JP2813148B2 - セラミックス製品 - Google Patents
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Description
やセラミックス静電チャックといったセラミックス製品
に関するものである。
装置等の半導体装置においては、いわゆるステンレスヒ
ーターや、間接加熱方式のヒーターが一般的であった。
しかし、これらの熱源を用いると、ハロゲン系腐食性ガ
スの作用によってパーティクルが発生することがあり、
また熱効率が悪かった。こうした問題を解決するため、
本発明者は、緻密質セラミックス基材の内部に、高融点
金属からなるワイヤーを埋設したセラミックスヒーター
を提案した。このワイヤーは、円盤状基材の内部で螺旋
状に巻回されており、かつこのワイヤーの両端に端子を
接続する。こうしたセラミックスヒーターは、特に半導
体製造用として優れた特性を有していることが判った。
際には、高融点金属からなる線体やワイヤーを巻回して
巻回体を得、この巻回体の両端に端子を接続する。一
方、プレス成形機内にセラミックス粉末を仕込み、ある
程度の硬さになるまで予備成形する。この際、予備成形
体の表面に、所定の平面的パターンに沿って、連続的な
凹部ないし溝を設ける。巻回体をこの凹部に収容し、こ
の上にセラミックス粉末を充填し、セラミックス粉末を
一軸加圧成形して円盤状成形体を作成し、円盤状成形体
をホットプレス焼結させる。
たのは、以下の理由からである。従来のステンレスヒー
ターの場合には、半導体ウエハー加熱面と抵抗発熱体の
端子とは、大きく離れており、端子と外部の電力供給用
ケーブルとは、半導体製造装置の容器の外で結合されて
いた。加熱部分は高温であって、腐食性雰囲気に曝され
るが、端子と電力供給ケーブルとの結合部分は、こうし
た高温や腐食性雰囲気には曝されなかった。これに対
し、セラミックスヒーターの製造時には、抵抗発熱体を
セラミックス粉末内に入れて成形するため、生産性の観
点から、円盤形状等の単純な成形形状を採用しなければ
ならない。焼成段階でも、成形体をホットプレス焼結す
るので、やはり円盤形状等の単純な成形形状を採用しな
ければならない。しかも、焼成後の焼成体の表面には、
黒皮と呼ばれる焼成変質層があるので、加工によりこの
焼成変質層を除去しなければならない。このときには、
ダイヤモンド砥石等による研削加工が必要である。従っ
て、焼成体の形状が複雑であると、研削加工のコストが
非常に高くなる。このように、抵抗発熱体を埋設したセ
ラミックスヒーターでは、製造上の困難さから、円盤状
等の単純な形状を採用しなければならない。従って、ヒ
ーターの端子を半導体製造装置の容器の外に出すこと
は、構造上、非常に困難である。必然的に、端子が、高
温、腐食性ガスにさらされることになる。
開平4─87179号公報において、セラミックスヒー
ターの端子と電力供給部材とを、耐熱性、耐腐食性の結
合によって結合する方法を開示した。この場合、端子の
直径を大きくし、抵抗発熱体の端部を端子に結合する必
要がある。
部分を設け、このかしめ部分に抵抗発熱体の端部を挿入
し、かしめて固定する方法がある。また、抵抗発熱体の
端部を円柱状の端子に巻き付け、固定する方法がある。
図15は、こうしたセラミックスヒーターにおける、端
子12と抵抗発熱体2との結合部分を拡大して示す概略
断面図である。ただし、抵抗発熱体2については、便宜
的に正面図を示した。円盤状基材1内に、抵抗発熱体2
及び端子12が埋設されている。円盤状基材1には、2
つの主面1a、1bが設けられている。端子12の本体
12bは、主面1b側に露出する露出面12aを有して
いる。抵抗発熱体2は、本例では、主としてコイルスプ
リング状の巻回体からなる。5は、この巻回体を構成す
る各コイルを示している。巻回体5の端部に直線状部分
30が連続しており、この直線状部分30が、端子12
の筒状突出部12c内に挿入されている。この筒状突出
部12cを、かしめにより変形させ、筒状突出部12c
の内部22に直線状部分30の端部13を挿入し、結合
する。
法でセラミックスヒーターを製作し、更に詳しく検討を
重ねた。この結果、次の問題があることが判明した。即
ち、円盤状の基材1を窒化珪素で製造し、抵抗発熱体2
及び端子12をタングステンで製造し、抵抗発熱体2の
端部をかしめにより固定した。そして、セラミックスヒ
ーターの加熱面1a側に放射温度計を固定し、加熱面1
aの温度を測定してみた。
で、局部的に、直径7〜8mm程度のホットスポットが
観測されることがあった。例えば、加熱面1aの温度を
800°Cに設定すると、このホットスポットの温度
は、周囲の温度よりも約100°C程度も高くなり、は
なはだしい場合にはこのホットスポットで抵抗発熱体の
断線が生じた。
らなる基材と、この基材内に埋設された抵抗発熱体等の
機能性部材と、この機能性部材に接続され、基材に埋設
された端子とを有するセラミックス製品において、端子
の周辺における異常発熱を防止し、特に機能性部材と端
子との接続部分およびその周辺における断線を防止する
ことである。
ラミックスヒーターにおいて、端子12の存在する部分
の周辺で、局部的に直径7〜8mm程度のホットスポッ
トが観測される原因について研究した。この結果、次の
現象を初めて発見した。この現象について、図15を参
照しつつ、更に説明する。
スヒーターを製造する際には、抵抗発熱体2を製造し、
抵抗発熱体2の両端に端子12を結合する。プレス成形
機内のセラミックス粉末中の所定位置に、端子12付き
の抵抗発熱体2を埋設する。この後、セラミックス粉末
を一軸加圧成形し、円盤状成形体を作成し、円盤状成形
体をホットプレス焼結させる。
ミックス粉末を圧縮し、反応させる際には、粉末が大き
く流動する。この際、抵抗発熱体2の端部では、円盤状
基材1の厚さ方向のほぼ中央部に、巻回体5の末端Dが
