JP2003163259A - 内部電極を有するセラミック部品の製造方法および内部電極を有するセラミック部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 立体構造の内部電極を有するセラミック
部品を効率よく得ることができる技術を提供すること。 【解決手段】 セラミック粉末を加圧成形することによ
り第１のセラミック粉末層４１を形成し、該第１のセラ
ミック粉末層４１の表面に、第１の電極層４２を設け、
更に該第１の電極片層４２上に、セラミック粉末を加圧
成形する際の加圧方向に沿って縮退可能であるよう構成
された導通部材２３を、その一端側が第１の電極層４２
と接触した状態となるよう立設して、且つ、セラミック
粉末を加圧成形することにより、、導通部材２３が埋没
する厚さの第２のセラミック粉末層４４を形成する。こ
れらの工程にて得た第２のセラミック粉末層４４の表面
に、導通部材２３の他端側と接触した状態となるよう、
第２の電極層４５を設け、加圧成形することにより、第
２の電極層の上に第３のセラミック粉末層４６を形成す
る。しかる後、上記積層体を焼成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ホットプレス焼成
法を用いた、内部電極を有するセラミック部品の製造方
法、および同方法によって得られた内部電極を有するセ
ラミック部品に関するものである。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】一般に、セラミック材
料は金属材料に比して、薬品やガスに侵食されにくく、
極めて耐食性に優れている。こうした理由から、過酷な
条件下で使用される装置の部品は、セラミック材料から
構成されることが多い。

【０００３】たとえば、半導体製造装置や、液晶ディス
プレイやプラズマディスプレイをはじめとするフラット
パネルディスプレイの製造装置、更には化学薬品処理装
置などは、過度の腐食環境下にて各種材料（以下、被処
理物と言う）に処理を施すのに用いられる。それゆえ、
こうした装置には、セラミック材料から構成された部品
が数多く使用されている。特に、腐食環境下にて被処理
物を加熱する際には、セラミック製の版状体に電極を埋
設してなるセラミックヒータなどが使用されている。

【０００４】近年は、こうしたセラミック部品として、
耐食性だけでなく熱伝導性にも優れた窒化アルミニウム
製のものが主流となっている。特に半導体製造装置にお
いては、窒化アルミニウムの焼結体中に電極を埋設して
得たヒータ、静電チャック、更にはサセプタ（プラズマ
発生用の電極を内蔵したセラミック部品）が、好んで使
用されるようになってきている。

【０００５】ところで、内部電極を有するセラミック部
品を製造するにあたっては、この内部電極となる金属薄
板をセラミック粉末（原料粉末）中に埋設しておき、そ
れを一体焼成する方法（ホットプレス法）を用いるのが
最も効率がよい。ちなみに、次のような製造方法も知ら
れている。すなわち、まずは、窒化アルミニウム製のグ
リーンシートに金属ペーストを塗布（スクリーン印刷）
し、最終的に電極となる層を形成する。次に、このグリ
ーンシートを所定枚数積層させ、更に加圧して互いに圧
着させた後、このグリーンシート積層成形体を所定温度
で焼成する。こうした手法によっても、上述した内部電
極を有するセラミック部品を得ることができる。

【０００６】しかしながら、このグリーンシートを使用
する方法には、歩留りが低いという欠点がある。これ
は、焼成処理の際、グリーシート積層成形体はかなり収
縮するが、この収縮の仕方が一様ではなく、電極に歪み
が生じることが多いためである。加えて、電極の厚さが
不均一となりやすく、設計どおりの電気的特性を得るの
が難しいという問題点もある。こうしたことから、グリ
ーンシート積層成形体を焼成して得たセラミック部品よ
りも、上記ホットプレス法を用いて得たものの方が概し
て高品質である、と言える。

【０００７】このようにして得られる静電チャックやヒ
ータなどのセラミック部品は、当然のことながら、一端
側が外部に突出し、かつ、他端側が上記内部電極に接続
された端子（以下、電極取出し端子と言う）を具備して
いる。この電極取出し端子は、セラミック部品（正確に
はセラミックからなる版状の本体部）の所定位置、たと
えば周縁部に穴開け加工を施し、内部電極を露出させる
工程を経て、この内部電極に接続されることになる。

【０００８】さて、近年、こうしたセラミック部品を用
いて構成される半導体製造装置などの各種装置は、ます
ます多様化する傾向にある。そして、これに伴って、そ
の構成要素であるセラミック部品の様態も次第に複雑化
してきている。具体的には、たとえば図９（一部を断面
にて示すセラミック部品の側面図）に示すようなセラミ
ック部品が求められている。ここで、同図に示すセラミ
ック部品は、その取り付け部位側の制約で、内部電極
（主電極片）５１の領域外に、別の内部電極（補助電極
片）５２を用いて、電極取出し端子５３を配置したもの
である。

【０００９】図９のような立体構造の内部電極を有する
セラミック部品を得ようとした場合、その製造手順は次
のようなものとなる。すなわち、まずはホットプレス法
を用いて、内部電極５１，５２を備えたセラミック製の
版状体を得る。次に、この版状体に穴開け加工を施し
て、凹部５４を形成する。そして最後に、金属ピンなど
の導通部材５５を内部電極５１および内部電極５２に接
続（はんだ付け、あるいはろう付けなど）することで、
図９のセラミック部品は完成となる。

【００１０】ところで、こうした製法を用いて得られた
セラミック部品は、内部電極５１と内部電極５２とを接
続している部分が露出した状態となる。そして、この状
態で各種処理に供すると、露出部分において放電や腐食
などの好ましくない現象が生じるため、図９のセラミッ
ク部品はそのまま使用することはできない。すなわち、
凹部５４の開口は完全に閉塞しておく必要がある。

【００１１】これまで上記凹部開口の閉塞は、凹部内に
絶縁物、殊に基材（本体部）と同じ材料（たとえば窒化
アルミニウム）からなる絶縁物を詰め込み、それを本体
部と一体化させることによりなされていた。しかしなが
ら、これには、熱処理温度が１５００℃以上にもなる固
相拡散接合法を使用しなければならず、この際の熱ひず
みで、本体部に反りなどの不具合が発生することがあっ
た。また、言うまでもなく、この固相拡散接合法を用い
ての絶縁物接合作業は、処理工程が著しく複雑であり、
製造コストの大幅な上昇が避けられない。こうした理由
から、これまで図９に示すようなセラミック部品を製造
するのは、極めて困難であった。

