。
【0007】このセラミックヒータでは、ウエハ載置・保持面よりもその反対側面の方が面粗度が大きい。このため高温でヤング率が低下すると、粗度の大きいウエハ載置・保持面に対向する面の方が若干伸長しやすくなり、そのために反りが発生してしまう。また、セラミック基板の両主面の面粗度が大きすぎると、面粗度をウエハ載置・保持面とその反対側面とで同一としても、ウエハ載置・保持面の方が収縮しやすくなって反りが発生し、一方、面粗度を極めて小さくして平坦化しようとすると、研磨やブラスト処理の条件を過酷にしなければならなくなり、そのために研磨処理等に起因して、セラミック基板の表面に応力が残存し、この応力が高温で開放されるために逆に反りが発生しやすくなる。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、このようなセラミック基板の反り発生の問題を解決するために研究を重ねた結果、セラミック基板の両主面の面粗度を所定の範囲内に調節し、かつ、ウエハ載置・保持面と反対側面との面粗度の差を50%以下に調整することにより、セラミック基板に反りが発生するのを防止することができることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【0009】即ち本発明は、セラミック基板の表面に半導体ウエハを載置するか、または、半導体ウエハを上記セラミック基板の表面から一定の距離に保持する半導体製造・検査装置用セラミック板において、上記セラミック基板のJIS R 0601に基づく面粗度は、Rmax=0.1〜250μmであり、かつ、上記セラミック基板のウエハ載置・保持面の面粗度とその反対側面の面粗度が同じであるか、もしくは、ウエハ載置・保持面の面粗度とその反対側面の面粗度との差が、50%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板である。上記半導体製造・検査装置用セラミック板において、上記セラミック基板は円板状であり、その直径は200mm以上、その厚さは50mm以下であることが望ましい。
【0010】
【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板は、セラミック基板の表面に半導体ウエハを載置するか、または、半導体ウエハを上記セラミック基板の表面から一定の距離に保持する半導体製造・検査装置用セラミック板において、上記セラミック基板のJIS R 0601に基づく面粗度は、Rmax=0.1〜250μmであり、かつ、上記セラミック基板のウエハ載置・保持面の面粗度とその反対側面の面粗度が同じであるか、もしくは、ウエハ載置・保持面の面粗度とその反対側面の面粗度との差が、50%以下であることを特徴とする。
【0011】本明細書で面粗度の差とは、下記の(1)式により計算される値をいうものとする。
面粗度の差(%)=〔(大きい面粗度−小さい面粗度)/大きい面粗度〕×100・・・(1)
従って、本発明の半導体製造・検査装置用セラミック板では、ウエハ載置・保持面の方が面粗度が大きくてもよく、ウエハ載置・保持面の反対側面の方が面粗度が大きくてもよい。
【0012】本発明では、まず、セラミック基板のJIS R 0601に基づく面粗度がRmax=0.1〜250μmに調節されているため、「従来技術」の項に記載したような問題、すなわちウエハ載置・保持面が収縮しやすくなったり、表面に応力が残留することはない。さらに、ウエハ載置・保持面の面粗度とその反対側面の面粗度が同じであるか、または、ウエハ載置・保持面の面粗度とその反対側面の面粗度との差が50%以下に調整されているため、面粗度の相違が大きすぎることに起因する反りの発生もない。
【0013】特に、面粗度の差は、20%以下が最適である。面粗度の差を20%以下とすることで、直径200mm以下の円板セラミック基板の反り量を5μm以下とすることができ、半導体ウエハの加熱特性を向上させ、ウエハプローバの検査誤差を無くし、また、静電チャックのチャック力を向上させることが可能になるからである。従って、この半導体製造・検査装置用セラミック板の上にシリコンウエハ等を載置して加熱しても、反りに起因してシリコンウエハが破損することはない。
【0014】本発明で使用するセラミック基板は、直径が200mm以上、厚さが50mm以下であることが望ましい。これは、半導体ウエハの直径が8インチ以上が主流となり、大型化が求められているからである。
【0015】また、8インチ以上の直径の大きなセラミック基板ほど、高温での反りが発生しやすく、本発明の構成が効果的に作用する大きさである。上記セラミック基板の直径は、12インチ(300mm)以上であることがより望ましい。次世代の半導体ウエハの主流となる大きさだからである。
【0016】上記セラミック基板の厚さは50mm以下が好ましいとしているのは、50mmを超えると、セラミック基板の熱容量が大きくなり、温度制御手段を設けて加熱、冷却すると温度追従性が低下してしまうからである。
【0017】また、50mm以下の薄いセラミック基板ほど、高温での反りが発生しやすく、本発明の構成が効果的に作用するのである。セラミック基板の厚さは、5mm以下がより望ましい。5mmを超えると熱容量が大きくなり、温度制御性、ウエハ載置・保持面の温度均一性が低下するからである。
【0018】本発明のセラミック板では、25〜800℃まで温度範囲におけるヤング率が280GPa以上であるセラミックを使用することが望ましい。このようなセラミックとしては特に限定されないが、例えば、窒化物セラミック、炭化物セラミック等が挙げられる。
【0019】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る。