位置する。また、筒状突出部12cと抵抗発熱体2との
結合部分の位置Cは、Dに比べて背面1bの近傍に存在
する。位置DとCとの間の領域は、巻回体5と端子12
とを接続する直線状の導電線30である。
では、粉末の流動による位置変化が少ない。なぜなら、
基材1の厚さ方向に圧力が加わるので、基材1は厚さ方
向に収縮するため、主面1a、1bの位置はかなり大き
く変動するが、厚さ方向の中央部分では、この変動量が
小さい。一方、端子12は、この時に大きく移動するの
で、位置Cは大きく移動する。特に端子12が当初の位
置からみて傾斜することが多い。
状の導電線30に対して引張応力が加わる。抵抗発熱体
の材料である高融点金属は、ホットプレス時の高温条件
では、非常に脆くなっているので、この引張応力には耐
えることができず、抵抗値が上昇して異常発熱したり、
断線したりする。この問題は、基材をホットアイソスタ
ティックプレス法で焼結させた場合にも、同様に発生し
た。
によって、これに加わる引っ張り応力の影響を減衰させ
ることも検討した。しかし、例えばタングステンは、焼
成温度が1800°C程度まで上昇すると、非常に脆く
なるので、抵抗発熱体2を太くしても、これに引っ張り
応力が加わると、むしろ簡単に断線することが判明し
た。
合部分の末端Cと、抵抗発熱体との間において、導電線
をコイルスプリング状の巻回体とし、この巻回体を、導
電線と端子との結合部分の末端Cから連続的に引き出す
ことを想到した。この結果、前述したホットプレス成形
やホットアイソスタティックプレス成形のときに、粉末
の流動に伴って端子が流動したり、端子が当初の位置か
らみて傾斜したりしても、即ち、導電線と端子との結合
部分の末端Cと、抵抗発熱体と導電線との境界の位置
(抵抗発熱体の末端の位置)Dとの間隔が大きくなるよ
うなケースでも、コイルスプリング状の巻回体が直ちに
変形して、結合部分の位置Cの変位を吸収する。これに
より、抵抗発熱体と端子との間の領域における断線や異
常発熱は生じなくなった。
に埋設したが、この抵抗発熱体の代わりに、後述するよ
うな種々の機能性部材を埋設し、この機能性部材と端子
との間を、抵抗発熱体の場合と同様に導電線で結合し、
導電線と端子との結合部分の末端Cと、抵抗発熱体との
間において、導電線をコイルスプリング状の巻回体とし
た。
られることが判明した。従って、本発明の第一の態様
は、種々の機能性部材を埋設したセラミックス製品に対
して適用可能である。
セラミックスの焼結体からなる基材と、基材内に埋設さ
れた機能性部材と、基材に埋設されている端子と、機能
性部材に連続する導電線とを有するセラミックス製品で
あって、導電線が端子に結合されており、導電線と端子
との結合部分の末端から機能性部材に至るまで、導電線
がコイルスプリング状の巻回体からなる。
端から、巻回体からなる導電線が連続的に引き出されて
おり、導電線と端子との結合部分の末端と巻回体とが連
続している。
粉末の流動によって端子が傾斜することによる前記引っ
張り応力を効果的に緩和するためには、端子の中心軸上
に、コイルスプリング状の巻回体からなる導電線を設け
ることが有利であることを発見した。即ち、端子が当初
の位置から傾斜したときに、巻回体が即座に変形して応
力を緩和するように作用し易い。
前述のセラミックス製品において、更に端子のうち導電
線と接触している部分の中心軸上に、前記の巻回体を形
成する。
いては、巻回体が1周巻回している必要はなく、例えば
半周していれば、本発明の効果は十分に達成することが
できる。
限定されず、次の方法を好ましい方法として例示するこ
とができる。かしめ法によって導電線を端子に固定す
る。端子に柱状部分を形成し、この柱状部分に対して導
電線を巻き付ける。端子に巻き付け用部材を設け、この
巻き付け用部材に導電線を巻き付け、この巻き付け用部
材を係止部材に嵌め合わせる。導電線を巻回させ、端子
に雄ネジを設け、この雄ネジの巻回方向と導電線の巻回
方向とを一致させ、雄ネジの谷部に導電線を巻き付け
る。その他、溶接法、固相接合法等の化学的手段。
子に柱状部分を設け、この柱状部分が、盤状基材の厚さ
方向と交差する方向に向かって延びるようにし、この柱
状部分に導電線を巻き付けてみた。この結果、やはり導
電線と端子との結合部分から導電線が延びる方向が、盤
状基材の厚さ方向と交差する方向となるので、この結合
部分がやはり盤状基材の厚さ方向には変動しにくい。こ
の結果、上記の引っ張り応力が小さく、この結合部分お
よびその周辺における温度上昇が小さくなった。本発明
の第二の態様においては、この場合には、柱状部分に対
して導電線が接触しているので、この柱状部分の中心軸
上に、コイルスプリング状の巻回体を形成する。
セラミックスの焼結体からなる盤状基材と、この盤状基
材内に埋設された機能性部材と、盤状基材に埋設されて
いる端子と、機能性部材に連続する導電線とを有するセ
ラミックス製品において、端子に柱状部分を設け、この
柱状部分を、盤状基材の厚さ方向と交差する方向に向か
って延ばし、導電線を柱状部分に巻き付け、結合した。
と直行する方向に向かって延ばすことが特に好ましい
が、これに対して45度程度以内の傾斜角度であれば、
顕著な作用効果を奏することができる。
の形状は特に限定されないが、この柱状部分の横断面の
形状は、円形や、四辺形、六角形等の正多角形とするこ
とが好ましい。また、この柱状部分の表面は滑らかであ
ってもよい。しかし、柱状部分の表面に雄ネジを形成す
ることができる。この場合には、導電線を巻回させ、雄
ネジの巻回方向と導電線の巻回方向とを一致させ、雄ネ
ジの谷部に導電線を巻き付けることができる。こうした
結合方法の作用効果については後述する。
できる。しかし導電線の一部または全部を湾曲部分とす
ることもできる。この湾曲部分の形状は特に限定されな
いが、螺旋状に巻回された巻回体であることが特に好ま
しい。なぜなら、導電線と端子との結合部分の位置が若
