JP2002016005A - 半導体製造装置用電極端子接合セラミックス部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒーター配線や静電チャック用電極などとし
て高融点金属メタライズ層を用いて厚みを薄くし、その
高融点金属メタライズ層にロウ材や半田を用いずに電極
端子を直接接合した、ウェハ保持体やシャワーヘッドの
ような半導体製造装置用の電極端子接合セラミックス部
材を提供する。 【解決手段】 セラミックス基材１、又はセラミックス
粉末成形体の表面上に、金属酸化物粉末を含む高融点金
属粉末のペーストを塗布し、このペーストに高融点金属
電極端子３の一端を挿入して焼成することにより、セラ
ミックス基材１上の高融点金属メタライズ層２に高融点
金属電極端子３を直接接合する。高融点金属電極端子３
の他端には、外部配線７との接続用に、雄ネジ３ａなど
のネジ構造を形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置に
使用されるウェハ保持体や成膜用反応ガスのシャワーヘ
ッドなどとして好適な、ヒーターや電極などの金属層と
電極端子とを備えたセラミックス製の電極端子接合セラ
ミックス部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体ウェハの表面をエッチング
したり表面に成膜したりする際には、ウェハをラックに
多数個保持して製造装置内に配置し、バッチ式でエッチ
ングや成膜用のガスを流し、必要に応じて外周からヒー
ターで加熱する（ホットウォール式）という手法が用い
られていた。

【０００３】しかし、近年では、半導体装置の高集積化
や演算の高速化の要求が厳しくなるに伴って、製造装置
内の場所による温度やガスの流れの不均一に起因したエ
ッチング表面や形成される薄膜の品質のばらつきが問題
になってきた。そこで最近では、複数のエッチング装置
や成膜装置を並べて、それら各装置間にローダを用いて
ウェハを自動送りしながら、それぞれの装置内でウェハ
をサセプター加熱方式のウェハ保持体に載せて、１枚ず
つ処理する枚葉式に切換わりつつある。

【０００４】このような枚葉式の場合、エッチング装置
や成膜装置のチャンバ内でウェハ保持体に載せられた半
導体ウェハは、ウェハ保持体に静電気によるチャッキン
グにより固定されるか、又はウェハ保持体の保持面の面
精度を上げて静置密着させ、その状態でウェハ保持体か
ら熱を直接与えてウェハを均一に加熱しながら、加工す
る方法が採られている。従って、ウェハ保持体は、腐食
性の高いハロゲンガスなどのガスに対する耐食性と高い
熱伝導率を有する材料で構成されると共に、静電チャッ
ク機能又は機械的固定機能及びヒーター機能を備える必
要がある。

【０００５】また、ＣＶＤ装置などの成膜装置において
も、ウェハ表面に均一に反応ガスを吹き付けて均一な反
応を生じさせるために設置されているシャワーヘッド
は、従来は平板に多数のシャワー穴を開けているだけで
あったが、最近では反応ガスを予熱して反応の均一性を
高め且つ反応を促進させる目的で、ヒーター機能を持た
せることがある。更に、成膜装置として高周波プラズマ
ＣＶＤ装置などを用いる場合、ウェハ保持体と対向する
シャワーヘッドの上方に上部ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑ
ｕｅｎｃｙ：無線周波数）電極を配置し、これと対向す
る下部ＲＦ電極はウェハ保持体の内部に埋設することも
行われている。

【０００６】このような機能を備えたウェハ保持体やシ
ャワーヘッドを製造するため、従来は、耐食性や熱伝導
率に優れた窒化アルミニウムなどのセラミックス粉末成
形体中に、ヒーター配線や静電チャック用電極あるいは
下部ＲＦ電極としてコイル状のＭｏ線を埋め込み、ホッ
トプレス焼結していた。そして、コイル状のＭｏ線の端
部を例えばウェハ載置面と反対側から引き出して、系外
の電源に接続された外部配線に接続して電力を供給して
いた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ヒータ
ー配線や静電チャック用電極、あるいは下部ＲＦ電極と
してＭｏ線のコイルをセラミックス成形体内に埋め込ん
でホットプレスする方法では、得られるウェハ保持体や
シャワーヘッドが厚くなってしまい、急速昇温や急速冷
却が難しくなるという問題があった。このため、メンテ
ナンスに時間が掛かり又装置の実稼動時間が少なくなる
うえ、エッチングや成膜の処理効率（ｔｈｒｏｕｇｈ
ｐｕｔ：スループット）が低下していた。

【０００８】また、成膜装置のシャワーヘッドにヒータ
ー機能を持たせることにより、反応ガスを予熱して反応
の均一性を高め若しくは反応を促進させる場合でも、上
記のごとくヒーター配線としてＭｏ線のコイルを埋め込
む手法ではシャワーヘッドが厚くなってしまうため、圧
力損失が生じ、反応ガスからの分解生成物が積層してシ
ャワー穴が閉塞するという問題があった。

【０００９】そこで、ウェハ保持体やシャワーヘッドの
厚みを薄くして熱容量を小さくし、急速昇温や急速冷却
を可能にし、またシャワーヘッドの圧力損失を小さくす
るために、ＭｏやＷ又はそれらの合金などからなる高融
点金属のペーストを印刷、焼付けしてメタライズ層と
し、その高融点金属メタライズ層をヒーター配線や静電
チャック用電極、あるいは下部ＲＦ電極とすることが考
えられる。

【００１０】しかし、この方法によれば５ｍｍ以下の厚
みのウェハ保持体やシャワーヘッドを作製することも可
能であるが、新たに外部配線との接続部として電極端子
を別途形成する必要がある。即ち、Ｍｏ線のコイルを配
線や電極として用いる場合には、例えばそのコイルの両
端にネジを切って外部配線と接続できるようにして埋め
込むことも可能であるが、印刷で形成したメタライズ層
からなる配線や電極の場合には、このようなネジ構造を
設けることはできない。