【0020】窒化物セラミックとしては、例えば、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素等が挙げられる。炭化物セラミックとしては、例えば、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等が挙げられる。上記窒化アルミニウムを使用する場合には、50重量%を超えた量が窒化アルミニウムから構成される組成のものが好ましい。この場合に使用される他のセラミックとしては、例えば、アルミナ、サイアロン、炭化ケイ素、窒化ケイ素等が挙げられる。
【0021】上記セラミック基板のヤング率は、2種類以上のセラミックを混合あるいは積層して使用することにより、また、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、カーボン等を添加することにより制御することができる。上記アルカリ金属、アルカリ土類金属としては、Li、Na、Ca、Rbなどが望ましく、希土類金属としてはYが望ましい。またカーボンは非晶質、結晶質いずれのものも使用することができる。さらにカーボンは100〜5000ppmの含有量が望ましい。このような含有量とすることにより、セラミック板を黒色化することができるからである。
【0022】本発明では、セラミック基板の内部に導体層を設け、この導体層を、例えば、発熱体、ガード電極、グランド電極、静電電極などとして機能させることができる。また、セラミック基板の表面に導体層を設け、この導体層を、例えば、発熱体、チャックトップ電極などとして機能させることができる。さらに、セラミック基板の内部に、発熱体とガード電極とグランド電極のような、複数の導体層を設けることもできる。また、静電電極を設けた場合には、静電チャックとして機能する。
【0023】上記導体層を構成する材料としては、例えば、金属焼結体、非焼結性金属体、導電性セラミックの焼結体などが挙げられる。上記金属焼結体、上記非焼結性金属体の原料としては、例えば、高融点金属等を使用することができる。上記高融点金属としては、例えば、タングステン、モリブデン、ニッケルおよびインジウムなどが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、上記導電性セラミックとしては、例えば、タングステンまたはモリブデンの炭化物が挙げられる。
【0024】このような発熱体、ガード電極、グランド電極などが設けられたセラミック板は、例えば、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として使用することができる。
【0025】図1は、本発明の半導体製造・検査装置用セラミック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、上記セラミックヒータの一部を模式的に示す部分拡大断面図である。セラミック基板11は、円板状に形成されており、発熱体12は、セラミック基板11のウエハ載置・保持面の全体の温度が均一になるように加熱するため、セラミック基板11の底面に同心円状のパターンに形成されている。
【0026】また、これら発熱体12は、互いに近い二重の同心円同士を1組として、1本の線になるように接続され、その両端に入出力の端子となる端子ピン13が接続されている。また、中央に近い部分には、支持ピン16を挿入するための貫通孔15が形成され、さらに、測温素子を挿入するための有底孔14が形成されている。
【0027】また、図2に示したように、支持ピン16は、その上にシリコンウエハ19を載置して上下させることができるようになっており、これにより、シリコンウエハ19を図示しない搬送機に渡したり、搬送機からシリコンウエハ19を受け取ったりすることができる。発熱体12は、セラミック基板11の内部で、その中心または中心よりウエハ載置・保持面に偏芯した位置に形成されていてもよい。
【0028】発熱体12のパターンとしては、例えば、同心円、渦巻き、偏心円、屈曲線などが挙げられるが、ヒータ板全体の温度を均一にすることができる点から、図1に示したような同心円状のものが好ましい。
【0029】セラミック基板の内部または底面に発熱体12を形成するためには、金属や導電性セラミックからなる導電ペーストを用いることが望ましい。即ち、セラミック基板の内部に発熱体を形成する場合には、グリーンシート上に導体ペースト層を形成した後、グリーンシートを積層、焼成することにより、内部に発熱体を作製する。一方、表面に発熱体を形成する場合には、通常、焼成を行ってセラミック基板を製造した後、その表面に導体ペースト層を形成し、焼成することにより発熱体を作製する。
【0030】上記導体ペーストとしては特に限定されないが、導電性を確保するための金属粒子または導電性セラミックが含有されているほか、樹脂、溶剤、増粘剤などを含むものが好ましい。
【0031】上記金属粒子としては、例えば、貴金属(金、銀、白金、パラジウム)、鉛、タングステン、モリブデン、ニッケルなどが好ましい。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの金属は、比較的酸化しにくく、発熱するに充分な抵抗値を有するからである。
【0032】上記導電性セラミックとしては、例えば、タングステン、モリブデンの炭化物などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これら金属粒子または導電性セラミック粒子の粒径は、0.1〜100μmが好ましい。0.1μm未満と微細すぎると、酸化されやすく、一方、100μmを超えると、焼結しにくくなり、抵抗値が大きくなるからである。