干変化したときに、この巻回体の部分が容易に変形する
ことによって、引っ張り応力が緩和されるからである。
しかし、この場合にも、この螺旋が1周巻回している必
要はなく、例えば半周していれば、この作用効果を十分
に達成することができる。
には、導電線のうち湾曲部分の直径を直線状部分の長さ
よりも大きくすることが好ましい。導電線と端子との結
合部分から湾曲部分が連続的に引き出されている場合
が、応力の緩和という観点から特に好ましい。この場合
には、前記の結合部分と湾曲部分とが連続しているの
で、両者の間に直線状部分が実質的に存在しなくなる。
または、端子の中心軸上に湾曲部分を形成することが好
ましい。
状基材の厚さ方向の中央部において、導電線を端子に結
合させることが好ましい。これによって、前記の結合部
分の位置の変動を、一層減少させることができる。ま
た、導電線の周面に、この導電線よりも細い金属線を巻
き付けることもできる。
状基材の厚さ方向の中央部において、導電線を端子に結
合することを想到した。この結果、盤状基体の中央部に
おいては、粉末の流動が少ないので、やはり前記結合部
分の位置が、盤状基材の厚さ方向に変動しにくくなっ
た。この結果、上記の引っ張り応力を減少させることが
でき、この結合部分およびその周辺における温度上昇を
減少させることができた。
セラミックスの焼結体からなる盤状基材と、この盤状基
材内に埋設された機能性部材と、盤状基材に埋設されて
いる端子と、機能性部材に連続する導電線とを有するセ
ラミックス製品において、盤状基材の厚さ方向の中央部
において、導電線を端子に結合させる。
全体を直線状とすることもできる。しかし、導電線の一
部または全部を湾曲部分とすることが、引っ張り応力を
更に緩和するという観点からみて、好ましい。この湾曲
部分の形状は特に限定されないが、螺旋状に巻回された
巻回体であることが特に好ましい。なぜなら、導電線と
端子との結合部分の位置が若干変化したときに、この巻
回体の部分が容易に変形し易いからである。しかし、こ
の場合にも、巻回体が1周巻回している必要はなく、例
えば半周していれば、この作用効果を十分に達成するこ
とができる。
には、導電線のうち湾曲部分の直径を直線状部分の長さ
よりも大きくすることが好ましい。導電線と端子との結
合部分から湾曲部分が連続的に引き出されている場合
が、応力の緩和という観点から特に好ましい。即ち、前
記の結合部分と湾曲部分とが連続しているので、両者の
間に直線状部分が実質的に存在しなくなる。または、端
子の中心軸上に湾曲部分を形成することが好ましい。
細い金属線を巻き付けることもできる。
端子との結合方法は、特に限定されないが、次の方法を
好ましい方法として例示することができる。かしめ法に
よって導電線を端子に固定する。端子に柱状部分を形成
し、この柱状部分に対して導電線を巻き付ける。端子に
巻き付け用部材を設け、この巻き付け用部材に導電線を
巻き付け、この巻き付け用部材を係止部材に嵌め合わせ
る。導電線を巻回させ、端子に雄ネジを設け、この雄ネ
ジの巻回方向と導電線の巻回方向とを一致させ、雄ネジ
の谷部に導電線を巻き付ける。その他、溶接法、固相接
合法等の化学的手段。
金属材を配置してみた。これによって、導電線と端子と
の結合部分の位置の変動によって導電線に引っ張り応力
がかかったときに、金属材の弾性ないし塑性によってこ
の引張応力が一部保持され、緩和された。
セラミックスの焼結体からなる基材と、この基材内に埋
設された機能性部材と、基材に埋設されている端子と、
機能性部材に連続する導電線とを有するセラミックス製
品であって、導電線が端子に結合されており、導電線の
周囲に、少なくともセラミックスの焼結時の流動によっ
て導電線に加わる応力を緩和するための他の金属材が配
置されている。
して、導電線よりも細い金属線を使用し、この金属線を
導電線の周面に巻き付けることが好ましい。これによっ
て、金属線の弾性による応力緩和の作用効果が特に顕著
となる。しかも、仮に導電線と端子との結合部分の位置
の変動によって、導電線が断線しても、この導電線に巻
き付けられた金属線の方は断線しないので、この金属線
の方を通って電流が流れる。従って、この部分における
断線や異常発熱は、やはり防止することができる。
の金属材として金属製の線体、板状体、箔状体からなる
応力緩和材を使用し、この応力緩和材を、導電線と端子
との結合部分の近傍を覆うように配設することができ
る。これによって、焼成時には、応力緩和材により、導
電線の端子との結合部分の周辺における粉末の流動及び
応力が規制され、緩和される。
できる。しかし、導電線の一部または全部を湾曲部分と
することが、更に引っ張り応力を緩和するという観点か
らみて、好ましい。この湾曲部分の形状は特に限定され
ないが、螺旋状に巻回された巻回体であることが特に好
ましい。なぜなら、導電線と端子との結合部分の位置が
若干変化したときに、この巻回体の部分が容易に変形す
るからである。しかし、この場合にも、この螺旋が1周
巻回している必要はなく、例えば半周していれば、この
作用効果を十分に達成することができる。
には、導電線のうち湾曲部分の直径を直線状部分の長さ
よりも大きくすることが好ましい。導電線と端子との結
合部分から湾曲部分が連続的に引き出されている場合
が、応力の緩和という観点から特に好ましい。この場合
には、前記の結合部分と湾曲部分とが連続しているの
で、両者の間に直線状部分が実質的に存在しなくなる。
または、端子の中心軸上に湾曲部分を形成することが好
ましい。
状基材の厚さ方向の中央部において、導電線を端子に結
合させることが好ましい。これによって、前記の結合部
分の位置の変動を、一層減少させることができる。
端子との結合方法は、特に限定されないが、次の方法を
好ましい方法として例示することができる。かしめ法に
よって導電線を端子に固定する。端子に柱状部分を形成