【００１１】一般的に高融点金属メタライズ層に電極端
子を接合するには、例えば、メタライズ層にＮｉメッキ
やＡｕメッキを施して、Ａｇ−Ｃｕロウ付けや半田付け
により電極端子を接合している。しかし、Ａｇを初めと
する重金属をウェハ保持体やシャワーヘッドの一部に使
うと、重金属成分が半導体製造装置内において高温で腐
食性の高いハロゲンガスと反応して揮散し、ガスプラズ
マ中に不純物として混入するため好ましくない。ロウ付
けや半田付けの後で、例えばガラス等で重金属成分が揮
散しないように封止したとしても、極微量の成分がガラ
ス中を拡散して表面から揮散する可能性がある。

【００１２】本発明は、このような従来の事情に鑑み、
ヒーター配線や静電チャック用電極あるいは下部ＲＦ電
極として高融点金属のメタライズ層を用いて厚みを薄く
すると同時に、その高融点金属メタライズ層にロウ材や
半田を用いることなく電極端子を接合して、Ａｇなどの
重金属成分が揮発混入することのないウェハ保持体やシ
ャワーヘッドのような半導体製造装置用の電極端子接合
セラミックス部材、及びその製造方法を提供することを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する半導体製造装置用電極端子接合セ
ラミックス部材は、セラミックス基材と、該セラミック
ス基材上に形成された金属酸化物を含有する高融点金属
メタライズ層と、該高融点金属メタライズ層に一端が何
ら接合層を介することなく直接接合された高融点金属電
極端子とを備えることを特徴とするものである。また、
高融点金属電極端子の接合部の引張強度は少なくとも３
ｋｇ以上、望ましくは５ｋｇ以上が必要とされる。

【００１４】上記本発明の半導体製造装置用電極端子接
合セラミックス部材においては、前記セラミックス基材
が、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化
アルミニウム及び酸窒化アルミニウムから選ばれた１種
を主成分とするセラミックスからなることが好ましい。

【００１５】上記本発明の半導体製造装置用電極端子接
合セラミックス部材において、前記高融点金属メタライ
ズ層は、モリブデン及びタングステンから選ばれた少な
くとも１種を５０重量％以上含んでいることが好まし
い。更に、高融点金属メタライズ層に含まれる金属酸化
物としては、IIＡ族元素、IIIＡ族元素、ケイ素、及び
アルミニウムから選ばれた少なくとも１種の元素の酸化
物が好ましい。

【００１６】上記本発明の半導体製造装置用電極端子接
合セラミックス部材において、前記高融点金属電極端子
は、融点１４００℃以上の金属からなることを特徴と
し、好ましくはモリブデン、タングステン、モリブデン
−タングステン、ニオブ、及びタンタルから選ばれた1
種からなる。

【００１７】また、前記高融点金属電極端子の少なくと
も一端は、外部配線との接続用の雄ネジ又は雌ネジ構造
を有することができる。前記高融点金属電極端子の表面
は、ハロゲンガス等に対する耐腐食性の観点から、ニッ
ケル又は金でメッキ処理されていることが好ましい。更
に、前記高融点金属電極端子の一端における前記高融点
金属メタライズ層との接合端面の表面粗度Ｒｍａｘが、
該高融点金属メタライズ層の厚みの１／２以下であるこ
とが好ましい。

【００１８】本発明が提供する半導体製造装置用電極端
子接合セラミックス部材の製造方法は、セラミックス基
材の表面上に、金属酸化物粉末を含む高融点金属粉末の
ペーストを塗布した後、該ペーストの一部に高融点金属
電極端子の一端を挿入した状態に保持しながら焼成する
ことにより、該ペーストから得られた高融点金属メタラ
イズ層に前記高融点金属電極端子の一端を直接接合する
ことを特徴とするものである。

【００１９】また、本発明が提供する半導体製造装置用
電極端子接合セラミックス部材の他の製造方法は、セラ
ミックス粉末成形体の表面上に、金属酸化物粉末を含む
高融点金属粉末のペーストを塗布した後、該ペーストの
一部に高融点金属電極端子の一端を挿入した状態に保持
しながら焼成することにより、前記成形体からセラミッ
クス基材を得ると同時に、前記ペーストから得られた高
融点金属メタライズ層に前記高融点金属電極端子の一端
を直接接合することを特徴とする。

【００２０】更に、本発明が提供する半導体製造装置用
電極端子接合セラミックス部材の更に別の製造方法は、
セラミックス基材の表面上に、金属酸化物粉末を含む高
融点金属粉末のペーストを塗布した後焼成し、該焼成層
の一部に高融点金属電極端子の一端が挿入されるように
押し付けながら加熱接合することにより、前記ペースト
から得られた高融点金属メタライズ層に前記高融点金属
電極端子の一端を直接接合することを特徴とする。

【００２１】上記本発明におけるいずれの半導体製造装
置用電極端子接合セラミックス部材の製造方法において
も、前記高融点金属電極端子の一端における接合端面の
表面粗度Ｒｍａｘを、焼成後における高融点金属メタラ
イズ層の厚みの１／２以下とすることが好ましい。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明においては、セラミックス
基材に高融点金属粉末のペーストを焼付けてメタライズ
すると同時に、形成された高融点金属メタライズ層上に
高融点金属を主成分とする高融点金属電極端子を接合す
ることによって、従来使用していたＡｇなどの重金属を
含むロウ材や半田などの接合層を一切用いることなく、
ヒーター配線や静電チャック用電極などとなる高融点金
属メタライズ層に高融点金属電極端子を直接接合してい
る。

【００２３】本発明で用いるセラミックス基材は、ウェ
ハ保持体やシャワーヘッドのような半導体製造装置用の
電極端子接合セラミックス部材として、腐食性の高いハ
ロゲンガスなどのガスに対する耐食性を有すること、及
びヒーター機能を充分に発揮できるように高い熱伝導率
を有することが必要である。そのため、セラミックス基
材としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素
（Ｓｉ_３Ｎ_４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、及び酸窒化ア
ルミニウム（ＡｌＯＮ）から選ばれる１種を主成分とす
るセラミックスが好ましい。