【0033】上記金属粒子の形状は、球状であっても、リン片状であってもよい。これらの金属粒子を用いる場合、上記球状物と上記リン片状物との混合物であってよい。上記金属粒子がリン片状物、または、球状物とリン片状物との混合物の場合は、金属粒子間の金属酸化物を保持しやすくなり、発熱体12と窒化物セラミック等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。
【0034】導体ペーストに使用される樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。また、溶剤としては、例えば、イソプロピルアルコールなどが挙げられる。増粘剤としては、セルロースなどが挙げられる。
【0035】上記導体ペーストには、上記したように、金属粒子に金属酸化物を添加し、発熱体12を金属粒子および金属酸化物を焼結させたものとすることが望ましい。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、セラミック基板である窒化物セラミックと金属粒子とを密着させることができる。
【0036】上記金属酸化物を混合することにより、窒化物セラミック等との密着性が改善される理由は明確ではないが、金属粒子表面や窒化物セラミックの表面は、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、金属粒子と窒化物セラミック等とが密着するのではないかと考えられる。
【0037】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(B23 )、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、発熱体12の抵抗値を大きくすることなく、金属粒子と窒化物セラミックとの密着性を改善することができるからである。
【0038】上記酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素(B23 )、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望ましい。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、特に窒化物セラミックとの密着性を改善することができる。
【0039】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発熱体12を形成した際の面積抵抗率は、1〜45mΩ/□が好ましい。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、表面に発熱体12を設けたセラミック基板11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50mΩ/□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。
【0040】発熱体12がセラミック基板11の表面に形成される場合には、発熱体12の表面部分に、図2に示すような金属被覆層12aが形成されていることが望ましい。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12aの厚さは、0.1〜10μmが好ましい。
【0041】金属被覆層12aを形成する際に使用される金属は、非酸化性の金属であれば特に限定されないが、具体的には、例えば、金、銀、パラジウム、白金、ニッケルなどが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらのなかでは、ニッケルが好ましい。
【0042】本発明では、必要に応じてセラミック基板に熱電対を埋め込んでおくことができる。熱電対により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。
【0043】次に、本発明の半導体製造・検査装置用セラミック板の製造方法について説明する。まず、図1に示したセラミッ基板11の底面に発熱体12が形成されたセラミック板の製造方法について説明する。
【0044】(1) セラミック板の作製工程上述した窒化アルミニウムなどの窒化物セラミックに必要に応じてイットリア等の焼結助剤やバインダ等を配合してスラリーを調製した後、このスラリーをスプレードライ等の方法で顆粒状にし、この顆粒を金型などに入れて加圧することにより板状などに成形し、生成形体(グリーン)を作製する。
【0045】次に、生成形体に、必要に応じて、シリコンウエハを支持するための支持ピン16を挿入する貫通孔15となる部分や熱電対などの測温素子を埋め込むための有底孔14となる部分を形成する。
【0046】次に、この生成形体を加熱、焼成して焼結させ、セラミック製の板状体を製造する。この後、所定の形状に加工することにより、セラミック基板11を作製するが、焼成後にそのまま使用することができる形状としてもよい。加圧しながら加熱、焼成を行うことにより、気孔のないセラミック基板11を製造することが可能となる。加熱、焼成は、焼結温度以上であればよいが、窒化物セラミックでは、1000〜2500℃である。
【0047】(2) セラミック基板に導体ペーストを印刷する工程導体ペーストは、一般に、金属粒子、樹脂、溶剤からなる粘度の高い流動物である。この導体ペーストをスクリーン印刷などを用い、発熱体を設けようとする部分に印刷を行うことにより、導体ペースト層を形成する。発熱体は、セラミック基板全体を均一な温度にする必要があることから、図1に示すような同心円状からなるパターンに印刷することが望ましい。導体ペースト層は、焼成後の発熱体12の断面が、方形で、偏平な形状となるように形成することが望ましい。
