特許 6208972 電極内蔵セラミックス焼結体およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6208972

(24)【登録日】2017年9月15日

(45)【発行日】2017年10月4日

(54)【発明の名称】電極内蔵セラミックス焼結体およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20170925BHJP

   H02N 13/00 20060101ALI20170925BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/68 R

   H02N13/00 D

【請求項の数】8

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-90169(P2013-90169)

(22)【出願日】2013年4月23日

(65)【公開番号】特開2014-216367(P2014-216367A)

(43)【公開日】2014年11月17日

【審査請求日】2016年4月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】特許業務法人創成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石田 弘徳

(72)【発明者】

【氏名】畠山 博志

(72)【発明者】

【氏名】菅家 篤

(72)【発明者】

【氏名】梅木 俊哉

【審査官】 梶尾 誠哉

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００５／００１６４６５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 登録実用新案第３１５４９３０（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０２Ｎ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

平面に沿って延在する電極が内蔵されているセラミックス焼結体であって、
前記電極が、モリブデンまたはタングステンからなる金属板、金属箔、金属メッシュまたは金属線により構成され、
前記平面の法線方向について、前記電極のサイズまたは厚さの１．０倍以下の高さを有する爪部が前記電極に設けられていることを特徴とする電極内蔵セラミックス焼結体。

【請求項2】

請求項１記載の電極内蔵セラミックス焼結体において、
前記セラミックス焼結体がウエハを載置するための前記平面と平行な載置面を有し、前記爪部が前記載置面に対して反対方向に前記電極から延在または突出するように設けられていることを特徴とする電極内蔵セラミックス焼結体。

【請求項3】

請求項２記載の電極内蔵セラミックス焼結体において、
前記電極が少なくとも前記セラミックス焼結体において前記載置面の側にプラズマを発生させるための電極または前記載置面に載置された前記ウエハを前記セラミックス焼結体に対して静電吸着させるための電極であることを特徴とする電極内蔵セラミックス焼結体。

【請求項4】

請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の電極内蔵セラミックス焼結体において、
前記爪部が前記電極の縁部に設けられていることを特徴とする電極内蔵セラミックス焼結体。

【請求項5】

請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の電極内蔵セラミックス焼結体において、
前記電極の中心を基準として複数の前記爪部が異なる方位にまたは等方的に配置されていることを特徴とする電極内蔵セラミックス焼結体。

【請求項6】

平面に沿って延在する電極が内蔵されているセラミックス焼結体の製造方法であって、
前記電極を間に挟むように複数のセラミックス成形体を前記平面の法線方向に重ねる、または、前記電極を一のセラミックス成形体に埋設する工程と、
前記複数のセラミックス成形体または前記一のセラミックス成形体を前記平面の法線方向について加圧しながら焼成する工程と、を含み、
前記電極が、モリブデンまたはタングステンからなる金属板、金属箔、金属メッシュまたは金属線により構成され、
前記電極がその厚さの１．０倍以下の高さを有する爪部を有することを特徴とする方法。

【請求項7】

請求項６記載の方法において、
金属板、金属箔、金属メッシュまたは金属線を加工して形状を調節し、かつ、当該加工時に生じたバリの高さを調節することにより前記爪部を形成することによって前記電極を作製する工程をさらに含んでいることを特徴とする方法。

【請求項8】

請求項６または７記載の方法において、
前記セラミックス焼結体がウエハを載置するための前記平面と平行な載置面を有し、前記爪部が前記載置面に対して反対方向に前記電極から延在または突出するように前記複数のセラミックス成形体の間に挟まれるように配置されることを特徴とする方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体製造装置に使用される静電チャック電極、ヒータ電極もしくはプラズマ電極、またはこれらの組み合わせ等、一または複数の電極が内蔵されているセラミックス焼結体およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電極内蔵セラミックス焼結体の製法として、成形体の上に電極と、他の成形体または粉末を順に重ねたうえで、当該成形体または当該成形体および粉末を当該重ね方向に加圧焼成する手法が提案されている（特許文献１〜３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第２７６６４４３号公報

【特許文献2】特開２００３−１００４２２号公報

【特許文献3】特開２００３−０７７９９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、成形体に圧力が印加されたときに電極が所定位置からずれる可能性が無視できない程度に高い。このため、セラミックス焼結体の電極に由来する性能（加熱性能または静電吸着性能など）が所望の形態からずれるほか、当該焼結体に対して電極と干渉しないようなリフトピン穴等を加工することが困難になる事態が招かれる。