【００２４】高融点金属メタライズ層は、ウェハ保持体
やシャワーヘッドのような半導体製造装置用の電極端子
接合セラミックス部材に設けるヒーター配線、静電チャ
ック用電極、あるいは下部ＲＦ電極を構成するものであ
る。このような高融点金属層は、ＭｏやＷのような高融
点金属と共に、塗布したＭｏやＷ粒子の焼成を促進し、
高融点金属層とセラミックスの両方に濡れて接着させる
ために添加された金属酸化物とを含んでいる。この高融
点金属メタライズ層は、好ましくはＭｏ又はＷのいずれ
か１種を５０重量％以上含有する。また、高融点金属メ
タライズ層に含まれる金属酸化物としては、ＭｇやＣａ
などのIIＡ族元素、Ｙや希土類元素などのIIIＡ族元
素、Ｓｉ、及びＡｌから選ばれた少なくとも１種の元素
の酸化物が好ましい。

【００２５】また、高融点金属層に直接接合される高融
点金属電極端子は、高融点金属メタライズ層に用いた高
融点金属と同種のもので、１４００℃以上の融点を有
し、上記高融点金属メタライズ層のメタライズ焼成時の
温度に耐える金属からなることが好ましい。このような
高融点金属としては、例えば、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｏ−Ｗ、Ｎ
ｂ、Ｔａなどを挙げることができる。

【００２６】次に、本発明の半導体製造装置用電極端子
接合セラミックス部材の製造方法について説明する。ま
ず、高融点金属粉末に金属酸化物粉末を混合し、有機質
バインダーや有機溶剤などを添加混練してペーストを作
製する。尚、金属酸化物粉末の代りに、焼成時の加熱に
より金属酸化物を生ずる化合物の粉末を用いることもで
きる。この高融点金属粉末のペーストを、印刷等の手法
により、セラミックス燒結体からなるセラミックス基材
上、あるいは焼結前のセラミックス粉末成形体上に塗布
する。

【００２７】その後、乾燥及び脱バインダー処理を施し
てから、高融点金属粉末のペーストに高融点金属電極端
子の一端を挿入し、その状態で保持しながら加熱焼成し
て、高融点金属粉末ペーストの焼付けメタライズと同時
に、その高融点金属メタライズ層に高融点金属電極端子
を接合する。尚、高融点金属粉末の成形体上に高融点金
属粉末のペーストを印刷した場合には、上記焼成により
高融点金属メタライズ層が形成され且つこれに高融点金
属電極端子が接合される際に、更に成形体が焼結されて
セラミックス基材が同時に形成される。また、高融点金
属粉末のペーストを先に焼成してから、その焼成層に高
融点金属電極端子の一端が挿入されるように押し付けな
がら加熱焼成して、その高融点金属メタライズ層（焼成
層）に高融点金属電極端子を接合することもできる。

【００２８】このようにして製造される電極端子接合セ
ラミックス部材は、例えば図１に模式的に示すように、
セラミックス部材１の表面上に、例えばヒーター配線と
なる高融点金属メタライズ層２が設けてあり、この高融
点金属メタライズ層２の一部、例えば電極端子接続用の
パッド部２ａには、高融点金属電極端子３の一端がほぼ
垂直に立設した状態で、ロウ材や半田などの接続層を介
することなく直接接合されている。高融点金属電極端子
３の接合部の引張強度は、少なくとも３ｋｇ以上、望ま
しくは５ｋｇ以上が必要とされる。

【００２９】図１に図示した電極端子接合セラミックス
部材は、上記した高融点金属メタライズ層２を覆い且つ
高融点金属電極端子３の他端が外部に突き出るように、
更に別のセラミックス基材５をガラス層４で接合した構
造を有している。このように高融点金属メタライズ層２
を内部に埋設した構造とすることによって、電極端子接
合セラミックス部材は最終的に例えばヒーター配線など
を内蔵したウェハ保持体やシャワーヘッドなどとして用
いることができる。

【００３０】使用する高融点金属電極端子は、その一端
の接合端面における面粗度Ｒｍａｘを、焼成後における
高融点金属メタライズ層の厚みの１／２以下とすること
が好ましい。これにより、高融点金属電極端子の接合端
面において、高融点金属メタライズ層との未接合部分が
大幅に減少し、密着強度が向上すると共に、接合部分で
の電気抵抗による発熱劣化や電力ロスを抑えることがで
きる。

【００３１】また、高融点金属電極端子の少なくとも他
端には、雄ネジ構造又は雌ネジ構造を設けることが好ま
しい。例えば、図１に示すように、高融点金属電極端子
３の他端に雄ネジ３ａを設けておくことにより、電源か
らの給電用の外部配線７の取り付け及び取り外しをその
先端に設けられた雌ネジ７ａにより容易に行うことがで
き、外部配線７の最初のセット時だけでなく、外部配線
７の交換時にも極めて便利である。尚、ネジ加工を安価
に且つ精度よく行える金属としては、例えば、ＭｏやＮ
ｂ等が挙げられる。また、高融点金属電極端子の他端に
外部配線の引っ掛け部を設け、外部配線の先端をバネ式
でワンタッチ取り付けできるようにすることも可能であ
る。

【００３２】更に、高融点金属電極端子を高融点金属メ
タライズ層に接合した後、高融点金属電極端子の表面を
ＮｉあるいはＡｕでメッキ処理することにより、電極端
子の耐腐食性が向上し、フッ素系や塩素系のガスに曝さ
れた時も表面が侵されることがなくなるので好ましい。
尚、耐腐食性の観点からすると、メッキ厚みは０.１μ
ｍ以上とすることが望ましい。

【００３３】本発明の電極端子接合セラミックス部材が
使用される半導体製造装置の一例として、電極端子接合
セラミックス部材であるウェハ保持体１０を備えたＲＦ
プラズマＣＶＤ装置を図２に示す。この装置のチャンバ
１５内には、支持体１６に取り付けられたウェハ保持体
１０が固定されている。このウェハ保持体１０の内部に
は、高融点金属メタライズ層で構成されるヒーター配線
１１、静電チャック用電極１２、下部ＲＦ電極１３が内
蔵されている。