【0048】(3) 導体ペーストの焼成セラミック基板11の底面に印刷した導体ペースト層を加熱焼成して、樹脂、溶剤を除去するとともに、金属粒子を焼結させ、セラミック基板11の底面に焼き付け、発熱体12を形成する。加熱焼成の温度は、500〜1000℃が好ましい。導体ペースト中に上述した金属酸化物を添加しておくと、金属粒子、セラミック基板および金属酸化物が焼結して一体化するため、発熱体とセラミック基板との密着性が向上する。
【0049】(4) 金属被覆層の形成発熱体12表面には、金属被覆層12aを設けることが望ましい(図2参照)。金属被覆層12aは、電解めっき、無電解めっき、スパッタリング等により形成することができるが、量産性を考慮すると、無電解めっきが最適である。
【0050】(5) 端子等の取り付け発熱体12のパターンの端部に電源との接続のための外部端子13を半田で取り付ける。また、有底孔14に熱電対を挿入し、ポリイミド等の耐熱樹脂、セラミックで封止し、セラミックヒータ10とする。
【0051】次に、セラミック基板の内部に発熱体が形成されたセラミック板の製造方法について説明する。
(1) セラミック基板の作製工程まず、窒化物セラミックの粉末をバインダ、溶剤等と混合してペーストを調製し、これを用いてグリーンシートを作製する。上述したセラミック粉末としては、窒化アルミニウムなどを使用することができ、必要に応じて、イットリア等の焼結助剤を加えてもよい。イットリアの量は、5重量%以上が好ましい。焼結体中に1重量%以上のイットリウムを残留させることができ、ヤング率を25〜800℃の温度領域で280GPa以上に調整することができるからである。イットリウムの残留量が1重量%未満の場合、ヤング率が25℃付近で280GPa未満となるため好ましくない。
【0052】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。
【0053】これらを混合して得られるペーストをドクターブレード法でシート状に成形してグリーンシートを作製する。グリーンシートの厚さは、0.1〜5mmが好ましい。次に、得られたグリーンシートに、必要に応じて、シリコンウエハを支持するための支持ピンを挿入する貫通孔となる部分、熱電対などの測温素子を埋め込むための有底孔となる部分、発熱体を外部の端ピンと接続するためのスルーホールとなる部分等を形成する。後述するグリーンシート積層体を形成した後に、上記加工を行ってもよい。
【0054】(2) グリーンシート上に導体ペーストを印刷する工程グリーンシート上に、金属ペーストまたは導電性セラミックを含む導電性ペーストを印刷する。これらの導電ペースト中には、金属粒子または導電性セラミック粒子が含まれている。タングステン粒子またはモリブデン粒子の平均粒子径は、0.1〜5μmが好ましい。平均粒子が0.1μm未満であるか、5μmを超えると、導体ペーストを印刷しにくいからである。
【0055】このような導体ペーストとしては、例えば、金属粒子または導電性セラミック粒子85〜87重量部;アクリル系、エチルセルロース、ブチルセロソルブ、ポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも1種のバインダ1.5〜10重量部;および、α−テルピネオール、グリコールから選ばれる少なくとも1種の溶媒を1.5〜10重量部を混合した組成物(ペースト)が挙げられる。
【0056】(3) グリーンシートの積層工程導体ペーストを印刷していないグリーンシートを、導体ペーストを印刷したグリーンシートの上下に積層する。このとき、上側に積層するグリーンシートの数を下側に積層するグリーンシートの数よりも多くして、発熱体の形成位置を底面の方向に偏芯させる。具体的には、上側のグリーンシートの積層数は20〜50枚が、下側のグリーンシートの積層数は5〜20枚が好ましい。
【0057】(4) グリーンシート積層体の焼成工程グリーンシート積層体の加熱、加圧を行い、グリーンシートおよび内部の導体ペーストを焼結させる。加熱温度は、1000〜2000℃が好ましく、加圧の圧力は、100〜200kg/cm2 が好ましい。加熱は、不活性ガス雰囲気中で行う。不活性ガスとしては、例えば、アルゴン、窒素などを使用することができる。
【0058】なお、焼成を行った後に、測温素子を挿入するための有底孔を設けてもよい。有底孔は、表面研磨後に、ドリル加工やサンドブラストなどのブラスト処理を行うことにより形成することができる。また、内部の発熱体と接続するためのスルーホールに端子を接続し、加熱してリフローする。加熱温度は、半田処理の場合には90〜110℃が好適であり、ろう材での処理の場合には、900〜1100℃が好適である。さらに、測温素子としての熱電対などを耐熱性樹脂で封止し、セラミックヒータとする。
【0059】
【実施例】以下、本発明をさらに詳細に説明する。
(実施例1)セラミックヒータ(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、アクリルバインダ11.5重量部、分散剤0.5重量部および1−ブタノールとエタノールとからなるアルコール53重量部を混合したペーストを用い、ドクターブレード法により成形を行て厚さ0.47mmのグリーンシートを得た。
【0060】(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1.8mm、3.0mmおよび5.0mmの貫通孔をそれぞれ形成した。これらの貫通孔は、シリコンウエハを支持する支持ピンを挿入するための貫通孔となる部分、スルーホールとなる部分等である。