【００１２】なお、図１０（一部を断面にて示すセラミ
ック部品の側面図）に示すようなセラミック部品、すな
わち複数の内部電極（共に主電極片）６１ａ，６１ｂを
互いに離間させた状態で上下に配置し、導通部材６２で
両者を接続してなるセラミック部品を得ようとした場合
にも、やはり上記のような点が問題となってくる。

【００１３】したがって、本発明が解決しようとする課
題は、立体構造の内部電極を有するセラミック部品を効
率よく得ることができる技術を提供することである。更
に詳しくは、セラミック製の本体部内に、この本体部の
厚さ方向に沿って互いに離間した第１の電極片および第
２の電極片を導通部材によって接続して形成された電極
を配設してなる、内部電極を有するセラミック部品を効
率よく得ることができる技術を提供することである。ま
た、生産性に優れた、上記構造の内部電極を有するセラ
ミック部品を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するべ
く、鋭意研究を推し進める過程で、本発明者は、あらか
じめ導通部材を埋め込んでおくことを考えた。すなわ
ち、ホットプレス法を用いた場合、上述したような立体
構造の内部電極を有するセラミック部品は、概して、 セラミック粉末を加圧成形することにより第１のセラ
ミック粉末層を形成する工程、 第１のセラミック粉末層の表面に、立体構造の内部電
極の一部である電極片、すなわち第１の電極片となる層
を設ける工程、 セラミック粉末を加圧成形することにより、第１の電
極片となる層の上に、第２のセラミック粉末層を形成す
る工程、 第２のセラミック粉末層の表面に、立体構造の内部電
極の一部である電極片、すなわち第２の電極片となる層
を設ける工程、 セラミック粉末を加圧成形することにより、第２の電
極片となる層の上に、第３のセラミック粉末層を形成す
る工程、 このようにして得た積層体を焼成する工程を経て製造
される。

【００１５】本発明者は、上記の工程と上記の工程
との間に、更に、第１の電極片となる層の上に、たとえ
ば金属ピンのような導通部材を、その一端側が第１の電
極片となる層と接触した状態となるよう立設する工程を
追加すれば、上記課題を解決できるのではないかと考え
た。なお、この場合、言うまでもなく上記の工程で
は、第２の電極片となる層は、上記導通部材の他端側と
接触した状態となるよう設けられる。

【００１６】ところが、こうした手法は、後に穴開け加
工を施して導通部材を設ける場合よりも、確かに理論上
は生産効率が向上するのであるが、実際には、高品質な
セラミック部品を製造できないことが判明した。すなわ
ち、ホットプレス法によってセラミック部品を製造する
場合、上述したように、セラミック粉末を加圧成形する
処理が行われるが、金属ピンのような導通部材がセラミ
ック粉末中に存在していると、それが障害物となって、
十分にセラミック粉末を加圧することができない。こう
した不具合を回避するため短めの導通部材を用いると、
その先端が、押し固められたセラミック粉末層の表面に
現れず、後の工程が実施不可能となってしまう。

【００１７】こうした理由から上記手法では、言いかえ
れば、導通部材をあらかじめセラミック粉末層中に配置
する工程を付加する方法では、立体構造の内部電極を有
するセラミック部品を効率よく得るどころか、セラミッ
ク部品自体を得ることができない。つまり、同方法で
は、少なくとも高品質なセラミック部品を製造すること
は、実質上、不可能である。

【００１８】本発明者は、こうした実情に鑑みて更に研
究を推し進めた結果、導通部材として、金属ピンのよう
な剛体ではなく、加えられた力によって容易に変形する
ような特性（正確には、セラミック粉末を加圧成形する
際の加圧方向に沿って縮退可能であるような特性）を有
するものを用いれば、上述したような不具合を解消でき
ることを突き止めた。

【００１９】すなわち本発明者は、上記の工程と上記
の工程との間に、更に、第１の電極片となる層の上
に、セラミック粉末を加圧成形する際の加圧方向に沿っ
て縮退可能であるよう構成された導通部材を、その一端
側が第１の電極片となる層と接触した状態となるよう立
設する工程を追加することで、上記課題が解決できるこ
とを見出した。なお、この場合、言うまでもなく、上記
の工程にて形成される第２のセラミック粉末層の厚さ
は、導通部材が埋没するようなものとなる。また、上記
の工程では、第２の電極片となる層は、導通部材の他
端側と接触した状態となるよう設けられる。

【００２０】さて、上述した特徴的な工程を具備してな
る製造方法を用いた場合には、セラミック粉末を加圧成
形する処理を行う際、導通部材がプレス機の進行を阻む
障害物となることはなく、この導通部材は、押し固めら
れるセラミック粉末層の厚さが減少するのに自在に追従
して、その高さが小さくなっていく。つまり、導通部材
は縮退していく。よって、セラミック粉末中に導通部材
をあらかじめ存在させておいても、セラミック粉末を十
分に加圧して確実に成形することができるようになる。
しかも、導通部材として十分な長さのものを用いること
ができるから、その先端が、押し固められたセラミック
粉末層の表面に現れず、後の工程が実施不可能となって
しまうといった問題も起きない。

【００２１】この結果、立体構造の内部電極を有するセ
ラミック部品を効率よく得ることができるようになる。
更に詳しくは、セラミック製の本体部内に、この本体部
の厚さ方向に沿って互いに離間した第１の電極片および
第２の電極片を導通部材によって接続して形成された電
極を配設してなる、内部電極を有するセラミック部品を
効率よく得ることができるようになる。言いかえれば、
生産性に優れた、上記構造の内部電極を有するセラミッ
ク部品を提供できるようになる。