【0005】

そこで、本発明は、電極の配置精度の向上が図られている電極内蔵セラミックス焼結体およびその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の電極内蔵セラミックス焼結体は、平面に沿って延在する電極が内蔵されているセラミックス焼結体であって、前記電極が、モリブデンまたはタングステンからなる金属板、金属箔、金属メッシュまたは金属線により構成され、前記平面の法線方向について、前記電極のサイズまたは厚さの１．０倍以下の高さを有する爪部が前記電極に設けられていることを特徴とする。

【0007】

前記セラミックス焼結体がウエハを載置するための前記平面と平行な載置面を有し、前記爪部が前記載置面に対して反対方向に前記電極から延在または突出するように設けられていることが好ましい。前記電極が少なくとも前記セラミックス焼結体において前記載置面の側にプラズマを発生させるための電極または前記載置面に載置された前記ウエハを前記セラミックス焼結体に対し平面に沿って延在する電極が内蔵されているセラミックス焼結体であって、前記平面の法線方向について、前記電極のサイズまたは厚さの１．０倍以下の高さを有する爪部が前記電極に設けられていることが好ましい。

【0008】

前記セラミックス焼結体がウエハを載置するための前記平面と平行な載置面を有し、前記爪部が前記載置面に対して反対方向に前記電極から延在または突出するように設けられていることが好ましい。前記電極が少なくとも前記セラミックス焼結体において前記載置面の側にプラズマを発生させるための電極または前記載置面に載置された前記ウエハを前記セラミックス焼結体に対して静電吸着させるための電極であることが好ましい。前記爪部が前記電極の縁部に設けられていることが好ましい。前記電極の中心を基準として複数の前記爪部が異なる方位にまたは等方的に配置されていることが好ましい。

【0009】

本発明の方法は、平面に沿って延在する電極が内蔵されているセラミックス焼結体の製造方法であって、前記電極を間に挟むように複数のセラミックス成形体を前記平面の法線方向に重ねる、または、前記電極を一のセラミックス成形体に埋設する工程と、前記複数のセラミックス成形体または前記一のセラミックス成形体を前記平面の法線方向について加圧しながら焼成する工程と、を含み、前記電極が、モリブデンまたはタングステンからなる金属板、金属箔、金属メッシュまたは金属線により構成され、前記電極がその厚さの１．０倍以下の高さを有する爪部を有することを特徴とする。

【0010】

金属板、金属箔、金属メッシュまたは金属線を加工して形状を調節し、かつ、当該加工時に生じたバリの高さを調節することにより前記爪部を形成することによって前記電極を作製する工程をさらに含んでいることが好ましい。前記セラミックス焼結体がウエハを載置するための前記平面と平行な載置面を有し、前記爪部が前記載置面に対して反対方向に前記電極から延在または突出するように前記複数のセラミックス成形体の間に挟まれるように配置されることが好ましい。

【発明の効果】

【0011】

本発明の電極内蔵セラミックス焼結体およびその製造方法によれば、平面に沿って延在する電極に設けられている爪部の高さが当該電極の厚さの１．０倍以下に調節されている。このため、爪部の存在に由来して加圧焼成時に成形体または電極に割れまたは変形を生じさせることが防止されうる。その上で、電極を挟むように重ねられている複数の成形体もしくは電極が埋設されている一の成形体、またはその焼成結果としてのセラミックス焼結体に当該爪部を食い込ませることができる。これにより、電極の位置ずれが確実に防止され、その配置精度の向上が図られる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態としての電極内蔵セラミックス焼結体の構成説明図。

【図2】図１のセラミックス焼結体に内蔵されている電極の構成説明図。

【図3】図１のセラミックス焼結体の製造方法に関する説明図。

【図4】電極の爪部に関する説明図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

（電極内蔵セラミックス焼結体の構成）
図１に示されている本発明の一実施形態としての電極内蔵セラミックス焼結体１０（電極内蔵セラミックス部品）は略円盤状のヒータ付静電チャックである。セラミックス焼結体１０の一対の端面のうち一方が、ウエハが載置される載置面１００を構成する。セラミックス焼結体１０には、載置面１００に対して平行な２つの平面のそれぞれに沿って延在する「第１電極」としての静電チャック電極２１および「第２電極」としてのヒータ電極２２が内蔵されている。

