JP3685962B2

JP3685962B2 - サセプタ及びその製造方法

Info

Publication number: JP3685962B2
Application number: JP25958999A
Authority: JP
Inventors: 雅之石塚; 浩稲妻地; 高郎北川; 剛史大塚; 良樹吉岡
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 1999-09-13
Filing date: 1999-09-13
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2019-09-13
Also published as: JP2001085505A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サセプタ及びその製造方法に関し、特にサセプタの内部に内蔵された内部電極に確実に通電可能なサセプタ、及び該サセプタを歩留まりよく廉価に製造することが可能なサセプタの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣ、ＬＳＩ、ＶＬＳＩ等の半導体の製造工程において使用されるドライエッチング装置や、ＣＶＤ装置等においては、エッチングやＣＶＤによる成膜をウエハ毎に均一に行うため、半導体ウエハ、液晶基板ガラス、プリント基板等の板状試料を、１枚ずつ処理する枚葉化がすすんでいる。この枚葉式プロセスにおいては、板状試料を１枚ずつ処理室内に保持するために、この板状試料をサセプタと称される試料台（台座）に載置し、所定の処理を施している。
このサセプタは、プラズマ中での使用に耐え、かつ高温での使用に耐え得る必要があることから、耐プラズマ性に優れ、熱伝導率が大きいことが要求される。このようなサセプタとしては、耐プラズマ性、熱伝導性に優れた窒化アルミニウム焼結体からなるサセプタが使用されている。
【０００３】
このようなサセプタには、その内部に電荷を発生させて静電吸着力で板状試料を固定するための静電チャック用電極、通電発熱させて板状試料を加熱するためのヒータ電極、高周波電力を通電してプラズマを発生させてプラズマ処理するためのプラズマ発生用電極等の内部電極を配設したものがある。
【０００４】
図３は、このような内部電極が内蔵されたサセプタの一例を示したものである。サセプタ５は、板状試料（図示せず）を載置する載置板１と、この載置板１を支える支持板３と、この載置板１と支持板３に挟まれて保持される内部電極２と、この内部電極２に接するように支持板３内に埋設され、電流を内部電極２に供給する給電用端子４，４からなる。
【０００５】
このようなサセプタ５の製造方法としては、例えば、予め支持板３に、給電用端子４，４を内部電極２につなげるための固定孔を形成し、この固定孔に金属製の給電用端子４，４を固定し、この給電端子４，４を有する支持板３と、載置板１との間に、タングステン等の高融点金属からなる内部電極２を配し、これらを各種接合剤により加圧下にて接合する方法が挙げられる。
しかしながら、このようなサセプタ５の製造方法においては、載置板１と、給電用端子４，４を有する支持板３との接合の際に、前記載置板１や前記支持板３の熱膨張率と、給電用端子４，４の熱膨張率とを近似させるのが困難であった。また給電用端子４，４を形成する金属には、耐熱性に富む高価な高融点金属を用いる必要があった。
【０００６】
さらに、加圧下での高温接合の際に、金属製の給電用端子４，４のヤング率と、載置板１や支持板３のヤング率が大きく異なるため、大きな圧力で加圧すると、これらの変形率の差により、これらに破壊が生じるため、十分に加圧することができずに、給電用端子４，４と内部電極２との電気的な連結が十分でなかったり、内部電極２と載置板１との間に空隙が生じて、内部電極２の用途により、静電吸着性能が低下したり、ヒータ加熱性能が低下したり、載置板１上にプラズマが発生しなかったりすることがあり、更に接合剤が露出して接合剤成分が揮発、飛散して板状試料を汚染する虞もあった。
【０００７】