【００３４】ウェハ保持体１０の上方には、下部ＲＦ電
極１３に対向する上部ＲＦ電極１４が配置される。この
上部ＲＦ電極１４とウェハ保持体１０の間には、多数の
シャワー穴１７ａが穿設されたシャワーヘッド１７が取
り付けてある。しかし最近では、図２の上部ＲＦ電極１
４を配置せず、シャワーヘッド自身をＮｉなどの金属で
構成して下部ＲＦ電極と接続し、シャワーヘッド兼上部
ＲＦ電極として用いることが多い。尚、静電チャック用
電極１２は、半導体ウェハ１８との間で静電力を発生さ
せて、半導体ウェハ１８をウェハ保持体１０に固定する
ためのものである。また、チャンバ１５の上部には反応
ガスを導入するためのガス導入口１５ａが、及び下部に
は内部を排気するための排気口１５ｂが設けてある。

【００３５】ウェハ保持体１０に載置された半導体ウェ
ハ１８は静電チャック用電極１２により固定され、ヒー
ター配線１１により所定温度に加熱される。そして、予
め排気されたチャンバ１５内にガス導入口１５ａから反
応ガスが導入され、シャワーヘッド１７を通して半導体
ウェハ１８の表面上に供給されると共に、下部ＲＦ電極
１３と上部ＲＦ電極１４によってプラズマが生成され、
半導体ウェハ１８の表面上に成膜される。

【００３６】

【実施例】実施例１ 窒化アルミニウム粉末に、燒結助剤としてＹ_２Ｏ_３粉末
を１重量％と、有機バインダーとしてポリビニルアルコ
ールを添加して、ボールミルで分散混練することにより
ペーストとした。このペーストを、燒結後の厚みが１.
０ｍｍになるようにドクターブレード成形し、これを乾
燥させた後、燒結後の直径が３５０ｍｍになるように金
型で打ち抜いて、円板形の２枚の成形体を得た。これら
の成形体を８００℃の窒素中で脱脂した後、１８００℃
で４時間燒結した。得られた各ＡｌＮ燒結体の上下面を
ダイヤモンド砥粒にて研磨して、それぞれセラミックス
基材とした。

【００３７】次に、Ｗ粉末と、１０重量％Ｙ_２Ｏ_３−５
重量％ＣａＯ−５重量％Ａｌ_２Ｏ_３の組成を有するガラ
ス粉末とを、バインダーであるエチルセルロースと共に
混練してＷペーストとし、１枚のセラミックス基材上に
印刷した。印刷パターンはライン幅２ｍｍ及びライン間
隔２ｍｍのラインパターンであり、中央部から外周部に
行き更に中央部に戻る往復した渦巻状に形成し、円板形
のセラミックス基材の中央部に来る両端部に直径５ｍｍ
の電極端子接合用のためのパッド部をそれぞれ形成し
た。形成されたヒーターパターンを図３に示す。図３に
おいて、１はセラミックス基材、６はヒーターパター
ン、及び６ａはパッド部である。

【００３８】このように表面にＷペーストを渦巻状に印
刷したセラミックス基材を、窒素中にて８００℃で脱脂
した。その後、Ｗペーストからなる電極端子接合用のパ
ッド部に、他端にＭ３×５ｍｍの雄ネジを有するＭｏ製
電極端子の一端を垂直に挿入してＭｏ治具を用いて立
て、その電極端子の他端に１００ｇ／ｍｍ^２の圧力が掛
かるように重しを乗せた状態で、窒素中にて１６００℃
で焼付けた。尚、Ｗメタライズ層の焼成後の厚み１５μ
ｍに対して、電極端子の接合端面の面粗度がＲｍａｘで
３〜５μｍとなるように予め加工した。電極端子を焼付
けたセラミックス部材を図４に模式的に示す。ここで、
２１はセラミックス基材、２２はＷメタライズ層及び２
３はＭｏ製電極端子である。

【００３９】Ｗメタライズ層にはＭｏ製電極端子の一端
が直接接合されており、超音波探傷で両者の接合界面を
解析したが未接合部は全く認められなかった。また、セ
ラミックス基材を固定し、Ｗメタライズ層に直接接合さ
れたＭｏ製電極端子の他端を保持して垂直方向に引き上
げる引張強度試験を実施した。尚、この試験方法を模式
的に図５に示す。図５の定盤２４に図４に示した本発明
の電極端子接合セラミックス部材の試片を載せ、そのセ
ラミックス基材２１を固定治具２５で押さえ、Ｍｏ製電
極端子２３を掴み治具２６で把持して、セラミックス基
材２１の上面に対して垂直方向に０.５ｍｍ／秒の移動
速度で引っ張り、電極端子２３の剥離した時点での荷重
を未ッ約強度とした。その結果、密着強度は７〜８ｋｇ
であり、実用上問題無いことが分った。

【００４０】残りの１枚の窒化アルミニウムからなるセ
ラミックス基材上に、上記と同じ組成のＹ_２Ｏ_３−Ｃａ
Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３ガラス粉末のペーストを印刷した。この
印刷したガラス粉末ペーストを５００℃で脱脂した後、
図１に示すように、上記のＭｏ製電極端子を直接接合し
たセラミックス基材にＷメタライズ層を間に挟むように
重ね、且つ電極端子を外側に突出させて、Ｍｏ製の治具
で固定して重しを載せ、窒素中にて１０００℃で接合し
た。

【００４１】このようにして得られたＷメタライズ層か
らなるヒーター配線を内蔵したセラミックス部材につい
て、電極端子の他端にＭ３の雌ネジを備えた外部配線を
捻込み、２００Ｖの電圧で電流を流すことによって、セ
ラミックス部材表面を８００℃まで昇温することができ
た。また、室温（２５℃）から８００℃のヒートサイク
ルテストを行ったところ、１０００回以上でも電極端子
を接合した部分に割れやクラックは認められなかった。

【００４２】実施例２ 上記実施例１と同一の手順に従って、表面にＷペースト
を渦巻状に印刷したセラミックス基材を作製し、そのＷ
ペーストからなる電極端子接合用のパッド部にＭｏ製電
極端子の一端を直接接合した。ただし、その際に、Ｗメ
タライズ層の焼成後の厚み１５μｍに対して、電極端子
の接合端面の面粗度をＲｍａｘで６〜７μｍとなるよう
に予め加工した。