し、この柱状部分に対して導電線を巻き付ける。この
際、柱状部分を、盤状基材の厚さ方向と交差する方向、
特には直交する方向に向かって延ばし、導電線を柱状部
分に巻き付け、結合することが好ましい。端子に巻き付
け用部材を設け、この巻き付け用部材に導電線を巻き付
け、この巻き付け用部材を係止部材に嵌め合わせる。導
電線を巻回させ、端子に雄ネジを設け、この雄ネジの巻
回方向と導電線の巻回方向とを一致させ、雄ネジの谷部
に導電線を巻き付ける。その他、溶接法、固相接合法等
の化学的手段。
子に雄ネジを設け、雄ネジの谷部に導電線を巻き付ける
ことに想到した。しかも、この方法においては、雄ネジ
の巻回方向と導電線の巻回方向とが一致しているので、
雄ネジを導電線の谷部に沿わせて巻き付けたときには、
両者の間に若干の隙間ないしクリアランスが存在してい
るが、導電線を引っ張れば巻回体が締まり、この巻回体
が隙間無く雄ネジの谷部に対して密着し、強固に締めつ
けられることになる。これによって、きわめて簡便な作
業によって、導電線を端子に対してきわめて強固に結合
することに成功した。
セラミックスの焼結体からなる基材と、基材内に埋設さ
れた機能性部材と、基材に埋設されている端子と、機能
性部材に連続する導電線とを有するセラミックス製品に
おいて、端子に雄ネジを設け、雄ネジの谷部に導電線を
巻き付ける。この場合には、導電線の真っ直ぐな末端部
分を、雄ネジの谷部に沿って順次収容していくことがで
きる。または、導電線の末端部分を、あらかじめ雄ネジ
の巻回方向と同じ方向に巻回した巻回体によって形成
し、この導電線の巻回体部分を、雄ネジの谷部内に収容
することができる。
合部分と機能性部材との間で、導電線の全体を直線状と
することもできる。しかし、前記の結合部分と機能性部
材との間で、導電線の一部または全部を湾曲部分とする
ことが、更に引っ張り応力を緩和するという観点からみ
て、好ましい。湾曲部分の形状は特に限定されないが、
螺旋状に巻回された巻回体であることが特に好ましい。
しかし、この場合にも、この螺旋が1周巻回している必
要はなく、例えば半周していれば、本発明の効果は十分
に達成することができる。
には、導電線のうち湾曲部分の直径を直線状部分の長さ
よりも大きくすることが好ましい。導電線と端子との結
合部分から湾曲部分が連続的に引き出されている場合
が、応力の緩和という観点から特に好ましい。この場合
には、前記の結合部分と湾曲部分とが連続しているの
で、両者の間に直線状部分が実質的に存在しなくなる。
または、端子の中心軸上に湾曲部分を形成することが好
ましい。
状基材の厚さ方向の中央部において、導電線を端子に結
合させることが好ましい。これによって、前記の結合部
分の位置の変動を、一層減少させることができる。ま
た、導電線の周面に、この導電線よりも細い金属線を巻
き付けることもできる。
部分を、盤状基材の厚さ方向と交差する方向に向かって
延ばし、柱状部分の表面に雄ネジを形成することができ
る。この場合にも、雄ネジの谷部に導電線を巻き付け
る。
と直行する方向に向かって延ばすことが特に好ましい
が、これに対して45度程度以内の傾斜角度であれば、
顕著な作用効果を奏することができる。この柱状部分の
形状は特に限定されないが、この柱状部分の横断面の形
状は、円形、四辺形、六角形等の正多角形とすることが
好ましい。
クスの焼結体からなる盤状基材と、盤状基材内に埋設さ
れた機能性部材と、盤状基材に埋設されている端子と、
機能性部材に連続する導電線とを有するセラミックス製
品であって、端子に巻き付け用部材を設け、この巻き付
け用部材に導電線を巻き付け、この巻き付け用部材を係
止部材に嵌め合わせる。これによって、導電線の端部が
確実に保持され、端子から抜けるおそれがない。
じを採用することができ、係止部材としては、好ましく
は雌ねじを採用することができる。ただし、巻き付け用
部材は、導電線を巻き付けることができる限り、雄ねじ
を有しない突起であってもよい。また、係止部材は、巻
き付け用部材に巻かれた導電線を係止する作用を有して
いれば、ねじ状である必要はない。巻き付け用部材の形
状は特に限定されないが、この横断面の形状は、円形
や、四辺形、六角形等の正多角形とすることが好まし
い。
端子との結合部分と、機能性部材との間に、湾曲部分を
設けることができる。この湾曲部分の形状は特に限定さ
れないが、螺旋状に巻回された巻回体であることが特に
好ましい。しかし、この場合にも、この螺旋が1周巻回
している必要はなく、例えば半周していれば、引っ張り
応力を緩和するという作用効果は十分に達成することが
できる。
には、導電線のうち湾曲部分の直径を直線状部分の長さ
よりも大きくすることが好ましい。導電線と端子との結
合部分から湾曲部分が連続的に引き出されている場合
が、応力の緩和という観点から特に好ましい。この場合
には、前記の結合部分と湾曲部分とが連続しているの
で、両者の間に直線状部分が実質的に存在しなくなる。
または、端子の中心軸上に湾曲部分を形成することが好
ましい。
状基材の厚さ方向の中央部において、導電線を端子に結
合させることが好ましい。これによって、前記の結合部
分の位置の変動を、一層減少させることができる。ま
た、導電線の周面に、この導電線よりも細い金属線を巻
き付けることもできる。
ミックスからなる基材の材質としては、窒化珪素、サイ
アロン、窒化アルミニウム等の窒化物系セラミックスが
特に好ましい。窒化珪素やサイアロンが、耐熱衝撃性の
点で好ましい。窒化アルミニウムは、NF3 等のフッ素
系腐食性ガスに対して、高い耐蝕性を有する。
力供給部材の材質としては、タングステン、モリブデ
ン、白金、ニッケル等の高融点金属が好ましく、これら
の高融点金属の合金も好ましい。盤状基材を使用する場
合には、その平面的形状は、円形、円環形状、正方形、
長方形、六角形等の形状にすることができる。
ることができる。抵抗発熱体自体は、線体、板状、箔状