そこで、これらの不都合を解消するため、サセプタ５内部に内部電極２を形成する方法として、例えば、所定のパターン形状で、内部電極２となる電極材料を支持板３上に印刷し、この支持板３と、載置板１とを、前記電極材料が印刷された面を介して重ね合わせて一体焼結した後、内部電極２とサセプタ５の外部との間に導電回路を形成するために、支持板３に、内部電極２に到達するように孔を穿設する作業を行い、この孔にリード線等の金属製給電用端子４，４を収め、ろう材を介して金属製給電用端子４，４と内部電極２とを接合する製造方法が一般的に行われている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなサセプタ５の製造方法においては、上記給電用端子４，４を固定するための孔の穿設作業は、支持板３の表面から掘り進み、内部電極２に接触する面で正確に孔の形成を止めなくてはならない。また、内部電極２と給電用端子４，４は良好に接触し、電気的に完全に接合されることが要求されるが、内部電極２まで到達していない場合はもちろん、内部電極２を貫通してしまった場合には電気的な接合は不完全となり、内部電極２への通電は不確実なものとなってしまう。
また、一般に内部電極２の厚さは数十μmオーダーであり、内部電極２の厚さのオーダー以下の穿設速度で加工を行う必要上、穿設作業は極めて効率の悪い作業となり、また、正確に止め位置を決定することができないため、加工歩留まり低下の原因ともなっている。
さらに、内部電極２が、双極型静電チャック用電極のように、内部電極２のパターン平面上の給電用端子４，４の位置が重要となる場合は、Ｘ線透過装置等を用いて穿設位置をモニタリングしながら慎重に穿設作業を行う必要があり、手間を要する作業となってしまう。
【０００９】
このように、従来においては、内部電極２と、給電用端子４，４を正確な位置に形成し、確実に内部電極２に通電可能なサセプタ５、及び該サセプタ５を歩留まりよく廉価に製造することが可能なサセプタ５の製造方法として適切なものがなかった。
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたものであり、その為に具体的に設定された課題は、窒化アルミニウム基焼結体製のサセプタの内部に形成された内部電極に確実に通電可能なサセプタ、及び該サセプタを歩留まりよく廉価に製造することが可能なサセプタの製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題解決のため鋭意検討した結果、特定組成の導電性材料により内部電極と給電用端子を形成し、載置板と支持板とを加圧下で熱処理して一体化することにより上記課題を効率よく解決し得ることを知見し、本発明を完成するに至った。
即ち、第１の発明のサセプタは、試料を載置する窒化アルミニウム基焼結体からなる載置板と、この載置板と一体化され窒化アルミニウム基焼結体からなる支持板と、これら載置板と支持板との間に設けられタングステンを５８〜８０重量％含有する窒化アルミニウム−タングステン複合導電性焼結体からなる内部電極と、この内部電極に接するように前記支持板に貫通して設けられタングステンを５８〜８０重量％含有する窒化アルミニウム−タングステン複合導電性焼結体からなる給電用端子とからなり、これら載置板、支持板、内部電極及び給電用端子は、加圧下での熱処理により一体化されてなることを特徴とする。
【００１１】
第２の発明のサセプタの製造方法は、窒化アルミニウム基焼結体からなる支持板に固定孔を形成し、ついで、この固定孔にタングステンを５８〜８０重量％含有する窒化アルミニウム−タングステン複合導電性焼結体からなる給電用端子を嵌め込み、ついで、この給電用端子を保持する支持板上に、この給電用端子に接するように、タングステンを５８〜８０重量％含有する窒化アルミニウム−タングステン複合導電性材料からなる塗布剤を塗布し乾燥させて内部電極形成層を形成し、ついで、この支持板上に前記内部電極形成層を介して載置板を重ね合わせ、これら支持板、給電用端子、内部電極形成層及び載置板を加圧下にて熱処理することにより、これら支持板、給電用端子及び載置板を一体化すると共に、これらの支持板と載置板との間に、窒化アルミニウム−タングステン複合導電性焼結体からなる内部電極を形成することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を掲げ、本発明を詳述する。なお、この発明の実施の形態は、特に限定のない限り発明の内容を制限するものではない。
図１は、本発明のサセプタの一例を示したものである。
サセプタ１５は、板上試料を載置する載置板１１と、この載置板１１と一体化される支持板１３と、この載置板１１と支持板１３との間に形成された内部電極１２と、この内部電極１２に通じ、前記支持板１３内部に貫通するようにして設けられた給電用端子１４、１４とからなるものである。
【００１３】
上記載置板１１および支持板１３は、その重ね合わせ面の形状を同じくし、ともに、窒化アルミニウム基焼結体からなるものである。前記の窒化アルミニウム基焼結体としては、特に限定されるものではなく、一般に市販されているものでよい。