【００２２】本発明は、こうした独創的な新知見に基づ
いてなされたものであり、上記の課題は、セラミック製
の本体部内に、この本体部の厚さ方向に沿って互いに離
間した第１の電極片および第２の電極片を導通部材によ
って接続して形成された電極を配設してなる、内部電極
を有するセラミック部品の製造方法であって、セラミッ
ク粉末を加圧成形することにより第１のセラミック粉末
層を形成するＡ工程と、このＡ工程にて得た前記第１の
セラミック粉末層の表面に、前記第１の電極片となる層
を設けるＢ工程と、前記第１の電極片となる層の上に、
セラミック粉末を加圧成形する際の加圧方向に沿って縮
退可能であるよう構成された前記導通部材を、その一端
側が前記第１の電極片となる層と接触した状態となるよ
う立設するＣ工程と、セラミック粉末を加圧成形するこ
とにより、前記第１の電極片となる層の上に、前記導通
部材が埋没する厚さの第２のセラミック粉末層を形成す
るＤ工程と、このＤ工程にて得た前記第２のセラミック
粉末層の表面に、前記導通部材の他端側と接触した状態
となるよう、前記第２の電極片となる層を設けるＥ工程
と、セラミック粉末を加圧成形することにより、前記第
２の電極片となる層の上に、第３のセラミック粉末層を
形成するＦ工程と、このＦ工程を経て得た積層体を焼成
するＧ工程とを具備することを特徴とする内部電極を有
するセラミック部品の製造方法によって解決される。

【００２３】また、上記の課題は、この内部電極を有す
るセラミック部品の製造方法を用いて得られた内部電極
を有するセラミック部品であって、導通部材はコイル状
のものであることを特徴とする内部電極を有するセラミ
ック部品によって解決される。

【００２４】更に、先の課題は、同じく、上記の内部電
極を有するセラミック部品の製造方法を用いて得られた
内部電極を有するセラミック部品であって、導通部材
は、鋸歯状あるいは羊腸状の金属線であることを特徴と
する内部電極を有するセラミック部品によって解決され
る。

【００２５】加えて、先の課題は、同じく、上記の内部
電極を有するセラミック部品の製造方法を用いて得られ
た内部電極を有するセラミック部品であって、導通部材
は、鋸歯状あるいは羊腸状の金属板であることを特徴と
する内部電極を有するセラミック部品によって解決され
る。

【００２６】なお、本発明のセラミック部品において
は、上記第１の電極片、第２の電極片および導通部材を
具備してなる内部電極は、タングステンあるいはモリブ
デンから構成されたものであることが好ましい。すなわ
ち内部電極は、融点が２０００℃を上回る高融点金属か
ら形成されているのが望ましいが、更に、その熱膨張係
数が、セラミック製の本体部のそれと近似しているのが
理想である。こうした特性を備えた金属材料として挙げ
られるのが、上述したタングステンあるいはモリブデン
である。

【００２７】また、本発明のセラミック部品において
は、上記本体部を構成するセラミック材料として、窒化
アルミニウムあるいは窒化ケイ素が挙げられる。

【００２８】そして更に、本発明のセラミック部品は、
静電チャック、ヒータ、サセプタのいずれか一つとして
用いられるのが望ましい。

【００２９】なお、本明細書において、コイル状の導通
部材とは、線材を加工して得たものだけでなく、長尺な
板材を加工して得たものをも含む。また、その外径はむ
ろん均一であっても、不均一であってもよい。したがっ
て、たとえば「竹の子バネ」と呼ばれているような円錐
台状の様態のものも、本明細書で言うコイル状の導通部
材に含まれる。

【００３０】また、本明細書において、鋸歯状の金属線
（導通部材）とは、屈曲部に角が形成されるよう折り曲
げられた金属製の線材を意味する。一方、羊腸状の金属
線（導通部材）とは、屈曲部に角ができないよう折り曲
げられた、言いかえれば屈曲部が円弧状となるよう湾曲
させた金属製の線材を意味する。

【００３１】同じく、本明細書において、鋸歯状の金属
板（導通部材）とは、屈曲部に角が形成されるよう折り
曲げられた金属製の板材（薄板）を意味する。一方、羊
腸状の金属板（導通部材）とは、屈曲部に角ができない
よう折り曲げられた、言いかえれば屈曲部が円弧状とな
るよう湾曲させた金属製の板材（薄板）を意味する。

【００３２】ここで金属板とは、ごく一般的な無損平滑
板材（すなわち孔や凹凸が存在しない板材）だけを意味
するわけではない。たとえば、孔が所定の間隔で多数形
成されてなるパンチングメタルや、金属製の網材（網目
サイズは問わない）なども、本明細書で言う金属板の概
念に含まれる。つまり本明細書においては、幅寸法に比
して厚さが著しく小さな金属製部材を金属板と総称して
いる。なお、こうした条件を満足しない金属製部材につ
いては、上記金属線の範ちゅうに帰属することになる。

【００３３】ところで、上記導通部材としてコイル状の
ものを用いる場合、その線径（線材の直径）は０．０２
ｍｍ以上であることが好ましい。これは、もしも線径が
０．０２ｍｍ未満であると、熱サイクルと呼ばれる加熱
・冷却を何度も繰り返し実施する処理を行った際、稀に
断線を生じることがあるからである。その一方で、コイ
ル状導通部材の線径は、１．０ｍｍ以下であることが好
ましい。これは、線径が１．０ｍｍを超えると、コイル
のピッチを調整するのが急に困難になるからである。更
に言えば、コイルの巻数（Ｎ）は、次の式（１）を満た
すような自然数であることが好ましい。

【００３４】Ｎ≦Ｔ／Ｄ 式（１） ここで、Ｔはセラミック製の本体部における導通部材が
埋設された焼結体層部分の厚さ（単位はｍｍ）、Ｄはコ
イルの線径（単位はｍｍ）である。

【００３５】一方、上記導通部材を金属板から構成する
場合（金属板がパンチングメタルや金属製の網材である
場合にも当てはまる）、その厚さ、すなわち板厚は０．
０２ｍｍ以上であることが好ましい。これは、もしも板
厚が０．０２ｍｍ未満であると、焼成条件によっては、
導通部材が割れることがあるためである。その一方で、
金属板の厚さは、１．０ｍｍ以下であることが好まし
い。これは、板厚が１．０ｍｍを超えると、コイルの場
合と同様、屈曲部のピッチを調整するのが急に困難にな
るからである。更に言えば、屈曲部の総数（Ｍ）は、次
の式（２）を満たすような自然数であることが好まし
い。