(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を調整した。
【0061】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重量および分散剤0.2重量部を混合して導電性ペーストBを調整した。
【0062】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、発熱体用の導体ペースト層を形成した。印刷パターンは、図1に示したような同心円パターンとした。上記処理の終わったグリーンシートに、印刷処理をしていないグリーンシートを上側(加熱面)に37枚、下側に13枚積層し、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。また、スルーホールとなる貫通孔部分に導体ペーストBを充填した。
【0063】(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150kg/cm2 で10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300mmの円板状に切り出し、内部に厚さ6μm、幅10mmの発熱体を有するセラミックヒータとし、次に、平均粒子径2.5μmのSiCを両面に吹きつけるサンドブラスト処理を行い、ウエハ載置・保持面の面粗度をJIS B 0601 Rmax=2μm、反対側面の面粗度をRmax=2.3μmとした。なお、スルーホールの大きさは、直径0.2mm、深さ0.2mmであった。
【0064】(5)次に、上記(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、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14を設けた。
【0065】(6)さらに、ドリル加工により直径5mm、深さ0.5mmの袋孔を形成し、この袋孔にNi−Au合金(Au:81.5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を接続した。なお、外部端子は、タングステンからなる3個の金属層により支持、接続される構造となっている。
(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、セラミックヒータの製造を完了した。
【0066】(実施例2)
(1)窒化アルミニウム粉末(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。
【0067】(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。
【0068】(3)加工処理の終った生成形体を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300mmの円板体を切り出し、資平均粒子径5μmのアルミナ粒子を両面に吹きつけるサンドブラスト処理を行い、ウエハ載置・保持面の面粗度をJIS B 0601 Rmax=7μm、反対側面の面粗度をRmax=7.5μmとした。さらに、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15となる部分、熱電対を埋め込むための有底孔14となる部分(直径:1.1mm、深さ:2mm)を形成した。
【0069】(4)上記(3)の加工を施した板状体に、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。
【0070】(5)次に、導体ペーストを印刷したヒータ板11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11に焼き付け、発熱体12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。
【0071】(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11を浸漬し、銀−鉛の発熱体12の表面に厚さ1μmの金属被覆層(ニッケル層)12aを析出させた。
【0072】(7)電源との接続を確保するための外部端子13を取り付ける部分に、スクリーン印刷により、銀−鉛半田ペースト(田中貴金属製)を印刷して半田層を形成した。ついで、半田層の上にコバール製の外部端子13を載置して、420℃で加熱リフローし、外部端子13を発熱体の表面に取り付けた。
【0073】(8)温度制御のための熱電対をポリイミドで封止し、セラミックヒータ10を得た。
【0074】(実施例3)静電チャック(図3〜5参照)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、アクリルバインダ11.5重量部、分散剤0.5重量部、ショ糖0.2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。
【0075】(2)次に、このグリーンシートを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。
【0076】(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。