であってよい。抵抗発熱体の形態は特に制限はないが、
コイルスプリング状(螺旋状)の巻回体とすることがも
っとも好ましい。この際、この螺旋ないしコイルスプリ
ングを、その中心軸方向に見たときの形状は、円形、三
角形、四辺形等であってよい。この抵抗発熱体の材質と
しては、タングステン、モリブデン、白金、ニッケル等
の高融点金属が好ましく、これらの高融点金属の合金も
好ましい。
おける埋設電極と端子との結合部分に対して適用するこ
とができる。このプラズマ発生電極装置について説明す
る。
方法によって製造することができる。 方法(1) 予備成形体を製造し、この予備成形体の上
に高周波電極を設置する。次いで、この予備成形体及び
電極の上にセラミックス粉末を充填し、一軸プレス成形
する。この成形体を、高周波電極の厚さ方向に向かって
加圧しながらホットプレス焼結させる。 方法(2) コールドアイソスタティックプレス法によ
って、平板状の成形体を2つ製造し、2つの平板状成形
体の間に高周波電極を挟む。この状態で2つの成形体及
び高周波電極を、この電極の厚さ方向に向かって加圧し
ながらホットプレス焼結させる。
の高温にまで温度が上昇する用途においては、高融点金
属で形成することが好ましい。こうした高融点金属とし
ては、タンタル,タングステン,モリブデン,白金,レ
ニウム、ハフニウム及びこれらの合金を例示できる。半
導体製造装置内に設置する用途においては、半導体汚染
防止の観点から、更に、タンタル、タングステン、モリ
ブデン、白金及びこれらの合金が好ましい。
他、多数の小孔を有する板状体からなる面状の電極も含
む。電極が、多数の小孔を有する板状体である場合に
は、これらの多数の小孔にセラミックス粉末が流動して
回り込むので、板状体の両側におけるセラミックスの接
合力が大きくなり、基材の強度が向上する。
ル、金網を例示できる。ただし、電極が高融点金属から
なり、かつパンチングメタルである場合には、金属の硬
度が高いので、高融点金属からなる板に多数の小孔をパ
ンチによって開けることは困難であり、加工コストも非
常に高くなる。
高融点金属からなる線材が容易に入手できるので、この
線材を編組すれば網状電極を製造できる。従って、電極
の製造が容易である。
電極と基材との熱膨張係数の差によって、電極の周縁部
分に特に大きな応力が加わり、この応力のために基材が
破損することがあった。しかし、電極が、多数の小孔を
有する板状体である場合には、この応力が多数の小孔に
よって分散される。更に、網状電極では、線材を使用す
るために、断面が円形となり、応力分散の効果が大き
い。
定しない。しかし、網状電極の線幅が0.8mm以下で
あり、1インチ当たり8本以上の線交差を有しているこ
とが好ましい。即ち、線幅が0.8mmを越えると、対
向電極によって構成したプラズマ発生用空間における電
界強度分布が乱れるため、プラズマの分布が悪化し易
い。また、プラズマ発生電極装置を長時間使用したとき
に,セラミックス中に異物として存在する線体による応
力場が、セラミックスの強度を越えることにより、セラ
ミックスの破損が生じやすい傾向があった。また,1イ
ンチ当たりの線交差が8本未満であると、網状電極全体
に均一な電流が流れにくくなった。
の線幅は0.1mm以上とすることが好ましく、1イン
チ当たりの線交差の数は100本以下とすることが好ま
しい。網状電極を構成する線材の幅方向断面形状は、円
形の他、楕円形、長方形等、種々の圧延形状であってよ
い。
装置の埋設された電極と、端子とを、導電線によって接
続する。
内に埋設された静電チャック用電極を端子に対して電気
的に接続することができる。
電線の端子との結合部分と、機能性部材との間で、導電
線に湾曲部分を形成する場合には、この湾曲部分はコイ
ルスプリング状(螺旋状)の巻回体とすることが好まし
いが、螺旋を構成する必要はない。例えば、湾曲部分
は、平面的な三角波形、矩形波形等の平面的な波形であ
ったとしても、十分な効果を発揮することができる。
明を説明する。図1〜図3は、本発明の第一の態様、第
二の態様および第六の態様に関するものである。図1
は、円盤状基材1の内部の構造を示すための破断斜視図
であり、図2(a)は、端子4に対して抵抗発熱体2を
結合する前の状態を示す正面図であり、図2(b)は、
端子の雄ネジの谷部に対して抵抗発熱体2の末端を巻き
付けた状態を示す正面図であり、図3(a)は、端子の
雄ネジの谷部に対して抵抗発熱体2の末端を巻き付けた
状態を、端子4の雄ネジ8側から見た平面図であり、図
3(b)は、抵抗発熱体2の末端を締め付けた状態を、
端子4の雄ネジ8側から見た平面図である。
4が埋設されている。円盤状基材1には、2つの主面1
a、1bが設けられている。端子4の本体4aは、背面
1b側に露出する露出面を有しており、この露出面側に
雌ねじ7が形成されている。本体4aから、本体よりも
直径の小さな円柱形状の突起4bが延びており、この突
起4bの外周面には、雄ネジ8が形成されている。ただ
し、8aは雄ネジ8の山部であり、8bは雄ネジ8の谷
部である。図2(a)において、矢印A方向に見たと
き、抵抗発熱体2は右回りに巻回されており、かつ雄ネ
ジ8の山部および谷部も右回りに巻回されている。
熱体2の末端を谷部8b内に収容する。ただし、6は谷
部8bに巻き付けられた部分である。この状態では、図
3(a)に示すように、抵抗発熱体2の末端と雄ネジ8
との間には、僅かながら隙間が存在している。
たときに右回りの方向、即ち、雄ネジ8と同じ方向に回
転させると、雄ネジ8に対して抵抗発熱体の末端部分が
締まり、図3(b)に示すように、雄ネジ8の谷部8b
と導電線の部分6との間の隙間が消滅する。そして、図
2(b)において、矢印Cのように抵抗発熱体2に力を
加え、抵抗発熱体2を曲げることによって、図1に示す
ように、導電線6に対して抵抗発熱体2をほぼ垂直に曲
げる。この状態では、導電線6は雄ネジ8に対して強固