【００３６】Ｍ≦（Ｔ／Ｋ）−１ 式（２） ここで、Ｔはセラミック製の本体部における導通部材が
埋設された焼結体層部分の厚さ（単位はｍｍ）、Ｋは金
属板の厚さ（単位はｍｍ）である。

【００３７】こうした事情は、金属板が金属製の網材で
ある場合にも当てはまる。すなわち、導通部材を金属製
の網材から構成する場合、それを形成する素線（金属細
線）の直径は０．０２ｍｍ以上であることが好ましい。
これは、もしも素線の直径が０．０２ｍｍ未満である
と、熱サイクルと呼ばれる加熱・冷却を何度も繰り返し
実施する処理を行った際、ごく稀に断線を生じることが
あるからである。その一方で、素線の直径は１．０ｍｍ
以下であることが好ましい。これも先と同じ理由によ
る。

【００３８】更に言えば、上記セラミック粉末には、希
土類元素の酸化物などの焼結助剤を添加してもよい。あ
るいは、電気的特性、機械的特性、色調などを変化させ
るために、その他の添加物を加えてもよい。但し、その
添加量は、焼結体の熱膨張率が問題となるほど大きく変
化しない程度のものであることが望ましい。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図３を用いて、本発
明の第１実施形態（以下、本実施形態と言う）を具体的
に説明する。ここで、図１は本実施形態に係る内部電極
を有するセラミック部品の断面図、図２は同セラミック
部品を構成する導通部材の自然状態での斜視図、図３
（ａ）〜（ｆ）は本実施形態に係る内部電極を有するセ
ラミック部品の製造方法の各作業工程を示す概略図であ
る。

【００４０】まず、本実施形態に係る、内部電極を有す
るセラミック部品（以下、本セラミック部品と言う）に
ついて説明する。本セラミック部品は、たとえば静電チ
ャックとして用いられるものである。すなわち、減圧雰
囲気下（減圧された製造装置の内部）において、半導体
ウェハやフラットディスプレイパネル、あるいはフレキ
シブル基板などの物品（被吸着物）に所定の加工を施す
際、同物品を一時的に吸着保持するのに使用される。

【００４１】しかしながら、その用途は、むろんこれに
限定されるものではなく、静電チャック以外にも、たと
えばヒータやサセプタなどとして利用される。ここで念
のために言うと、静電チャックはヒータ機能あるいはサ
セプタ機能を具備することもある。だが、こうした二つ
以上の機能を有するものについても、当然のことながら
本発明が対象とするセラミック部品に含まれる。

【００４２】さて、本セラミック部品は、本実施形態に
係る内部電極を有するセラミック部品の製造方法（後に
詳述）を用いて得られた円盤状のものである。図１から
わかるように、本セラミック部品は、概してセラミック
製の本体部１と、その内部に埋め込まれた立体構造を有
する電極すなわち内部電極２と、そして更に、この内部
電極２に接続された電極取出し端子３とからなる。

【００４３】このうち内部電極２は、本体部１の厚さ方
向に沿って互いに離間した第１の電極片２１および第２
の電極片２２と、導通部材２３とからできている。言い
かえれば本実施形態では、第１の電極片２１と第２の電
極片２２とを、この両者と直交する導通部材２３によっ
て電気的に接続することで、これらの部材を構成要素と
する内部電極２を立体構造としている。総じて言うと、
本セラミック部品は、セラミック製の本体部１内に、こ
のようにして形成された内部電極２を配設してなるもの
である。なお、ここでは、第１の電極片２１として円板
状のものを、一方、第２の電極片２２としてリング状
（円弧状）のものを用いたが、むろんそれらの様態はい
かなるものであってもよい。

【００４４】本体部１は一体的な構造体、すなわち焼結
体であり、言うまでもなく互いに分離させることはでき
ないが、便宜的に三つの層、すなわち最も上方に位置
する誘電層１１、上記第1の電極片２１および第２の
電極片２２に挟まれた中間層１２、そして最も下方に
位置し、電極取出し端子３を保持する基層１３に区分け
できる。被吸着物は、誘電層１１の表面に保持され、一
方、基層１３側が、静電チャックとして機能する本セラ
ミック部品を支持する装置に取り付けられる。

【００４５】さて本実施形態では、上記内部電極２を構
成する導通部材２３として、図２に示すごとく、コイル
状のものを用いている。但し、図２では導通部材２３を
自然状態にて示しており、したがって図１の様態では、
このコイル状の導通部材２３は、たとえば自然長Ｌの１
／１０〜１／４程度の長さに押し潰された状態（縮退状
態）となっている。すなわち導通部材２３は、後に詳述
するごとく、セラミック粉末を加圧成形する際の加圧方
向（セラミック製本体部１の厚さ方向）に沿って縮退可
能であれば、あるいは縮退可能であるよう構成されてい
れば、いかなるものであってもよい。

【００４６】本実施形態では内部電極２を、熱膨張係数
が本体部１を構成するセラミック材料（窒化アルミニウ
ム）のそれと、ほぼ等しい高融点金属であるタングステ
ンから構成した。正確には、この内部電極２を構成する
部材のうち、第１の電極片２１および第２の電極片２２
は、タングステンを主成分とする金属ペーストが硬化し
たものからできており、一方、導通部材２３は、タング
ステンを原材料とするコイル材である。但し、タングス
テンに替えてモリブデンを用いてもよく、あるいは（こ
の二つの元素が特に好ましいわけであるが）、それ以外
の金属材料を用いてもよい。また、言うまでもなく、第
１の電極片２１や第２の電極片２２を、金属板（パンチ
ングメタルや網材を含む）から構成してもよい。

【００４７】また本実施形態では、本体部１を構成する
セラミック材料として、耐食性および熱伝導性に優れた
窒化アルミニウムを用いた。だが、これ以外にも、たと
えば窒化アルミニウムと同等の特性を備えた窒化ケイ素
などを採用してもよい。更に言えば、上述した窒化アル
ミニウムや窒化ケイ素などが特に好ましいわけである
が、それ以外の材料、たとえば酸化アルミニウムや窒化
ホウ素などを用いて、本体部１を構成してもよい。