【0014】

ヒータ電極２２は静電チャック電極２１よりも載置面１００から遠くに配置されている。載置面１００に対する静電チャック電極２１およびヒータ電極２２の遠近関係は逆であってもよい。静電チャック電極２１およびヒータ電極２２は、ともに金属板、金属箔、金属メッシュまたは金属線により構成されている。金属箔にはパンチングが施されていてもよい。静電チャック電極２１およびヒータ電極２２は、セラミックス成形体の焼成温度を経験するため、高融点金属が用いられる。例えば、セラミックスとして窒化アルミニウム、アルミナまたは窒化珪素が用いられる場合、モリブデンまたはタングステンが電極２１および２２として用いられる。

【0015】

セラミックス焼結体１０に内蔵される電極の数は１つであってもよく、３つ以上であってもよい。一または複数の電極は、セラミックス焼結体１０の使用目的に応じてその形状等が適宜変更されうる。

【0016】

静電チャック電極２１は、図２（ａ）に示されているように、略円形状に形成されている。静電チャック電極２１は、その厚さの１．０倍以下の高さを有する４個の爪部２１２を備えている。４個の爪部２１２は、静電チャック電極２１の中心Ｘ１を基準として略等方的に配置されている。爪部２１２の個数および配置形態は、これに限定されず、さまざまな形態に変更されてもよい。

【0017】

ヒータ電極２２は、図２（ｂ）に示されているように、一端部から間隔をおいて外側に拡がりながら略同心円状に延びる一対の線が他端部で連結されたような形状に形成されている。ヒータ電極２２は、その厚さ方向または当該平面の法線方向についてそのサイズの１．０倍以下の高さを有する１０個の爪部２２２を備えている。１０個の爪部２２２は、ヒータ電極２２の中心Ｘ２を基準として複数の方位に配置されている。爪部２２２の個数および配置形態は、これに限定されず、さまざまな形態に変更されてもよい。

【0018】

図１に示されているように、爪部２１２および爪部２２２はともに静電チャック電極２１およびヒータ電極２２のそれぞれから下方（載置面１００に対して反対方向）に延出または突出するように設けられている。これにより、静電チャック電極２１により、載置面１００に載置されたウエハをセラミックス焼結体１０に対して静電吸着させる力が、当該爪部２１２または２２２に由来して局所的に不均一が解消または軽減される。これは、電極２１および２２のうち一方に代えて、または、電極２１および２２に加えて、プラズマ発生用の電極がセラミックス焼結体１０に内蔵される場合も同様である。

【0019】

そのほか、爪部２１２および爪部２２２はともに静電チャック電極２１およびヒータ電極２２のそれぞれから上方に突出するように設けられていてもよい。爪部２１２および爪部２２２の突出方向が異なっていてもよい。載置面１００の法線方向または上下方向について、爪部２１２および爪部２２２が重ならないように配置されていてもよい。

【0020】

電極の縁部は、内部に当該電極が含まれている閉曲線に沿って延在している「外縁部」のほか、内部に当該電極が含まれない閉曲線に沿って延在している「内縁部」も包含する概念である。金属板または金属箔等にパンチングが施されている場合、当該パンチ孔の縁部は内縁部に該当する。

【0021】

（電極内蔵セラミックス焼結体の製造方法）
（第１実施形態）
爪部２１２を有する第１電極（静電チャック電電極）２１および爪部２２２を有する第２電極（ヒータ電極）２２が作製される。具体的には、金属板等が、打ち抜き、または、刃物もしくはレーザーによる切断によって所定形状または設計形状に加工される（図２（ａ）および図２（ｂ）参照）。この加工時に所定形状の金属板等の縁部に沿ってバリが生じる。

【0022】

第１電極２１および第２電極２２が延在する平面に対するバリの高さは不均一であるため、当該高さを調整するようにバリに加工が施されることで爪部２１２および２２２が形成される。バリの加工法としては、研磨法またはウエットエッチング法などが採用される。ウエットエッチング法によるバリの加工に際して、所定箇所に曲げまたは打撃により当該張りが起立することで爪部２１２および２２２が形成されうる。

【0023】

爪部２１２および２２２の高さは、電極２１および２２を構成するタングステンまたはモリブデンの変形性と、当該爪部２１２および２２２のそれぞれが食い込む対象である成形体３１および３２のそれぞれの柔らかさとの関係で決定される。成形体３１、３２の密度が低いほど、爪部２１２、２２２が当該成形体３１、３２に対して食い込みやすい（図４（ａ）参照）。