に結合されており、抵抗発熱体2の中心軸の方向Aと導
電線6の中心軸の方向Bとは、ほぼ垂直となる。抵抗発
熱体2と導電線6との間には、垂直に曲げられた巻回体
からなる導電線31が残留することになる。
発熱体2とは、円盤状基材1内に埋設されている。ここ
で、図1においては、端子4を1箇所しか示していない
が、これは2箇所ないし3箇所以上に存在していてよ
い。また、図1においては、便宜上、仮想線3によって
抵抗発熱体2の立体的位置を示すことにした。即ち、抵
抗発熱体2は、円盤状基材1内を、平面的に見て略渦巻
き状となるように埋設されている。なお、導電線の末端
部分を真っ直ぐな形状とし、この真っ直ぐな部分を雄ネ
ジの谷部内に順次収容することも可能である。
の第六の態様を示す実施例である。図4(a)は、プス
ズマ発生用電極として使用できる網状電極9および端子
4を概略的に示す斜視図である。網状電極9は、多数本
の縦横に組み合わされた細かい金属線10からなってい
る。むろん、この金属線10の編み方は、種々変更でき
る。ここで、図4(b)および図5に示すように、網状
電極9から例えば一本の導電線11を抜き出し、この導
電線11の末端部分を、端子4の雄ネジ8の谷部8bに
対して巻き付け、次いでこの導電線11を雄ネジ8の方
向に向かって回転させることによって、導電線11の末
端部分6を雄ネジ8に対して締めつけ、固定する。この
状態では、導電線11の末端の巻回部分6が谷部8bに
対して隙間なく接触している。
態様に関するものである。図6は、セラミックスヒータ
ーの端子12の周辺を示す概略断面図である。盤状基材
1内に、抵抗発熱体2及び端子12が埋設されている。
盤状基材1には、2つの主面1a、1bが設けられてい
る。端子12の本体12bは、主面1b側に露出する露
出面12aを有している。抵抗発熱体2は、コイルスプ
リング状の巻回体5からなる。巻回体5の端部に導電線
5Aが連続しており、導電線5Aの端部13が端子12
の筒状突出部12c内に挿入されている。この筒状突出
部12cを、かしめにより変形させ、筒状突出部12c
の内部22に端部13を結合し、固定する。
ら、抵抗発熱体に至るまでは、巻回体5Aからなる導電
線によって構成されており、導電線と端子12との結合
部分の末端Cから巻回体5Aが直接に引き出されてい
る。更に、端子12の中心軸上にこの巻回体5Aが存在
している。
合部分の末端Cが、ホットプレス等の際に変化しても、
巻回体5Aが変形し、この結合部分の変位を吸収する。
これにより、端子12の周辺における断線、異常発熱は
生じなくなる。
様、第三の態様および第四の態様に係る実施例を示す概
略断面図である。図7は、セラミックスヒーターの端子
の周辺を示す概略断面図であり、ここでは抵抗発熱体2
のみは便宜上正面図によって示してある。図7のセラミ
ックスヒーターでは、図7における断面が略L字形状の
端子33を使用する。端子33には、本体33aと、こ
の本体33aから垂直方向に延びる柱状部分33cとが
設けられている。本体33aの上側面33bは、主面1
bに露出している。
材1の厚さ方向と直交する方向に向かって延びている。
抵抗発熱体2は巻回体5からなっている。柱状部分33
cに対して、巻回している導電線17が巻き付けられて
いる。
た本体33aの寸法が、盤状基材1の厚さのほぼ半分に
達する。この結果、柱状部分33cは、盤状基材1の厚
さ方向の中央部に位置する。当然、巻回している導電線
17は、盤状基材1の厚さ方向の中央部で、端子33に
結合されることになる。
合部分の位置は、焼成時にあまり変動しない。しかも、
柱状部分33cに結合している巻回体17と、抵抗発熱
体2の巻回体5との間には、直線状部分は実質的に存在
しておらず、巻回体からなる導電線5Aによって接続さ
れている。即ち、端子33と導電線17との結合部分の
位置Cから、巻回体5Aが直接に引き出されている。更
に、柱状部分33cの中心軸F上に、巻回体5Aが存在
している。従って、仮に上記の結合部分の位置Cが若干
変動しても、その変動が、巻回体5Aの変形によって吸
収される。
様、第三の態様および第四の態様に関するものである。
図8のセラミックスヒーターでは、図8における断面が
略T字形状の端子34を使用する。端子34には、本体
34aと、この本体34aから垂直方向に延びる柱状部
分34cと、下側に延びる部分34dとが設けられてい
る。本体34aの上側面34bは、主面1bに露出して
いる。
材1の厚さ方向と直交する方向に向かって延びている。
抵抗発熱体2は巻回体5からなっている。柱状部分34
cに対して、巻回している導電線17が巻き付けられて
いる。
のほぼ中央部に位置する。巻回している導電線17は、
盤状基材1の厚さ方向の中央部で、端子34に結合され
ることになる。
と、抵抗発熱体2の巻回体5との間には、直線状部分は
実質的に存在しておらず、巻回体からなる導電線5Aに
よって接続されている。即ち、端子34と導電線17と
の結合部分の位置Cから、巻回体5Aが直接に引き出さ
れている。更に、柱状部分34cの中心軸F上に、巻回
体5Aが存在している。従って、仮に上記の結合部分の
位置Cが若干変動しても、その変動が、巻回体5Aの変
形によって吸収される。
様、第三の態様および第四の態様に係る実施例を示すも
のである。図9のセラミックスヒーターでは、端子16
は、本体16b及び柱状部分16cからなる。本体16
bの上側面16aは、主面1bの方へと向かって露出し
ている。ただし、本体16bは、研削孔15内に埋設さ
れており、上側面16aは、主面1bから見て凹んだ位
置にある。柱状部分16cは、盤状基材1の厚さ方向と
直交する方向に向かって延びている。
材1の厚さ方向の中央部に位置する。巻回している導電
線17は、盤状基材1の厚さ方向の中央部で、端子16
に結合されることになる。柱状部分16cに結合してい
る巻回体17と、抵抗発熱体2の巻回体5との間には、