【００４３】焼付けられたＷメタライズ層にＭｏ製電極
端子の一端が直接接合されていた。また、実施例１と同
様の引張強度試験を実施したところ、密着強度は５〜７
ｋｇであった。

【００４４】実施例３ 上記実施例１と同一の手順に従って、表面にＷペースト
を渦巻状に印刷したセラミックス基材を作製し、そのＷ
ペーストからなる電極端子接合用のパッド部にＭｏ製の
電極端子の一端を直接接合した。ただし、その際にＭｏ
製の電極端子の接合端面における面粗度を、Ｗメタライ
ズ層の焼結後の厚み１５μｍに対して、Ｒｍａｘで１０
〜１５μｍとした。

【００４５】焼付けられたＷメタライズ層にＭｏ製電極
端子の一端が直接接合されていた。また、実施例１と同
様の引張強度試験を実施したところ、密着強度は４〜５
ｋｇであった。

【００４６】実施例４ 窒化ケイ素粉末に、燒結助剤としてＹ_２Ｏ_３粉末２重量
％及びＡｌ_２Ｏ_３粉末３重量％と、有機バインダーとし
てポリビニルアルコールを添加し、分散混練してペース
トとした。このペーストを、燒結後の厚みが１.０ｍｍ
になるように、ドクターブレード成形し、乾燥させた
後、燒結後の直径が３５０ｍｍになるように金型で打ち
抜いて、円板形の２枚の成形体を得た。これらの成形体
を８００℃の窒素中で脱脂した後、１６００℃で４時間
燒結した。得られた各Ｓｉ_３Ｎ_４燒結体の上下面をダイ
ヤモンド砥粒にて研磨して、それぞれセラミックス基材
とした。

【００４７】次に、Ｗ粉末と、組成を１０重量％Ｙ_２Ｏ
_３−５重量％ＳｒＯ−５重量％Ａｌ _２Ｏ_３−２重量％Ｓ
ｉＯ_２に調整した混合ガラス粉末とを、バインダーであ
るエチルセルロースと混練してペーストとし、１枚のセ
ラミックス基材上に印刷した。印刷パターンはライン幅
２ｍｍ及びライン間隔２ｍｍのラインパターンであり、
これを中央部から外周部に行き更に中央部に戻る往復し
た渦巻状に形成し、円板形のセラミックス基材の中央部
に来る両端部に直径５ｍｍの電極端子接合用のパッド部
をそれぞれ形成した。

【００４８】このように表面にＷペーストを渦巻状に印
刷したセラミックス基材を、窒素中にて８００℃で脱脂
した。その後、Ｗペーストからなる電極端子接合用のパ
ッド上に、他端にＭ３×５ｍｍの雄ネジを有するＭｏ製
電極端子の一端を垂直に挿入してＭｏ治具で支持し、そ
の電極端子の他端に１００ｇ／ｍｍ^２の圧力が掛かるよ
うに重しを乗せた状態で、窒素中にて１６００℃で焼付
けた。尚、Ｗメタライズ層の焼成後の厚み１５μｍに対
して、予め電極端子の接合端面の面粗度をＲｍａｘで３
〜５μｍに加工した。

【００４９】焼付けられたＷメタライズ層にはＭｏ製電
極端子の一端が直接接合されており、超音波探傷で両者
の接合界面を解析したが未接合部は全く見られなかっ
た。また、実施例１と同様に、セラミックス基材を固定
し、Ｗメタライズ層に直接接合されたＷ製電極端子の他
端を垂直方向に引き上げる引張強度試験を実施したとこ
ろ、密着強度は７〜９ｋｇであり実用上問題無いことが
分った。

【００５０】残りの１枚の窒化ケイ素からなるセラミッ
クス基材上に、上記と同じ組成のＹ _２Ｏ_３−ＳｒＯ−Ａ
ｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２ガラス粉末のペーストを印刷した。
この印刷したガラス粉末ペーストを５００℃で脱脂した
後、上記のＭｏ製電極端子を直接接合したセラミックス
基材にＷメタライズ層を間に挟むように重ね、且つ電極
端子を外側に突出させて、Ｍｏ製の治具で固定して重し
を載せ、窒素中にて１０００℃で接合した。

【００５１】得られたヒーター配線を内蔵したセラミッ
クス部材について、電極端子の他端にＭ３の雌ネジを有
する外部配線を捻込み、２００Ｖの電圧で電流を流すこ
とによって、セラミックス基材表面を８００℃まで昇温
することができた。また、室温（２５℃）から８００℃
のヒートサイクルテストを行ったが、１０００回以上で
も電極端子を接合した部分に割れやクラックは認められ
なかった。

【００５２】実施例５ 酸窒化アルミニウム粉末に、燒結助剤としてＹ_２Ｏ_３粉
末２重量％及びＡｌ_２Ｏ_３粉末３重量％と、有機バイン
ダーとしてポリビニルアルコールを添加し、分散混練し
てペーストとした。このペーストを、燒結後の厚みが
１.０ｍｍになるようにドクターブレード成形し、これ
を乾燥させた後、燒結後の直径が３５０ｍｍになるよう
に金型で打ち抜いて、円板形の２枚の成形体を得た。こ
れらの成形体を８００℃の窒素中で脱脂した後、１７５
０℃で４時間燒結した。得られた各ＡｌＯＮ燒結体の上
下面をダイヤモンド砥粒にて研磨して、それぞれセラミ
ックス基材とした。

【００５３】次に、Ｗ粉末と、組成を１０重量％Ｙ_２Ｏ
_３−５重量％ＳｒＯ−５重量％Ａｌ _２Ｏ_３−２重量％Ｓ
ｉＯ_２に調整した混合ガラス粉末とを、バインダーであ
るエチルセルロースと混練してペーストとし、１枚のセ
ラミックス基材上に印刷した。印刷パターンはライン幅
２ｍｍ及びライン間隔２ｍｍのラインパターンであり、
これを中央部から外周部に行き更に中央部に戻る往復し
た渦巻状に形成し、円板形のセラミックス基材の中央部
に来る両端部に直径５ｍｍの電極端子接合用のパッド部
をそれぞれ形成した。