【００４８】電極取出し端子３は、内部電極２に電圧を
印加するのに用いられる給電用のものである。その一端
側は、本体部１、特に基層１３に対して後加工（穴あけ
加工）を施して得た凹部内に挿入され、はんだ付けある
いはろう付けにより、内部電極２、特に第２の電極片２
２に接続されている。この電極取出し端子３を用いて、
内部電極２に所定の電圧を印加することで、本セラミッ
ク部品は静電チャックとして機能し、誘電層１１の表面
に、被吸着物である半導体ウェハなどを吸着する。すな
わち、被吸着物を本セラミック部品によって保持・固定
した状態が得られる。なお、中間層１２あるいは基層１
３の内部には、通電によって発熱する特性を備えた部材
（電熱線など）が埋設されることもある。

【００４９】続いて、本セラミック部品がいかにして製
造されるかについて、すなわち本実施形態に係る、内部
電極を有するセラミック部品の製造方法（以下、本製造
方法と言う）について、図３を用いて詳しく説明する。

【００５０】本製造方法は、上述したとおり、セラミッ
ク製の本体部内に、その厚さ方向に沿って互いに離間し
た第１の電極片および第２の電極片を導通部材によって
接続して形成された内部電極を埋設してなるセラミック
部品を対象とする。

【００５１】本製造方法の実施に際しては、まず、型３
１内にセラミック粉末（窒化アルミニウムを主成分とす
る原料粉末）を充填し、それをプレス機（図示せず）を
用いて加圧成形することにより、第１のセラミック粉末
層４１を形成する〔Ａ工程：図３（ａ）参照〕。

【００５２】次に、このＡ工程にて得た第１のセラミッ
ク粉末層４１の表面に、タングステンを主成分とするペ
ーストを塗布（印刷）することにより、最終的に第１の
電極片となる層４２を設ける〔Ｂ工程：図３（ｂ）参
照〕。

【００５３】このＢ工程にて形成した層４２が固化した
ならば、続いて、この第１の電極片となる層４２の上
に、導通部材４３を立設する〔Ｃ工程：図３（ｃ）参
照〕。なお、この導通部材４３は、上述したように、セ
ラミック粉末を加圧成形する際の加圧方向（鉛直下向
き）に沿って縮退可能であるよう構成されたコイル状の
ものであって、タングステンからできている。そして導
通部材４３を立設する際には、言うまでもなく、この導
通部材４３の一端側（下端側）は、第１の電極片となる
層４２と接触した状態（電気的に接続された状態）とな
るよう固定される。ここでは、この導通部材４３の固定
に、タングステンペーストを用いている。

【００５４】ちなみに、上記の第１の電極片となる層４
２として金属薄板を用いる場合、このＣ工程と先のＢ工
程とが逆になることもある。すなわち、まず金属薄板の
表面に導通部材を固定し、それから第１のセラミック粉
末層４１の上に、この導通部材が固定された金属薄板を
載置することで、上記の第１の電極片となる層４２を形
成してもよい。更に言えば、第１の電極片および第２の
電極片という区分は便宜的なものである。ここでは、円
板状の電極片を先にセラミック粉末層内に配置したの
で、これを第１の電極片と呼び、この円板状の電極片を
配した後にリング状（円弧状）の電極片を配置するよう
にしたので、これを第２の電極片と呼んでいる。

【００５５】しかしながら、リング状（円弧状）の電極
片を先に配置し、円板状の電極片を後から配するような
手順を採用した場合、前者が第１の電極片に、後者が第
２の電極片と見なされる。更に言えば、第１の電極片お
よび第２の電極片ともに、その大きさや形状は、本実施
形態のそれに限定されるものではなく、当然のことなが
ら全く任意である。したがって、両者が同じ大きさ・形
状となることもある。

【００５６】さて、こうして導通部材の取り付けが完了
したならば、続いて、再び型３１内にセラミック粉末
（窒化アルミニウムを主成分とする原料粉末）を充填
し、それを先と同様にして加圧成形することにより、第
１の電極片となる層４２の上に、第２のセラミック粉末
層４４を形成する〔Ｄ工程：図３（ｄ）参照〕。ここ
で、第２のセラミック粉末層４４の厚さは、導通部材４
３が完全に埋没し、かつ、その上端が表面に現れる程度
のものとなることが必須である。

【００５７】しかしながら、上述したように本実施形態
では、導通部材として加圧方向に沿って縮退可能なコイ
ル状のものを用いたので、セラミック粉末の量の多寡と
は、ほとんど無関係に、こうした様態が実現される。な
お、このＤ工程にて型３１内に盛られるセラミック粉末
の量は、上記中間層の厚さをどの程度に設定するかによ
って増減されるが、ここでは、自然長の導通部材４３の
上端がやや隠れる程度の量とした。周知のとおり、型３
１内に充填つまり盛られたセラミック粉末は、加圧によ
って、１／５〜１／２程度に圧潰されるので、その充填
量をこの程度に設定することで、図示するような状態が
得られる。そして当然のことながら、同状態では、導通
部材４３も、その自然長の１／５〜１／２程度の長さに
まで押し潰されている。

【００５８】続いては、上記Ｄ工程にて得た第２のセラ
ミック粉末層４４の表面に、先と同様、タングステンを
主成分とするペーストをリング状（円弧状）に塗布つま
り印刷することにより、最終的に第２の電極片となる層
４５を設ける〔Ｅ工程：図３（ｅ）参照〕。但し、この
第２の電極片となる層４５は、第２のセラミック粉末層
４４の表面に現れた導通部材４３の他端側（上端側）と
接触した状態となるよう、第２のセラミック粉末層４４
の上に形成されることになる。

【００５９】更に続いては、型３１内にセラミック粉末
（窒化アルミニウムを主成分とする原料粉末）を充填
し、それを加圧成形することにより、第２の電極片とな
る層４５の上に、第３のセラミック粉末層４６を形成す
る〔Ｆ工程：図３（ｆ）参照〕。

【００６０】最後に、このＦ工程を経て得た積層体を焼
成（ホットプレス焼成）することで（Ｇ工程）、上述し
た本セラミック部品の原体ができあがる。そして、この
本セラミック部品の原体に所定の後加工（切削加工や穴
あけ加工）を施し、更に電極取出し端子３を取り付ける
ことで、図１に示すごとく断面凸状の本セラミック部品
（静電チャック）が得られる。なお、焼成処理によって
厚さは変化しているものの、ここでは、第１のセラミッ
ク粉末層４１が誘電層１１に、第２のセラミック粉末層
４４が中間層１２に、そして第３のセラミック粉末層４
６が基層１３になっている。だが、言うまでもなく、第
１のセラミック粉末層４１が基層に、第３のセラミック
粉末層４６が誘電層（表層と呼ばれることもある）にな
ることもある。