直線状部分は実質的に存在しておらず、巻回体からなる
導電線5Aによって接続されている。即ち、端子16と
導電線17との結合部分の位置Cから、巻回体5Aが直
接に引き出されている。更に、端子16の中心軸F上に
この巻回体5Aが存在している。
例を示すものである。図10に示すセラミックスヒータ
ーにおいては、盤状基材1内に、抵抗発熱体2及び端子
12が埋設されている。巻回体5の端部に導電線20が
連続しており、導電線20の端部13が、端子12の筒
状突出部12c内に挿入されている。この筒状突出部1
2cを、かしめにより変形させ、筒状突出部12cの内
部22に端部13を結合し、固定する。
続しており、直線状部分20と巻回体5とが連続してい
る。抵抗発熱体2の末端の巻回体5と、端子3との結合
部分Cとの間で、直線状の導電線20に対して、これよ
りも細い金属線19が巻き付けられている。これによ
り、上記の結合部分の位置Cに変位が生じても、金属線
19の弾性によってこの引張応力が一部保持され、緩和
される。また、仮に導電線20が断線しても、金属線1
9の方は断線しないので、金属線19の方を通って電流
が流れる。
からなる応力緩和材21が、導電線20の端子12との
結合部分Cの近傍を覆うように、配設されている。この
応力緩和材21の、図10において上端側は、筒状突出
部12c内に挿入され、かしめによって固定されてい
る。応力緩和材21の下端側は、直線状の導電線20の
周囲を囲むようにして延びている。
線20の端子12との結合部分の周辺における粉末の流
動及び応力が規制され、緩和される。金属線19の材質
としては、タングステン、モリブデン、白金、ニッケル
等の高融点金属が好ましく、これらの高融点金属の合金
も好ましい。
長さを更に短くすることができる。また、図10におい
て、応力緩和材21を、略円錐形状にすることができ
る。
9と端子12との結合に対して適用した実施例を示すも
のである。網状電極9を構成する金属線19のうち一本
が引き出されており、この引き出された導電線11が、
端子12の筒状突出部12cの内部22に挿入され、固
定されている。この他、応力緩和材21、金属線19に
ついては、図10のものと同じである。
である。図12に示すセラミックスヒーターでは、導電
線11は直線状であり、この導電線11が、図示しない
巻回体に対して連続している。直線状の導電線11およ
び筒状突出部内の導電線13に対して、これよりも細い
金属線19が巻き付けられている。
態様および第七の態様に関するものである。図13
(a)に示すセラミックスヒーターでは、盤状基材1内
に端子22が埋設されている。端子22は、ボルト状部
分23とナット状部分24とからなっている。ボルト状
部分23は、頭部23bと雄ねじ部23cとからなって
いる。ナット状部分24の雌ねじに対して、雄ねじ部2
3cを嵌め合わせ、端子22を構成する。頭部23b
は、研削孔15内に埋設されており、頭部23bの上側
面23aは、背面1bから見て凹んだ位置にある。
体5の端部に連続している導電線21が、雄ねじ部23
cに対して巻き付けられ、結合、固定されている。雄ね
じ部23cは、盤状基材1の厚さ方向の中央部に位置す
る。即ち、盤状基材1の中心線Gが雄ねじ部23cを通
過する。導電線21は、盤状基材1の厚さ方向の中央部
で、端子22に結合されることになる。
も、前述した作用効果を奏することができる。しかも、
ナット状部分24がボルト状部分23に結合され、基材
内に埋め込まれているので、端子22が研削孔15から
外側へと抜けるおそれはない。
同様の結合構造であるが、ただし、網状電極9に対して
導電線21を介して端子22を結合している。ただし、
図13(b)においては、導電線17の周辺のみを正面
図として示し、他の部分は断面図として表示した。
様および第七の態様に関するものである。図14に示す
セラミックスヒーターでは、盤状基材1内に端子25が
埋設されている。端子25は、係止部材26と巻き付け
用部材35とからなる。係止部材26の上側面26a
は、背面1bに露出している。係止部材26の下側部分
には、雌ねじ26bが設けられている。巻き付け用部材
35は略円柱形状であり、その外周には、雄ネジ27が
設けられている。ただし、27aが雄ネジ27の山部で
あり、27bは雄ネジ27の谷部である。
体5の端部が導電線21に連続している。導電線21の
端部を雄ねじ27に対して巻き付ける。この際、導電線
21の巻回体6の巻回方向と、雄ネジ27の巻回方向と
は同じである。導電線6を谷部27bに対して嵌め合わ
せ、導電線6を前述したようにして締めつける。この後
は、必要に応じて、係止部材26を雄ネジ27に対して
嵌め合わせることができる。
も、前述した作用効果を奏することができる。しかも、
係止部材26を雄ネジ27に対して嵌め合わせた場合に
は、抵抗発熱体2が端子25内に確実に固定されるの
で、抵抗発熱体2が端子25から抜けるおそれはない。
いては、盤状基材1の厚さ方向における端子25の寸法
が比較的に大きいので、端子25の、図14において下
側の末端は、基材1の厚さ方向におけるほぼ中央部に達
している。従って、抵抗発熱体2と端子25との結合固
定部分Cは、盤状基材1の厚さ方向に見たほぼ中央部に
あるので、この結合部分が、焼成時にあまり変位しな
い。
体、金属線、応力緩和材等については、便宜上、断面で
はなく正面図又は斜視図を示した。
6、図7、図8、図9、図10、図12、図13
(a)、図14に示す各実施例のセラミックスヒーター
を製造した。また、図15に示す比較例のセラミックス
ヒーターを製造した。各実施例、比較例における抵抗発
熱体は、それぞれタングステンからなる線体で製造し
た。この線体の線径は0.5mmであり、螺旋状の巻回
体を構成する螺旋の直径は5mmとした。線体を、所定
の発熱比となるように引き延ばし、次いで、真空中、1