また、前記窒化アルミニウム基焼結体は、焼結性や耐プラズマ性を向上させるために、イットリア（Ｙ2Ｏ3）、カルシア（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、チタニア（ＴｉＯ2）から選択された１種または２種以上を合計で０．１〜１０．０重量％含有するようにしてもよい。
【００１４】
上記内部電極１２は、電荷を発生させて静電吸着力で板状試料を固定するための静電チャック用電極、通電発熱させて板状試料を加熱するためのヒータ電極、高周波電力を通電してプラズマを発生させてプラズマ処理するためのプラズマ発生用電極等として用いられるもので、その用途によって、その形状や、大きさが適宜調整される。
この内部電極１２は、窒化アルミニウム−タングステン複合導電性焼結体からなる。この窒化アルミニウム−タングステン複合導電性焼結体としては、タングステンの含有量が５８〜８０重量％であるものであることが望ましい。タングステンの含有量を５８〜８０重量％としたのは、５８重量％未満では内部電極１２の抵抗値が高くなり、内部電極１２として機能しなくなるため不都合となり、８０重量％を超えると、内部電極１２の熱膨張率が、前記載置板１１と前記支持板１３を形成する窒化アルミニウム基焼結体と大きく異なり、後工程の加圧熱処理により熱応力破壊するため不都合となるためである。
【００１５】
上記給電用端子１４，１４は、内部電極１２に電流を供給するために設けられたもので、その数、形状、大きさ等は、内部電極１２の形状と、態様（即ち静電チャック用電極、ヒータ電極、プラズマ発生電極等のいずれのタイプの内部電極１２とするか）により決定される。
この給電用端子１４は、窒化アルミニウム粉末とタングステン粉末とを混合し、この混合粉末を加圧焼結した窒化アルミニウム−タングステン複合導電性焼結体からなり、その混合比は、内部電極１２と同様にしてタングステンが５８〜８０重量％となるようにされたものであることが望ましい。
【００１６】
次に、このようなサセプタ１５の製造方法を説明する。
図２は、サセプタ１５の製造工程を示したものである。
まず、窒化アルミニウム基焼結体からなる支持板１３に、予め給電用端子１４，１４を組み込み保持するための固定孔１６，１６を形成する。この固定孔１６，１６の穿設方法は、特に制限されるものでなく、例えば、ダイヤモンドドリルによる孔あけ加工法、レーザ加工法、放電加工法、超音波加工法を用いて穿設することができる。また、その加工精度は、通常の加工精度でよく、歩留まりはほぼ１００％で加工できる。
なお、固定孔１６，１６の穿設位置および数は、内部電極１２の態様と形状により決定される。
【００１７】
次に、給電用端子１４を、上記支持体１３の固定孔１６に密着固定し得る大きさ、形状となるように作製する。
給電用端子１４の作製方法は、窒化アルミニウム粉末とタングステン粉末とを混合し、この混合粉末を加圧焼結することによる。このとき、混合粉末の混合量は、タングステンの割合が５８〜８０重量％となるように混合したものであることが好ましい。タングステンの割合が５８重量％未満では、給電用端子１４の抵抗値が高くなり、給電用端子１４として機能しなくなり、８０重量％を超えると給電用端子１４の熱膨張率が、前記載置板１１と前記支持板１３を形成する窒化アルミニウム基焼結体と大きく異なり、後工程の加圧熱処理により熱応力破壊することとなり不都合となる。
この給電用端子１４の加工精度は、後の加圧熱処理で熱変形して固定されるので、日本工業規格（ＪＩＳ）の標準公差レベルでクリアランスをもっていてもよい。
【００１８】
次に、この給電用端子１４，１４を、支持体１３の固定孔１６，１６に嵌め込む。
次に、給電用端子１４，１４が組み込まれた支持板１３の表面の所定領域に、前記給電用端子１４，１４に接触するように、窒化アルミニウム粉末とタングステン粉末との混合粉末（窒化アルミニウム−タングステン複合導電性材料）を、エチルアルコール等の有機溶媒に分散した内部電極形成用塗布剤を塗布し、乾燥して内部電極形成層１２’を形成する。
このような塗布液の塗布方法としては、均一な厚さに塗布する必要があることから、スクリーン印刷法等を用いることが望ましい。
また、上記窒化アルミニウム−タングステン複合導電性材料としては、タングステン含有量が５８〜８０重量％となるように配合したものを用いることが好ましい。タングステンの含有量が５８重量％未満では、内部電極１２の抵抗値が高くなり、内部電極１２として機能しなくなり、８０重量％を超えると内部電極１２の熱膨張率が、前記載置板１１と前記支持板１３を形成する窒化アルミニウム基焼結体と大きく異なり、後工程の加圧下での熱処理により熱応力破壊することとなり不都合となる。