【0024】

成形体３１、３２の密度が理論密度（約６５％）に近いほど硬いが、これに爪部２１２、２２２が刺さったときに電極２１、２２にシワもしくは割れ（図４（ｂ）参照）が生じない、または成形体３１、３２に割れが生じないという観点から、爪部２１２および２２２の高さが決定されている。電極２１および２２が延在する平面に平行な方向に、当該電極２１および２２の変位を防止するという目標が達成されれば足りるので、爪部２１２および２２２は低いことが好ましい。

【0025】

電極２１、２２の形状および性能が損なわれないことを前提として、電極２１、２２がその外縁部から外れた箇所でキリまたはポンチ等の工具により打ち抜かれ、その際に生じたバリが加工されることにより当該電極２１、２２の内縁部に爪部が形成されてもよい。

【0026】

電極２１、２２の縁部から外れた位置に爪部のうち少なくとも一部が設けられてもよい。たとえば、電極２１、２２の縁部から外れた箇所が局所的に突出するように加工され、当該突出部が爪部として形成されてもよい。このような爪部は、電極２１、２２を構成する金属板等の圧延時などにおいて形成されうる。ただし、コスト低減の観点からは、電極２１、２２の縁部、特に外縁部に爪部が形成されることが好ましい。

【0027】

図３（ａ）左側に示されているように、略円盤状の成形体３１（略円筒状の焼成さや（図示略）の内部に配置されている。）の上に爪部２１２が上方に向くように静電チャック電極２１が載置される。図３（ａ）中央に示されているように、静電チャック電極２１の上に略円盤状の成形体３２が載置され、その上に爪部２２２が上方に向くようにヒータ電極２２が載置される。図３（ａ）右側に示されているように、ヒータ電極２２の上に略円盤状の成形体３３が載置される。

【0028】

静電チャック電極２１およびヒータ電極２２を間に挟むように重ねられている３つの成形体３１〜３３が、当該重なり方向に加圧されながら焼成されることにより、図１に示されている構成のセラミックス焼結体１０が得られる。成形体３１〜３３は、一軸プレス、ＣＩＰ、鋳込みまたは射出成形等、一般的なセラミックスの成形方法によって得られる。

【0029】

（第２実施形態）
図３（ｂ）左側に示されているように、略円盤状の成形体３１（略円筒状の焼成さや（図示略）の内部に配置されている。）の上に爪部２１２が上方に向くように静電チャック電極２１が載置される。さらに、静電チャック電極２１を上から覆うように焼成さやにセラミックス粉末３２’が投入され、当該セラミックス粉末３２’が下方に加圧される。

【0030】

これにより、図３（ｂ）中央に示されているように、成形体３１よりも厚く、かつ、静電チャック電極２１が埋設されている略円盤状の新たな成形体６３が形成される。成形体３２の上に爪部２２２が上方に向くようにヒータ電極２２が載置される。さらに、ヒータ電極２２を上から覆うように焼成さやにセラミックス粉末３３’が投入され、当該セラミックス粉末３３’が下方に加圧される。

【0031】

これにより、図３（ｂ）右側に示されているように、成形体６３よりも厚く、かつ、静電チャック電極２１およびヒータ電極２２が埋設されている略円盤状の新たな成形体９６が形成される。当該成形体９６が、下方に加圧されながら焼成されることにより、図１に示されている構成のセラミックス焼結体１０が得られる。

【0032】

（実施例）
窒化アルミニウム粉末に対して酸化イットリウム粉末が５［ｗｔ％］だけ添加され、さらに分散剤、バインダおよびイソプロピルアルコールが加えられたうえで、ボールミルを用いて混合された。当該混合物から、スプレードライ法により窒化アルミニウム顆粒が得られた。原料粉末としての当該顆粒がＣＩＰにより成形されたうえで生加工されることでφ３２０［ｍｍ］×１０［ｍｍ］の略円盤状の成形体が作製された。

【0033】

静電チャック電極２１は、線径０．１［ｍｍ］のモリブデンメッシュがレーザーを用いて所定形状に加工された。この際、所定形状のモリブデンメッシュの縁部に生じたバリが、ウエットエッチング加工されることにより爪部２１２が形成された。ヒータ電極２２は、厚さ０．１［ｍｍ］のモリブデン箔がレーザーを用いて所定形状に加工された。この際、所定形状のモリブデンメッシュの縁部に生じたバリが、研磨加工により爪部２２２が形成された。爪部２１２および２２２のそれぞれの高さは、光学顕微鏡を用いて測定されうる。