【００６１】さて上述したように、本実施形態では、二
つの電極片同士をつなぐ導通部材として、金属ピンのよ
うな剛体ではなく、加えられた力によって容易に変形す
るような特性を有するものを用いた。更に詳しくは、こ
の導通部材として、セラミック粉末を加圧成形する際の
加圧方向に沿って縮退可能であるようなコイル状のもの
を採用した。そして、本セラミック部品の製造に当たっ
ては、そのプロセス中に、更に上記Ｃ工程を付加し、こ
れによって第１の電極片となる層の上に、縮退可能な導
通部材を、その一端側が第１の電極片となる層と接触し
た状態となるよう立設するようにした。加えて、上記Ｅ
工程では、第２の電極片となる層を、この導通部材の他
端側と接触した状態となるよう設けるようにした。

【００６２】こうした特徴的な工程を具備してなる本製
造方法を用いた場合には、セラミック粉末を加圧成形す
る処理を行う際、導通部材がプレス機の進行を阻む障害
物となることはない。すなわち導通部材は、押し固めら
れるセラミック粉末層の厚さが減少するのに追従して縮
退し、その高さが小さくなっていく。よって、セラミッ
ク粉末中に導通部材をあらかじめ存在させておいても、
セラミック粉末を十分に加圧して確実に成形することが
できるようになる。しかも、導通部材として十分な長さ
のものを用いることが可能であるから、その先端が、押
し固められたセラミック粉末層の表面に現れず、後の工
程が実施不可能となってしまうといった問題も起きな
い。

【００６３】この結果、立体構造の内部電極を有するセ
ラミック部品を効率よく得ることができるようになる。
更に詳しくは、セラミック製の本体部内に、この本体部
の厚さ方向に沿って互いに離間した第１の電極片および
第２の電極片を導通部材によって接続して形成された電
極を配設してなる、内部電極を有するセラミック部品を
効率よく得ることが可能となる。言いかえれば、生産性
に優れた、立体構造の内部電極を有するセラミック部品
を提供することができる。

【００６４】続いて、図４を用い、本発明の第２実施形
態について説明する。なお同図は、本実施形態に係る内
部電極を有するセラミック部品を構成する導通部材の自
然状態での斜視図である。ところで本実施形態に関して
も、その基本的な技術思想や基本構造、製造方法、更に
は作用・効果は、第１実施形態のそれとおおむね同じで
ある。よって以下では、第１実施形態との相違点を中心
に解説する（以下で言及する第３〜第６実施形態につい
ても同じ）。

【００６５】本実施形態は、セラミック部品を構成する
導通部材として、コイル状ではあるが、第１実施形態で
説明した導通部材のように径（コイル径）が均一ではな
いものを用いたことを特徴とする。すなわち本実施形態
では、図４に示すような、一般に「竹の子バネ」と呼ば
れる形態の導通部材を、先のコイル径が等しい導通部材
に替えて採用した。但し、上述したように、図４に示す
のは自然状態での導通部材の外観であり、実際にセラミ
ック部品の本体部内に埋設配置された状態では、この導
通部材は押し潰され、自然長の数分の一程度の長さにな
っている。

【００６６】なお、こうした導通部材を配置する際、そ
の向きは任意である。すなわち径の大きい側の端部を第
１の電極片に接続しても、あるいは、径の小さい側の端
部を第１の電極片に接続してもよい。図４に示す様態の
導通部材を用いた場合、その巻数には、ほとんど関係な
く、縮退可能量を極めて大きなものとすることができ
る。

【００６７】続いて、図５を用い、本発明の第３実施形
態について説明する。なお、同図（ａ）および（ｂ）
は、本実施形態に係る内部電極を有するセラミック部品
を構成する各導通部材の自然状態での斜視図である。

【００６８】本実施形態は、セラミック部品を構成する
導通部材として、鋸歯状の金属線（材質はたとえばタン
グステンあるいはモリブデン）を用いたことを特徴とす
る。すなわち本実施形態では、導通部材として、図５
（ａ）に示すごとく、屈曲部に角が形成されるよう幾重
にも折り曲げられた金属製の線材を採用した。だが、こ
の鋸歯状のものに替えて、羊腸状の金属線を用いてもよ
い。すなわち導通部材として、同図（ｂ）に示すごと
く、屈曲部に角ができないよう幾重にも折り曲げられ
た、言いかえれば、屈曲部が円弧状となるよう湾曲させ
た金属製の線材を採用してもよい。

【００６９】続いて、図６を用い、本発明の第４実施形
態について説明する。なお、同図（ａ）および（ｂ）
は、本実施形態に係る内部電極を有するセラミック部品
を構成する各導通部材の自然状態での斜視図である。

【００７０】本実施形態は、セラミック部品を構成する
導通部材として、鋸歯状の金属板（材質はたとえばタン
グステンあるいはモリブデン）を用いたことを特徴とす
る。すなわち本実施形態では、導通部材として、図６
（ａ）に示すごとく、屈曲部に角が形成されるよう幾重
にも折り曲げられた金属製の板材（薄板）を採用した。
だが、この鋸歯状のものに替えて、羊腸状の金属板を用
いてもよい。すなわち導通部材として、同図（ｂ）に示
すごとく、屈曲部に角ができないよう幾重にも折り曲げ
られた、言いかえれば、屈曲部が円弧状となるよう湾曲
させた金属製の板材（薄板）を採用してもよい。

【００７１】続いて、図７を用い、本発明の第５実施形
態について説明する。なお、同図（ａ）および（ｂ）
は、本実施形態に係る内部電極を有するセラミック部品
を構成する各導通部材の自然状態での斜視図である。