【0077】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500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500′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500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500′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5(a))。
【0078】(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230mmの円板状に切り出し、内部に厚さ6μm、幅10mmの抵抗発熱体50および厚さ10μmのチャック正極静電層20、チャック負極静電層30を有する窒化アルミニウム製の板状体とした(図5(b))。
【0079】(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、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。このときのセラミック表面の粗度は、Rmax=3μmであった。また、ウエハ載置・保持面を研磨して、Rmax=1.5μmとした。
【0080】(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130、140とし(図5(c))、この袋孔130、140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60、180を接続させた(図5(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。
【0081】(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。完成した静電チャック(図3)は、セラミック基板100中に、ヒータ(抵抗発熱体)パターン50と正負極チャック静電層(静電電極)20、30が埋設されてなる。正負極チャック静電層(静電電極)20、30は、図4にあるように、櫛歯電極20bと櫛歯電極30bが対向し、櫛歯電極同士を電気的に接続する接続電極20a、30aが存在する。正負極チャック静電層(静電電極)20、30上には、厚さ約300μmのセラミック誘電体膜40が形成されてなる。セラミック誘電体膜40は、50〜2000μmの範囲で設定できる。
【0082】実施例4実施例3と同様であるが、(5)でセラミック基板100の両面をサンドブラストで処理し、両面とも表面の粗度をRmax=3μmとした。
【0083】(比較例1)本比較例では、実施例1の(1)〜(4)と同様にして窒化アルミニウム板状体を得た後、ウエハの載置面に平均粒子径0.5μmのSiC粒子を吹きけるサンドブラスト処理を行い、一方、反対側面に5μmのSiC粒子を吹きつけるサンドブラフト処理を行い、その後、実施例1の(5)〜(7)と同様にしてセラミックヒータを得た。得られたセラミックヒータのウエハ載置・保持面の面粗度は、JIS B 0601 Rmax=1μmであり、反対側面の面粗度は、Rmax=4.8μmであった。
【0084】(比較例2)本比較例では、実施例1の(1)〜(4)と同様にして窒化アルミニウム板状体を得た後、両面に平均粒子径0.1μmのSiC粒子を吹きつけるサンドブラスト処理を行い、その後、実施例1の(5)〜(7)と同様にしてセラミックヒータを得た。得られたセラミックヒータのウエハ載置・保持面の面粗度は、JIS B 0601 Rmax=0.08μmであり、反対側面の面粗度は、Rmax=0.07μmであった。
【0085】(比較例3)本比較例では、実施例1の(1)〜(4)と同様にして窒化アルミニウム板状体を得た後、両面に平均粒子径250μmのSiC粒子を吹きつけるサンドブラスト処理を行い、その後、実施例1の(5)〜(7)と同様にしてセラミックヒータを得た。得られたセラミックヒータのウエハ載置・保持面の面粗度は、JIS B 0601 Rmax=260μmであり、反対側面の面粗度は、Rmax=210μmであった。
(参考例)比較例1と同様であるが、直径を150mm(6インチ)とした。
【0086】評価方法実施例1〜2および比較例1〜3で得られたセラミックヒータを600℃まで昇温し、常温に戻した後、その反り量を調べた。反り量は、京セラ社製 形状測定器 「ナノウエイ」を使用して測定した。その結果を下記の表1に示した。
【0087】
【表1】

【0088】表1に示したように、実施例1〜2に係るセラミックヒータは、Rmax=0.1〜250μmの範囲にあり、かつ、両面の面粗度の差が13%(実施例1)、7%(実施例2)と小さいので、その反り量も3μm(実施例1、2)と小さかったのに対し、比較例1に係るセラミックヒータは、両面の面粗度の差が79%と大きいので、反り量が10μmと大きく、比較例2に係るセラミックヒータは、両面の面粗度の値が小さすぎるので、応力により反りが発生し、やはり反り量が10μmと大きく、比較例3に係るセラミックヒータは、両面の面粗度の値が大きすぎるので、やはり反り量が10μmと大きかった。また、参考例にみられるように、直径200mm未満では、反りは殆ど発生しない。
【0089】
【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板によれば、セラミック基板の両主面の面粗度が上記所定の範囲に調整され、かつ、ウエハ載置・保持面と反対側面との面粗度の差が50%以下に調整されているので、セラミック基板に反りが発生し、この反りに起因してシリコンウエハに破損等が発生するのを防止することができる。




 

 


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