000°Cで熱処理した。また、図10においては、応
力緩和材21の寸法を、直径φ0.4mm、長さ10m
mとし、金属線19の寸法を、直径φ0.1mm、長さ
60mmとした。
接続した。仮焼後の窒化珪素粉末を、プレス成形機内に
仕込み、ある程度の硬さになるまで予備成形した。この
際、予備成形体の表面に、所定の平面的パターンに沿っ
て、連続的な凹部を設けた。
容し、この上に窒化珪素粉末を充填した。金型プレスに
よって窒化珪素粉末を一軸加圧成形し、円盤状成形体を
作成した。円盤状成形体を、窒素中、1800°Cでホ
ットプレス焼結させた。得られた焼結体を、円筒研削、
平面研削、超音波加工、放電加工によって加工し、直径
8インチのセラミックスヒーターを得た。
合した。このケーブルを通して200Vの交流電圧を印
加し、基材1の主面1aの平均温度を800°Cに上昇
させた。主面1aの各点の温度を、赤外線放射温度計に
よって測定し、最高温度と最低温度との温度差を測定し
た。この結果を表1に示す。
5)のセラミックスヒーターにおいては、50°Cの温
度差が生じたが、本発明の実施例では、この温度差が大
きく改善された。特に、図1、図6、図7、図8、図
9、図10、図12、図13(a)、図14のものが好
ましく、図1、図10、図14のものが一層好ましく、
図1のものが特に好ましいことが分かる。
ラミックスからなる基材と、この基材内に埋設された機
能性部材と、この機能性部材に接続され、基材に埋設さ
れた端子とを有するセラミックス製品において、端子の
周辺における異常発熱を防止し、抵抗発熱体の断線を防
止することができる。
端子4の周辺を概略的に示す破断斜視図である。
する前の状態を示す正面図であり、(b)は、端子の雄
ネジの谷部に対して抵抗発熱体2の末端を巻き付けた状
態を示す正面図である。
熱体2の末端を巻き付けた状態を、端子4の雄ネジ側か
ら見た平面図であり、(b)は、抵抗発熱体2の末端を
締め上げた状態を、端子4の雄ネジ側から見た平面図で
ある。
図であり、(b)は、網状電極9を端子4に対して結合
した状態を示す斜視図である。
断面図である。
端子12の周辺を示す概略断面図である。
端子33の周辺を示す概略断面図である。
端子34の周辺を示す概略断面図である。
端子16の周辺を示す概略断面図である。
21を収容し、かつ導電線20の周面に金属線19を巻
き付けた実施例を示す概略断面図である。
と網状電極9との結合部分を概略的に示す斜視図であ
る。
実施例を示す概略断面図である。
スヒーターの端子22の周辺を示す概略断面図であり、
(b)は、本発明の実施例に係るプラズマ電極装置の端
子22の周辺を示す概略断面図である。
の端子25の周辺を示す概略断面図である。
周辺を示す概略断面図である。
面 2 抵抗発熱体4、12、16、22、25、3
3、34 端子 12c 筒状突出部 15 研削孔
19 金属線 21 応力緩和材 16c、3
3c、34c柱状部分 30 直線状部分 C 結
合部分の末端
Claims (7)
- 【請求項1】セラミックスの焼結体からなる基材と、こ
の基材内に埋設された機能性部材と、前記基材に埋設さ
れている端子と、前記機能性部材に連続する導電線とを
有するセラミックス製品であって、前記導電線が前記端
子に結合されており、前記導電線と前記端子との結合部
分の末端から前記機能性部材に至るまで、前記導電線が
コイルスプリング状の巻回体からなることを特徴とす
る、セラミックス製品。 - 【請求項2】前記端子のうち前記導電線と接触している
部分の中心軸上に前記巻回体が形成されていることを特
徴とする、請求項1記載のセラミックス製品。 - 【請求項3】セラミックスの焼結体からなる盤状基材
と、この盤状基材内に埋設された機能性部材と、前記盤
状基材に埋設されている端子と、前記機能性部材に連続
する導電線とを有するセラミックス製品であって、前記
端子に柱状部分が設けられており、この柱状部分が、前
記盤状基材の厚さ方向と交差する方向に向かって延びて
おり、前記導電線が前記柱状部分に巻き付けられ、結合
されていることを特徴とする、セラミックス製品。 - 【請求項4】セラミックスの焼結体からなる盤状基材
と、この盤状基材内に埋設された機能性部材と、前記盤
状基材に埋設されている端子と、前記機能性部材に連続
する導電線とを有するセラミックス製品であって、前記
盤状基材の厚さ方向の中央部において、前記導電線が前
記端子に結合されていることを特徴とする、セラミック
ス製品。 - 【請求項5】セラミックスの焼結体からなる基材と、こ
の基材内に埋設された機能性部材と、前記基材に埋設さ
れている端子と、前記機能性部材に連続する導電線とを
有するセラミックス製品であって、前記導電線が前記端
子に結合されており、前記導電線の周囲に、少なくとも
前記セラミックスの焼結時の流動によって前記導電線に
加わる応力を緩和するための他の金属材が配置されてい
ることを特徴とする、セラミックス製品。 - 【請求項6】セラミックスの焼結体からなる基材と、こ
の基材内に埋設された機能性部材と、前記基材に埋設さ
れている端子と、前記機能性部材に連続する導電線とを
有するセラミックス製品であって、前記導電線がコイル
スプリング状の巻回体をなしており、前記端子に雄ネジ
が設けられており、前記雄ネジの谷部に前記導電線が巻
き付けられている、セラミックス製品。 - 【請求項7】セラミックスの焼結体からなる盤状基材
と、この盤状基材内に埋設された機能性部材と、前記盤
状基材に埋設されている端子と、前記機能性部材に連続
する導電線とを有するセラミックス製品であって、前記
端子に巻き付け用部材が設けられており、この巻き付け
用部材に前記導電線が巻き付けられており、かつこの巻
き付け用部材が係止部材に嵌め合わされていることを特
徴とする、セラミックス製品。
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