【００７２】本実施形態でも、セラミック部品を構成す
る導通部材として、鋸歯状の金属板（材質はたとえばタ
ングステンあるいはモリブデン）を用いているが、この
金属板は、上記第４実施形態のように孔や凹凸が存在し
ない無損平滑板材ではなく、金属製の網材である。すな
わち本実施形態では、導通部材として、図７（ａ）に示
すごとく、屈曲部に角が形成されるよう幾重にも折り曲
げられた金属製の網材（金網）を採用している。

【００７３】だが、この鋸歯状のものに替えて、羊腸状
の金属板つまり羊腸状の金網を用いてもよい。すなわち
導通部材として、図７（ｂ）に示すごとく、屈曲部に角
ができないよう幾重にも折り曲げられた、言いかえれば
屈曲部が円弧状となるよう湾曲させた金属製の網材を採
用してもよい。なお本明細書では、幅寸法に比して厚さ
が著しく小さな金属製部材を金属板と総称しており、し
たがって金属製の網材は金属板の一種と見なされる。

【００７４】続いて、図８を用い、本発明の第６実施形
態について説明する。なお、同図（ａ）および（ｂ）
は、本実施形態に係る内部電極を有するセラミック部品
を構成する各導通部材の自然状態での斜視図である。

【００７５】本実施形態でも、セラミック部品を構成す
る導通部材として、鋸歯状の金属板（材質はたとえばタ
ングステンあるいはモリブデン）を用いているが、この
金属板は、やはり無損平滑板材ではなく、孔が所定の間
隔で多数形成されてなるパンチングメタルである。すな
わち本実施形態では、導通部材として、図８（ａ）に示
すごとく、屈曲部に角が形成されるよう幾重にも折り曲
げられたパンチングメタルを採用している。

【００７６】だが、この鋸歯状のものに替えて、羊腸状
の金属板つまり羊腸状のパンチングメタルを用いてもよ
い。すなわち導通部材として、図８（ｂ）に示すごと
く、屈曲部に角ができないよう幾重にも折り曲げられ
た、言いかえれば屈曲部が円弧状となるよう湾曲させた
パンチングメタルを採用してもよい。

【００７７】

【実施例】上記実施形態に係るセラミック部品を、次の
ようにして製作した。まず、原料となる窒化アルミニウ
ムの粉末とイットリア（酸化イットリウム）の粉末を準
備した。そして、窒化アルミニウム粉末９７質量％、イ
ットリア３質量％からなる混合粉末を生成し、更に、そ
れを型に充填して、所定の圧力で一軸加圧処理を施し
た。これによって、直径２００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの、
円盤状の成形体すなわち第１のセラミック粉末層を形成
した。

【００７８】次に、この第１のセラミック粉末層の上
に、第１の電極片となる、厚さ０．０５ｍｍの層を設け
た。なお、この層は、最大径１４０ｍｍ、幅１０ｍｍの
渦巻状のものである。次に、第１の電極片となる層の上
に導通部材を立設し、更に、先と同様にして、厚さ２０
ｍｍの第２のセラミック粉末層を形成した。次いで、こ
の第２のセラミック粉末層の表面に、第２の電極片とな
る、縦３０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍの層を
設け、この層と導通部材とを接続した。そして、再び先
と同様にして、厚さ１０ｍｍの第３のセラミック粉末層
を形成した。

【００７９】こうして得られた積層体を所定の圧力で加
圧しながら、２時間掛けて、１９００℃でホットプレス
焼成を行い、焼結体（セラミック部品の原体）を形成し
た。最後に、切削加工や穴あけ加工、そして電極取出し
端子の取り付け作業を行い、上記第１実施形態に係るセ
ラミック部品（試料）を得た。

【００８０】なお、ここでは、上記導通部材として７種
類のものを用いたので、試料となるセラミック部品も７
種類である。以下では、これらを実施例１〜７と言う。
各実施例にて採用した導通部材の詳細は、以下の表１に
示すとおりである。

【００８１】一方、導通部材として所要の機能を持たな
いもの、つまり、力を加えても容易に縮退しない特性を
有するものを用いることで、上記実施例１〜７とは別
に、比較用のセラミック部品を３種類製作した。但し、
他の条件は同じである。以下では、これらを比較例１〜
３と言う。この比較例１〜３にて採用した導通部材の詳
細も表１に併せて示す。

【００８２】 表１ 試料 形状 線材径（板厚） コイル径（板幅） 巻数（屈曲部総数） 実施例１ コイル ０．１ ４．０ ４ 実施例２ 鋸歯状の板 ０．０５ ５．０ ５ 実施例３ 鋸歯状の板 ０．１ １２．０ ５ 実施例４ 鋸歯状の板 ０．１ １５．０ ４ 実施例５ コイル ０．０１５ ４．０ ６ 実施例６ 鋸歯状の板 ０．２ １５．０ ５ 実施例７ 鋸歯状の板 ０．０１５ １５．０ ４ 比較例１ ワイヤー ０．５ ―― ― 比較例２ ピン ２．０ ―― ― 比較例３ 直状の板 ０．０５ ５．０ ―

【００８３】但し、実施例３で用いた板材は、直径１．
０ｍｍの丸孔を、３．０ｍｍ間隔で形成したパンチング
メタルである。特にこの板材において、隣接する丸孔の
中心を結ぶ線分同士のなす角度は９０度である。また、
実施例４で用いた板材は、素線（金属細線）の径が０．
１ｍｍで、網目サイズが５０メッシュの金網である。更
に、実施例７で用いた板材も、素線の径が０．０１５ｍ
ｍで、網目サイズが５０メッシュの金網である。なお、
表１中の線材径（または板厚）およびコイル径（または
板幅）の単位は、〔ｍｍ〕である。

【００８４】さて、こうして得られた全てのセラミック
部品について、その内部電極に給電することにより、そ
れを室温から４００℃まで昇温させ、再び室温まで戻す
操作（熱サイクル試験）を計５００回繰り返し行った。
そして、この熱サイクル試験の前後で、セラミック部品
の内部電極が損傷していないかどうかを、超音波探傷装
置や軟Ｘ線装置などを用いて調べた。その結果は、以下
の表２に示すとおりである。

【００８５】 表２ 試料 損傷の有無（試験前） 損傷の有無（試験後） 実施例１ 無 無 実施例２ 無 無 実施例３ 無 無 実施例４ 無 無 実施例５ 無 無 実施例６ 無 無 実施例７ 無 無 比較例１ 有 ― 比較例２ 有 ― 比較例３ 有 ―