【００１９】
次に、内部電極形成層１２’を形成した支持板１３上に、該内部電極形成層１２’を介するように載置板１１を重ねた後、これらを加圧下にて熱処理して一体化する。このように、この製造方法においては、前記支持板１３と、前記載置板１１との間に接合剤を介在させることなく、加圧下での熱処理のみで、載置板１１と支持板１３との接合一体化を達成することができる。
このときの熱処理の条件としては、熱処理雰囲気は、真空、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ_２などの不活性雰囲気であるのが好ましく、特に、窒化アルミニウムの分解抑制のためにはＮ_２雰囲気が望ましい。加圧力は５〜１０ＭＰａが望ましく、また熱処理温度は１６００〜１８５０℃が望ましい。
【００２０】
そして、このとき、支持板１３上に形成された内部電極形成層１２’は、窒化アルミニウム粉末とタングステン粉末とが焼成されて、窒化アルミニウム−タングステン複合導電性焼結体製の内部電極１２とされる。また、給電用端子１４，１４は、加圧下での熱処理で熱変形して支持板１３の固定孔１６，１６に固定される。
【００２１】
このようなサセプタの製造方法によれば、支持板１３に孔を形成して、給電用端子１４を取り付ける後加工の作業なしに、サセプタ１５を製造することができる。
また、内部電極１２および給電用端子１４，１４に、窒化アルミニウム−タングステン複合導電性焼結体からなるものを用いているので、載置板１１と支持板１３とを一体化させる処理において内部電極１２を容易に形成することができ、給電用端子１４，１４を支持体１３に固定させることができ、また、内部電極１２と、給電用端子１４との接続も確実に行うことができる。さらに、給電用端子１４を安価に製造することができる。
さらに、窒化アルミニウム−タングステン複合導電性焼結体として、タングステンを５８〜８０重量％含有するものを用いることにより、載置板１１や支持板１３の熱膨張率やヤング率との差異を小さくすることができ、これらの違いにより、サセプタ１５に熱応力破壊が生じることがない。
このように、サセプタ１５の製造方法によれば、内部電極１２に確実に通電可能なサセプタ１５を得ることができ、サセプタ１５を歩留まりよく廉価に製造することができる。
【００２２】
【実施例】
以下、内部電極１２を静電チャック用電極とした場合の実施例を掲げ、本発明を更に詳述する。
「給電用端子の作製」
窒化アルミニウム粉末（平均粒径０．６μm、トクヤマ（株）製）２８重量部、タングステン粉末（平均粒径０．５μm、東京タングステン（株）製）７２重量部、イソプロピルアルコール１００重量部とを混合し、更に遊星型ボールミルを用いて均一に分散させてスラリーを得た。
このスラリーから、アルコール分を、吸引ろ過して除去し、乾燥して窒化アルミニウム−タングステン複合粉末を得た。
次に、上記複合粉末を成型、焼結し、直径２．５ｍｍ、長さ５ｍｍの棒状窒化アルミニウム−タングステン複合導電性焼結体を得、これを給電用端子１４とした。焼結は温度１７５０℃、圧力２０MPａの条件でホットプレスによる加圧焼結を行った。焼結後の窒化アルミニウム−タングステン複合導電性焼結体の相対密度は９９％以上であった。
【００２３】
「支持板の作製」
窒化アルミニウム粉末（平均粒径０．６μm、トクヤマ（株）製）９７重量部、イットリア粉末（平均粒径１．４μm、日本イットリウム（株）製）３重量部、イソプロピルアルコール１００重量部とを混合し、更に遊星型ボールミルを用いて均一に分散させてスラリーを得た。このスラリーから、上記給電用端子１４の作製方法に準じて窒化アルミニウム基粉末を得た。
その後、この窒化アルミニウム基粉末を成型、焼結し、直径２３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状窒化アルミニウム基焼結体（支持板１３）を得た。焼結時の条件は、上記給電用端子１４の作製時と同様とした。
次いで、この窒化アルミニウム基焼結体に、給電用端子１４，１４を組み込み、固定するための固定孔１６，１６を、ダイヤモンドドリルによって孔あけ加工することにより穿設し、窒化アルミニウム基焼結体製の支持板１３を得た。
【００２４】
「載置板の作製」