【００５４】このように表面にＷペーストを渦巻状に印
刷したセラミックス基材を、窒素中にて８００℃で脱脂
した。その後、Ｗペーストからなる電極端子接合用のパ
ッド部に、他端にＭ３×５ｍｍの雄ネジを有するＭｏ製
の電極端子の一端を垂直に挿入してＭｏ治具で支持し、
その電極端子の他端に１００ｇ／ｍｍ^２の圧力が掛かる
ように重しを乗せた状態で、窒素中にて１５５０℃で焼
付けた。尚、Ｗメタライズ層の焼成後の厚み２０μｍに
対して、予め電極端子の接合端面の面粗度をＲｍａｘで
３〜５μｍに加工した。

【００５５】焼付けられたＷメタライズ層にはＭｏ製電
極端子の一端が直接接合されており、超音波探傷で両者
の接合界面を解析したが未接合部は全く見られなかっ
た。また、実施例１と同様に、セラミックス基材を固定
し、Ｗメタライズ層に直接接合されたＭｏ製電極端子の
他端を垂直方向に引き上げる引張強度試験を実施したと
ころ、密着強度は７〜８ｋｇであり実用上問題無いこと
が分った。

【００５６】残りの１枚の酸窒化アルミニウムからなる
セラミックス基材上に、上記と同じ組成のＹ_２Ｏ_３−Ｓ
ｒＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２ガラス粉末のペーストを印
刷した。この印刷したガラス粉末ペーストを５００℃で
脱脂した後、上記のＭｏ製電極端子を直接接合したセラ
ミックス基材にＷメタライズ層を間に挟むように重ね、
且つ電極端子を外側に突出させて、Ｍｏ製の治具で固定
して重しを載せ、窒素中にて１０００℃で接合した。

【００５７】得られたヒーター配線を内蔵したセラミッ
クス部材について、電極端子の他端にＭ３の雌ネジを有
する外部配線を捻込み、２００Ｖの電圧で電流を流すこ
とによって、セラミックス基材表面を８００℃まで昇温
することができた。また、室温（２５℃）から８００℃
のヒートサイクルテストを行ったが、１０００回以上で
も電極端子を接合した部分に割れやクラックは認められ
なかった。

【００５８】実施例６ 炭化ケイ素粉末に、燒結助剤としてＢ_４Ｃ粉末とカーボ
ンをそれぞれ１重量％と、有機バインダーとしてポリビ
ニルアルコールを添加し、分散混練してペーストとし
た。このペーストを、燒結後の厚みが１.０ｍｍになる
ようにドクターブレード成形し、これを乾燥させた後、
燒結後の直径が３５０ｍｍになるように金型で打ち抜い
て、円板形の２枚の成形体を得た。これらの成形体を８
００℃の窒素中で脱脂した後、１９００℃で４時間燒結
した。得られた各ＳｉＣ燒結体の上下面をダイヤモンド
砥粒にて研磨して、それぞれセラミックス基材とした。

【００５９】次に、Ｗ粉末と、組成を１０重量％Ｎｄ_２
Ｏ_３−５重量％ＣａＯ−５重量％Ａｌ_２Ｏ_３−２重量％
ＳｉＯ_２に調整した混合ガラス粉末とを、バインダーで
あるエチルセルロースと混練してペーストとし、１枚の
セラミックス基材上に印刷した。印刷パターンはライン
幅２ｍｍ及びライン間隔２ｍｍのラインパターンであ
り、これを中央部から外周部に行き更に中央部に戻る往
復した渦巻状に形成し、円板形のセラミックス基材の中
央部に来る両端部に直径５ｍｍの電極端子接合用のパッ
ド部をそれぞれ形成した。

【００６０】このように表面にＷペーストを渦巻状に印
刷したセラミックス基材を、窒素中にて８００℃で脱脂
した。その後、Ｗペーストからなる電極端子接合用のパ
ッド部に、他端にＭ３×５ｍｍの雄ネジを有するＭｏ製
電極端子の一端を垂直に挿入してＭｏ治具で支持し、そ
の電極端子の他端に１００ｇ／ｍｍ^２の圧力が掛かるよ
うに重しを乗せた状態で、窒素中にて１７００℃で焼付
けた。尚、Ｗメタライズ層の焼成後の厚み１５μｍに対
して、予め電極端子の接合端面の面粗度をＲｍａｘで３
〜５μｍに加工した。

【００６１】焼付けられたＷメタライズ層にはＭｏ製電
極端子の一端が直接接合されており、超音波探傷で両者
の接合界面を解析したが未接合部は全く見られなかっ
た。また、実施例１と同様に、セラミックス基材を固定
し、Ｗメタライズ層に直接接合されたＭｏ製電極端子の
他端を垂直方向に引き上げる引張強度試験を実施したと
ころ、密着強度は７〜８ｋｇであり実用上問題無いこと
が分った。

【００６２】残りの１枚の炭化ケイ素からなるセラミッ
クス基材上に、上記と同じ組成のＮｄ_２Ｏ_３−ＣａＯ−
Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２ガラス粉末のペーストを印刷し
た。この印刷したガラス粉末ペーストを５００℃で脱脂
した後、上記のＭｏ製電極端子を直接接合したセラミッ
クス基材にＷメタライズ層を間に挟むように重ね、且つ
電極端子を外側に突出させて、Ｍｏ製の治具で固定して
重しを載せ、窒素中にて１０００℃で接合した。

【００６３】得られたヒーター配線を内蔵したセラミッ
クス部材について、電極端子の他端にＭ３の雌ネジを有
する外部配線を捻込み、２００Ｖの電圧で電流を流すこ
とによって、セラミックス基材表面を８００℃まで昇温
することができた。また、室温（２５℃）から８００℃
のヒートサイクルテストを行ったが、１０００回以上で
も電極端子を接合した部分に割れやクラックは認められ
なかった。