【0034】

前記のように作製された成形体および電極を用いて、第１実施形態の方法にしたがって実施例１および２の電極内蔵セラミックス焼結体が製造された（図３（ａ）参照）。前記のように準備された顆粒および成形体を用いて、第２実施形態の方法にしたがって実施例３および４の電極内蔵セラミックスが製造された（図３（ｂ）参照）。

【0035】

各実施例の焼結体１０の上下面が平面研削された上で、Ｘ線検査装置を用いて静電チャック電極２１とヒータ電極２２との相対的な位置ずれ量が測定された。爪部２１２および２２２の割れの有無が調べられた。爪部２１２および２２２の近傍におけるセラミックス焼結体１０の割れの有無が超音波探傷機を用いて調べられた。

【0036】

表１には、各実施例の焼結体の特徴の測定結果がまとめて示されている。

【0037】

【表1】

【0038】

表１から次のことがわかる。実施例１〜４のセラミックス焼結体において、載置面１００の法線方向について静電チャック電極２１のサイズ（厚さ）の１．０倍以下の０．２〜０．９倍の範囲に含まれるように爪部２１２の高さが調節されている。同方向について静電チャック電極２２のサイズ（厚さ）の１．０倍以下の０．２〜１．０倍の範囲に含まれるように爪部２２２の高さが調節されている。電極２１および２２の相対的ずれ量が０．０４〜０．０６［ｍｍ］の範囲である。電極２１および２２に割れが生じておらず、焼結体１０にも割れが生じていない。

【0039】

（比較例）
実施例１と同様に作製された成形体および電極を用いて、第１実施形態の方法にしたがって比較例１〜４の電極内蔵セラミックス焼結体が製造された（図３（ａ）参照）。実施例１と同様に準備された顆粒および成形体を用いて、第２実施形態の方法にしたがって比較例５の電極内蔵セラミックスが製造された（図３（ｂ）参照）。

【0040】

表２には、各比較例の焼結体の特徴の測定結果がまとめて示されている。

【0041】

【表2】

【0042】

表２から次のことがわかる。比較例１のセラミックス焼結体において、載置面１００の法線方向について、爪部２１２の高さが静電チャック電極２１のサイズの１．０倍を超える１．４倍である。このため、成形体３１〜３３が重ね合わせられた状態で加圧される際、爪部２１２が成形体３２に過度に食い込んで割れを生じさせ、その結果として第１電極２１（正確にはその爪部２１２）の近傍において焼結体１０に割れが生じている。

【0043】

比較例２のセラミックス焼結体において、載置面１００の法線方向について、爪部２２２の高さがヒータ電極２２のサイズの１．０倍を超える１．２倍である。このため、爪部２２２が成形体３３に食い込む際に当該爪部２２２に負荷がかかり、ヒータ電極２２に割れが生じている（図４（ｂ）参照）。同様に、比較例５のセラミックス焼結体において、載置面１００の法線方向について、爪部２１２の高さが静電チャック電極２１のサイズの１．０倍を超える１．５倍である。このため、爪部２１２が成形体３２に食い込む際に当該爪部２１２に負荷がかかり、静電チャック電極２１に割れが生じている（図４（ｂ）参照）。

【0044】

比較例３のセラミックス焼結体において、電極２１および２２のそれぞれに爪部が存在していない。このため、成形体３１〜３３が重ね合わせられた状態で加圧される際、電極２１および２２が載置面１００に対して平行な方向に変位し、相対的ずれ量が０．０４〜０．０６［ｍｍ］の上限を大きく超えた１．１５［ｍｍ］になっている。

【0045】

比較例４のセラミックス焼結体において、電極２１に爪部が存在していない。このため、成形体３１〜３３が重ね合わせられた状態で加圧される際、電極２１が載置面１００に対して平行な方向に変位し、相対的ずれ量が０．０４〜０．０６［ｍｍ］の上限を大きく超えた０．７８［ｍｍ］になっている。

【符号の説明】

【0046】

１０‥セラミックス焼結体、２１‥静電チャック電極（第１電極）、２２‥ヒータ電極（第２電極）、２１２‥爪部、２２２‥爪部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】