上記窒化アルミニウム基焼結体製の支持板１３の作製方法に準じて、直径２３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状窒化アルミニウム基焼結体を得た。次いで、この円盤状窒化アルミニウム基焼結体の一面（板状試料の載置面）を平坦度が１０μm以下となるよう研摩し、窒化アルミニウム基焼結体製の載置板１１を得た。
【００２５】
「一体化」
上記支持板１３に穿設された前記固定孔１６，１６に、前記の給電用端子１４，１４を押し込み、組み込み固定した。
次いで、図２ー（ｂ）に示すように、この給電用端子１４，１４が組み込み固定された支持板１３上に、後の加圧下での熱処理工程で内部電極１２となるよう、２８重量％の窒化アルミニウム粉末と７２重量％のタングステン粉末を含む、窒化アルミニウム−タングステン複合導電性材料からなる塗布剤を、スクリーン印刷法にて印刷塗布し、乾燥して、内部電極形成層１２’を形成した。
次いで、図２−（ｃ）に示すように、この内部電極形成層１２’（印刷面）を挟み込むように、また、前記載置板１１の研摩面が上面となるように、前記支持板１３と載置板１１とを重ね合わせて、ホットプレスにて加圧下にて熱処理して一体化してサセプタ１５を作製した。このときの加圧、熱処理条件は、温度１８００℃、圧力７．５MPａの条件にて行った。
【００２６】
「評価」
このようにして作製されたサセプタ１５の接合断面をＳＥＭ観察したところ、前記載置板１１と、前記支持板１３と、前記給電用端子１４，１４とは良好に接合されていた。
また、接合された前記載置板１１、前記支持板１３、前記給電用端子１４，１４に亀裂等の発生は無く、内部電極１２の剥離も認められなかった。
また、前記給電用端子１４，１４と前記内部電極１２との間の導通も良好であり、電気的に確実に連結されていることも確認された。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のサセプタは、給電用端子が内部電極と確実、強固に連結されており、通電確実性が極めて高いものである。
また、上記サセプタの内部電極および給電用端子が、タングステンを５８〜８０重量％含む窒化アルミニウム−タングステン複合導電性焼結体からなるものであるから、その製造時における各部材間の熱膨張率の違い等に起因する熱応力による破壊を防ぐことができ、これらが、確実、強固に連結され、通電確実性がより高いものとなる。
また、このようなサセプタによれば、前記給電用端子と前記内部電極との間の導通も良好であり、電気的に確実に連結される。
また、本発明のサセプタの製造方法によれば、上記の特性を備えたサセプタを高度な後加工なしに歩留まり良く、しかも廉価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のサセプタの一例を示す断面図である。
【図２】本発明のサセプタの製造方法の一例を示す工程図である。
【図３】従来のサセプタの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１１載置板
１２内部電極
１３支持板
１４給電用端子
１５サセプタ
１６固定孔

Claims

試料を載置する窒化アルミニウム基焼結体からなる載置板と、この載置板と一体化され窒化アルミニウム基焼結体からなる支持板と、これら載置板と支持板との間に設けられタングステンを５８〜８０重量％含有する窒化アルミニウム−タングステン複合導電性焼結体からなる内部電極と、この内部電極に接するように前記支持板に貫通して設けられタングステンを５８〜８０重量％含有する窒化アルミニウム−タングステン複合導電性焼結体からなる給電用端子とからなり、
これら載置板、支持板、内部電極及び給電用端子は、加圧下での熱処理により一体化されてなることを特徴とするサセプタ。
窒化アルミニウム基焼結体からなる支持板に固定孔を形成し、ついで、この固定孔にタングステンを５８〜８０重量％含有する窒化アルミニウム−タングステン複合導電性焼結体からなる給電用端子を嵌め込み、ついで、この給電用端子を保持する支持板上に、この給電用端子に接するように、タングステンを５８〜８０重量％含有する窒化アルミニウム−タングステン複合導電性材料からなる塗布剤を塗布し乾燥させて内部電極形成層を形成し、ついで、この支持板上に前記内部電極形成層を介して載置板を重ね合わせ、これら支持板、給電用端子、内部電極形成層及び載置板を加圧下にて熱処理することにより、これら支持板、給電用端子及び載置板を一体化すると共に、これらの支持板と載置板との間に、窒化アルミニウム−タングステン複合導電性焼結体からなる内部電極を形成することを特徴とするサセプタの製造方法。