【００６４】実施例７ 酸化アルミニウム粉末に、燒結助剤としてＭｇＯ粉末２
重量％と、有機バインダーとしてポリビニルアルコール
を添加し、分散混練してペーストとした。このペースト
を、燒結後の厚みが１.０ｍｍになるようにドクターブ
レード成形し、乾燥させた後、燒結後の直径が３５０ｍ
ｍになるように金型で打ち抜いて、円板形の２枚の成形
体を得た。これらの成形体を８００℃の窒素中で脱脂し
た後、１５００℃で４時間燒結した。

【００６５】以後、実施例５の酸窒化アルミニウム基材
の場合と同じ手法により、Ｍｏ製電極端子を直接接合し
た。この電極端子の密着強度は７〜８ｋｇであり、実用
上問題ないことが分った。また、室温（２５℃）から８
００℃のヒートサイクルテストにおいて、１０００回以
上でも電極端子を接合した部分に割れやクラックは認め
られなかった。

【００６６】実施例８ Ｗペーストの代りにＭｏペーストを用いた以外は、前記
実施例１と同じ手法により、Ｍｏ製電極端子接合セラミ
ックス部材を製造した。得られた電極端子の密着強度は
７〜８ｋｇであり、実用上問題ないことが分った。ま
た、室温（２５℃）から８００℃のヒートサイクルテス
トにおいて、１０００回以上でも電極端子を接合した部
分に割れやクラックは認められなかった。

【００６７】実施例９〜１２ 上記実施例１と同じ手法により、電極端子の材質のみを
Ｗ（実施例９）、Ｗ−Ｍｏ（実施例１０）、Ｎｂ（実施
例１１）、及びＴａ（実施例１２）とした電極端子接合
セラミックス部材を製造した。

【００６８】各実施例における電極端子の密着強度は、
Ｗ（実施例９）が８〜１０ｋｇ、Ｗ−Ｍｏ（実施例１
０）が８〜９ｋｇ、Ｎｂ（実施例１１）が５〜７ｋｇ、
及びＴａ（実施例１２）が７〜８ｋｇであり、実用上問
題ないことが分った。また、室温（２５℃）から８００
℃のヒートサイクルテストにおいて、１０００回以上で
も電極端子を接合した部分に割れやクラックは認められ
なかった。

【００６９】実施例１３ 上記実施例１と同一の手順により表面にＷペーストを渦
巻状に印刷したセラミックス基材を作製した後、これを
窒素中にて８００℃で脱脂し、そのまま窒素中において
１６００℃で焼付けてＷメタライズ層とした。

【００７０】その後、焼付けられたＷメタライズ層の電
極端子接合用パッド部に、他端にＭ３×５ｍｍの雄ネジ
を有するＭｏ製電極端子の一端を垂直に挿入してＭｏ治
具を用いて立て、その電極端子の他端に１００ｇ／ｍｍ
^２の圧力が掛かるように重しを乗せた状態で、窒素中に
て１６００℃で焼付けた。このとき、Ｗメタライズ層の
焼成後の厚み１５μｍに対して、予め電極端子の接合端
面の面粗度をＲｍａｘで３〜５μｍに加工した。

【００７１】Ｍｏ製電極端子の一端はＷメタライズ層に
直接接合された。超音波探傷で両者の接合界面を解析し
たところ、未接合部は観察されなかった。また、実施例
１と同様の引張強度試験を実施したところ、密着強度は
７〜８ｋｇであった。

【００７２】実施例１４〜１５ 上記実施例１と同じ手法により、Ｍｏ製電極端子接合セ
ラミックス部材を製造した。この電極端子の表面に、厚
み５μｍのＮｉメッキ（実施例１４）、及び厚み５μｍ
のＮｉメッキとその上に厚み２μｍのＡｕメッキ（実施
例１５）を、それぞれ施した。

【００７３】各実施例における電極端子の密着強度は、
いずれも７〜８ｋｇであり、メッキ処理による強度低下
はないことが分った。また、室温（２５℃）から８００
℃のヒートサイクルテストにおいて、１０００回以上で
も電極端子を接合した部分に割れやクラックは認められ
なかった。

【００７４】前記実施例１の電極端子接合セラミックス
部材と、実施例1４及び１５の各電極端子接合セラミッ
クス部材を、それぞれＣＦ_４プラズマ中にて耐腐食性試
験を実施したところ、実施例１の電極端子接合セラミッ
クス部材に対して実施例1４及び１５の各電極端子接合
セラミックス部材のエッチング量はそれぞれ１／１０及
び１／１５であり、耐腐食性が向上していることが分っ
た。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、ヒーター配線や静電チ
ャック用電極、あるいは下部ＲＦ電極を高融点金属のメ
タライズ層で形成して、薄型の半導体製造装置用のセラ
ミックス部材を製造する際に、半導体製造装置で不純物
として嫌われるＡｇを初めとする重金属を含んだロウ材
や半田を用いることなく、外部配線に容易に接続するた
めの電極端子を高融点金属メタライズ層に直接接合する
ことができる。

【００７６】従って、本発明によれば、半導体製造装置
内に不純物として避けるべきＡｇなどの重金属成分が揮
発混入することがなく、ヒーター機能や静電チャック機
能を有すると共に、外部配線への電極端子を備えたウェ
ハ保持体やシャワーヘッドのような半導体製造装置用の
電極端子接合セラミックス部材を、量産性よく製造して
安価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体製造装置用電極端子接合セラミ
ックス部材の一具体例を示す概略の断面図である。

【図２】本発明の半導体製造装置用電極端子接合セラミ
ックス部材であるウェハ保持体を備えたＲＦプラズマＣ
ＶＤ装置を示す模式的な図である。

【図３】実施例１においてセラミックス基材上にＷペー
ストで形成したヒーターパターンを示す概略の平面図で
ある。

【図４】実施例１の電極端子を直接接合した状態のセラ
ミックス部材を模式的に示す断面図である。

【図５】電極端子接合セラミックス部材における電極端
子の引張強度試験を説明するための概略の断面図であ
る。

【符号の説明】

１ セラミックス部材 ２ 高融点金属メタライズ層 ３ 高融点金属電極端子 ４ ガラス層 ５ セラミックス基材 ６ ヒーターパターン ７ 外部配線 １０ ウェハ保持体 １１ ヒーター配線 １２ 静電チャック用電極 １３ 下部ＲＦ電極 １４ 上部ＲＦ電極 １５ チャンバ １６ 支持体 １７ シャワーヘッド １８ 半導体ウェハ ２１ セラミックス基材 ２２ Ｗメタライズ層 ２３ Ｍｏ製電極端子 ２４ 定盤 ２５ 固定治具 ２６ 掴み治具