【００８６】〔評価〕 本発明の実施形態に係る技術を
用いて製造された試料（実施例１〜７）は、いずれのも
のについても内部電極の損傷は皆無であり、極めて高い
品質が実現されていた。これに対して比較例１〜３、特
に比較例１および比較例２では、導通部材が内部で傾斜
状態となっており、上下に位置する電極片との導通状態
さえ確保されていなかった。また比較例３では、導通部
材が無理な格好で湾曲した状態となっており、比較例１
や比較例２と同様、導通状態が確保されていなかった。
こうした事実からも、本発明に係る技術の有用性が裏付
けられた。

【００８７】

【発明の効果】本発明によれば、立体構造の内部電極を
有するセラミック部品を効率よく得ることができる。殊
に、セラミック製の本体部内に、この本体部の厚さ方向
に沿って互いに離間した第１の電極片および第２の電極
片を導通部材によって接続して形成された電極を配設し
てなる、内部電極を有するセラミック部品を効率よく得
ることができる。また、こうした構造の内部電極を有す
るにも関わらず、生産性に優れるセラミック部品が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る内部電極を有する
セラミック部品の断面図

【図２】本発明の第１実施形態に係る内部電極を有する
セラミック部品を構成する導通部材の自然状態での斜視
図

【図３】（ａ）〜（ｆ）は本発明の第１実施形態に係る
内部電極を有するセラミック部品の製造方法の各作業工
程を示す概略図

【図４】本発明の第２実施形態に係る内部電極を有する
セラミック部品を構成する導通部材の自然状態での斜視
図

【図５】（ａ）および（ｂ）は本発明の第３実施形態に
係る内部電極を有するセラミック部品を構成する導通部
材の自然状態での斜視図

【図６】（ａ）および（ｂ）は本発明の第４実施形態に
係る内部電極を有するセラミック部品を構成する導通部
材の自然状態での斜視図

【図７】（ａ）および（ｂ）は本発明の第５実施形態に
係る内部電極を有するセラミック部品を構成する導通部
材の自然状態での斜視図

【図８】（ａ）および（ｂ）は本発明の第６実施形態に
係る内部電極を有するセラミック部品を構成する導通部
材の自然状態での斜視図

【図９】一部を断面にて示す、従来型セラミック部品の
側面図

【図１０】一部を断面にて示す、他の従来型セラミック
部品の側面図

【符号の説明】

１ 本体部 ２ 内部電極 ３ 電極取出し端子 １１ 誘電層 １２ 中間層 １３ 基層 ２１ 第１の電極片 ２２ 第２の電極片 ２３ 導通部材 ３１ 型 ４１ 第１のセラミック粉末層 ４２ 第１の電極片となる層 ４３ 導通部材 ４４ 第２のセラミック粉末層 ４５ 第２の電極片となる層 ４６ 第３のセラミック粉末層

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０５Ｂ 3/12 Ｂ２８Ｂ 11/00 Ｚ Ｆターム(参考） 3K092 PP20 QA05 QC02 RF03 RF11 VV03 4G055 AA08 AB01 AC09 BA38 5F031 HA02 HA03 HA16 HA17 HA18 HA37

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック製の本体部内に、この本体部
   の厚さ方向に沿って互いに離間した第１の電極片および
   第２の電極片を導通部材によって接続して形成された電
   極を配設してなる、内部電極を有するセラミック部品の
   製造方法であって、 セラミック粉末を加圧成形することにより第１のセラミ
   ック粉末層を形成するＡ工程と、 このＡ工程にて得た前記第１のセラミック粉末層の表面
   に、前記第１の電極片となる層を設けるＢ工程と、 前記第１の電極片となる層の上に、セラミック粉末を加
   圧成形する際の加圧方向に沿って縮退可能であるよう構
   成された前記導通部材を、その一端側が前記第１の電極
   片となる層と接触した状態となるよう立設するＣ工程
   と、 セラミック粉末を加圧成形することにより、前記第１の
   電極片となる層の上に、前記導通部材が埋没する厚さの
   第２のセラミック粉末層を形成するＤ工程と、 このＤ工程にて得た前記第２のセラミック粉末層の表面
   に、前記導通部材の他端側と接触した状態となるよう、
   前記第２の電極片となる層を設けるＥ工程と、セラミッ
   ク粉末を加圧成形することにより、前記第２の電極片と
   なる層の上に、第３のセラミック粉末層を形成するＦ工
   程と、 このＦ工程を経て得た積層体を焼成するＧ工程とを具備
   することを特徴とする内部電極を有するセラミック部品
   の製造方法。
2. 【請求項２】 上記請求項１に記載の内部電極を有する
   セラミック部品の製造方法を用いて得られた内部電極を
   有するセラミック部品であって、 導通部材はコイル状のものであることを特徴とする内部
   電極を有するセラミック部品。
3. 【請求項３】 上記請求項１に記載の内部電極を有する
   セラミック部品の製造方法を用いて得られた内部電極を
   有するセラミック部品であって、 導通部材は、鋸歯状あるいは羊腸状の金属線であること
   を特徴とする内部電極を有するセラミック部品。
4. 【請求項４】 上記請求項１に記載の内部電極を有する
   セラミック部品の製造方法を用いて得られた内部電極を
   有するセラミック部品であって、 導通部材は、鋸歯状あるいは羊腸状の金属板であること
   を特徴とする内部電極を有するセラミック部品。
5. 【請求項５】 第１の電極片、第２の電極片および導通
   部材を具備してなる内部電極は、タングステンあるいは
   モリブデンから構成されたものであることを特徴とする
   請求項２〜請求項４のいずれかに記載の内部電極を有す
   るセラミック部品。
6. 【請求項６】 本体部を構成するセラミック材料が窒化
   アルミニウムあるいは窒化ケイ素のいずれかであること
   を特徴とする請求項２〜請求項５のいずれかに記載の内
   部電極を有するセラミック部品。
7. 【請求項７】 静電チャック、ヒータ、サセプタのいず
   れか一つとして用いられるものであることを特徴とする
   請求項２〜請求項６のいずれかに記載の内部電極を有す
   るセラミック部品。