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ ５Ｆ１０３ (72)発明者 石井 隆 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 仲田 博彦 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 4G026 BA03 BA14 BA16 BA17 BA19 BB21 BC01 BD02 BD11 BE01 BF36 BF44 BG06 BG22 BG27 BH06 5F004 BB18 BB22 BB26 BB28 BB29 BC08 CA04 5F031 CA02 HA03 HA17 HA37 5F045 AA08 BB14 DP04 DQ10 EB03 EF05 EH05 EK09 EM05 EM09 5F046 CC08 5F103 BB42 BB60

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックス基材と、該セラミックス基
   材上に形成された金属酸化物を含有する高融点金属メタ
   ライズ層と、該高融点金属メタライズ層に一端が何ら接
   合層を介することなく直接接合された高融点金属電極端
   子とを備えることを特徴とする半導体製造装置用電極端
   子接合セラミックス部材。
2. 【請求項２】 前記セラミックス基材が、窒化アルミニ
   ウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウム及び
   酸窒化アルミニウムから選ばれた１種を主成分とするセ
   ラミックスからなることを特徴とする、請求項１に記載
   の半導体製造装置用電極端子接合セラミックス部材。
3. 【請求項３】 前記高融点金属メタライズ層が、モリブ
   デン及びタングステンから選ばれた少なくとも１種を５
   ０重量％以上含んでいることを特徴とする、請求項１又
   は２に記載の半導体製造装置用電極端子接合セラミック
   ス部材。
4. 【請求項４】 前記高融点金属メタライズ層に含まれる
   金属酸化物が、IIＡ族元素、IIIＡ族元素、ケイ素、及
   びアルミニウムから選ばれた少なくとも１種の元素の酸
   化物からなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれ
   かに記載の半導体製造装置用電極端子接合セラミックス
   部材。
5. 【請求項５】 前記高融点金属電極端子が、融点１４０
   ０℃以上の金属からなることを特徴とする、請求項１〜
   ４のいずれかに記載の半導体製造装置用電極端子接合セ
   ラミックス部材。
6. 【請求項６】 前記高融点金属電極端子が、モリブデ
   ン、タングステン、モリブデン−タングステン、ニオ
   ブ、及びタンタルから選ばれた1種からなることを特徴
   とする、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体製造装
   置用電極端子接合セラミックス部材。
7. 【請求項７】 前記高融点金属電極端子の少なくとも一
   端が、外部配線との接続用の雄ネジ又は雌ネジ構造を有
   することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載
   の半導体製造装置用電極端子接合セラミックス部材。
8. 【請求項８】 前記高融点金属電極端子の表面が、ニッ
   ケル又は金でメッキ処理されていることを特徴とする、
   請求項１〜７のいずれかに記載の半導体製造装置用電極
   端子接合セラミックス部材。
9. 【請求項９】 前記高融点金属電極端子の一端における
   前記高融点金属メタライズ層との接合端面の表面粗度Ｒ
   ｍａｘが、該高融点金属メタライズ層の厚みの１／２以
   下であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに
   記載の半導体製造装置用電極端子接合セラミックス部
   材。
10. 【請求項１０】 セラミックス基材の表面上に、金属酸
    化物粉末を含む高融点金属粉末のペーストを塗布した
    後、該ペーストの一部に高融点金属電極端子の一端を挿
    入した状態に保持しながら焼成することにより、該ペー
    ストから得られた高融点金属メタライズ層に前記高融点
    金属電極端子の一端を直接接合することを特徴とする半
    導体製造装置用電極端子接合セラミックス部材の製造方
    法。
11. 【請求項１１】 前記高融点金属電極端子の一端におけ
    る接合端面の表面粗度Ｒｍａｘを、焼成後における高融
    点金属メタライズ層の厚みの１／２以下とすることを特
    徴とする、請求項１０に記載の半導体製造装置用電極端
    子接合セラミックス部材の製造方法。
12. 【請求項１２】 セラミックス粉末成形体の表面上に、
    金属酸化物粉末を含む高融点金属粉末のペーストを塗布
    した後、該ペーストの一部に高融点金属電極端子の一端
    を挿入した状態に保持しながら焼成することにより、前
    記成形体からセラミックス基材を得ると同時に、前記ペ
    ーストから得られた高融点金属メタライズ層に前記高融
    点金属電極端子の一端を直接接合することを特徴とする
    半導体製造装置用電極端子接合セラミックス部材の製造
    方法。
13. 【請求項１３】 前記高融点金属電極端子の一端におけ
    る接合端面の表面粗度Ｒｍａｘを、焼成後における高融
    点金属メタライズ層の厚みの１／２以下とすることを特
    徴とする、請求項１２に記載の半導体製造装置用電極端
    子接合セラミックス部材の製造方法。
14. 【請求項１４】 セラミックス基材の表面上に、金属酸
    化物粉末を含む高融点金属粉末のペーストを塗布した後
    焼成し、該焼成層の一部に高融点金属電極端子の一端が
    挿入されるように押し付けながら加熱接合することによ
    り、前記ペーストから得られた高融点金属メタライズ層
    に前記高融点金属電極端子の一端を直接接合することを
    特徴とする半導体製造装置用電極端子接合セラミックス
    部材の製造方法。
15. 【請求項１５】 前記高融点金属電極端子の一端におけ
    る接合端面の表面粗度Ｒｍａｘを、焼成後における高融
    点金属メタライズ層の厚みの１／２以下とすることを特
    徴とする、請求項１４に記載の半導体製造装置用電極端
    子接合セラミックス部材の製造方法。