JP6966651B2 - 電極埋設部材及びその製造方法、静電チャック、セラミックス製ヒーター - Google Patents
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Description
この点について、従来の電極埋設部材の接続部材及びその周辺の部分を拡大して示した図7を参照して説明する。
セラミックス製の基体と、
前記基体に埋設された電極と、
一方の主面及び他方の主面を有し、前記一方の主面が前記電極側を向き、且つ前記電極と電気的に接続された状態で前記基体に埋設されたタングステン又はモリブデンの少なくとも一方を含む接続部材と、
前記基体の外面から前記接続部材の他方の主面まで延びる穴部と、
を備える電極埋設部材であって、
前記基体には緩衝部材が埋設され、
前記緩衝部材は、少なくともセラミックス材料とタングステン及びモリブデンの少なくとも一方とを含み、
前記接続部材は、前記一方の主面と前記他方の主面とを接続する側面と、前記一方の主面と前記側面とによって、または、前記他方の主面と前記側面とによって形成される縁部とをさらに備え、
且つ前記緩衝部材は、前記接続部材の前記縁部の少なくとも一部を覆うことを特徴とする。
これにより、基体内部に埋設された内部電極を、外部金属端子及び接続部材を介して外部と電気的に接続することができる。
これにより、接続部材の縁部を起点として発生するクラックを確実に抑制し又は防止することができる。
上記何れかの電極埋設部材の製造方法であって、
セラミックス製の第1成形体及び第2成形体を形成する成形体形成工程と、
前記第1成形体の上に前記電極と前記接続部材とを載置する電極載置工程と、
前記接続部材の縁部の少なくとも一部を、少なくとも前記第1成形体及び前記第2成形体を構成するセラミックス材料とタングステン及びモリブデンの少なくとも一方を構成元素とする導電性材料とを混合させて形成された前記緩衝部材によって覆う緩衝部材工程と、
前記第1成形体、前記電極、前記接続部材及び前記緩衝部材の上に前記第2成形体を載せる第2成形体載置工程と、
前記電極、前記接続部材、及び前記緩衝部材、を前記第1成形体と前記第2成形体とで挟んだ状態で加圧焼成する焼結工程と、
を備える。
上記何れかの電極埋設部材の製造方法であって、
開口を有する有底筒状型にセラミックス製の原料粉を充填して加圧し第1圧粉体を形成する第1圧粉体形成工程と、
前記有底筒状型の中で、前記第1圧粉体の前記有底筒状型の開口側に、前記電極と前記接続部材とを配置する電極載置工程と、
前記接続部材の縁部の少なくとも一部を、少なくとも前記原料粉を構成するセラミックス材料とタングステン及びモリブデンの少なくとも一方を構成元素とする導電性材料とを混合させて形成された前記緩衝部材によって覆う緩衝部材工程と、
前記有底筒状型の中の、前記第1圧粉体、前記電極、及び前記緩衝部材の前記開口側に前記原料粉を充填して加圧し前記第1圧粉体を含んだ第2圧粉体を形成する第2圧粉体形成工程と、
前記電極、前記接続部材、及び前記緩衝部材、を埋設した前記第2圧粉体を加圧焼成する焼結工程と、
を備える。
(1)AlNに5wt%Y2O3を混合した混合粉末が50vol%、タングステン粉末が50vol%
(2)AlNに5wt%Y2O3を混合した混合粉末が30vol%、タングステン粉末が70vol%
(3)AlNに5wt%Y2O3を混合した混合粉末が90vol%、タングステン粉末が10vol%
(4)AlNに5wt%Y2O3を混合した混合粉末が70vol%、モリブデン粉末が30vol%
従前の方法でCIP体などから切り出して、所定の形状に加工する工程
この工程において、
i)第1成形体(焼成後絶縁層となるプレート)
ii)第2成形体(焼成後に基台となるプレート)
を作製する。
ここで、第1脱脂体20及び第2脱脂体21が焼結し、内部電極3、接続部材4及び緩衝部材10が焼結一体化する。
ここで、端子穴5の直径は、接続部材4の代表寸法(例えば直径)より小さいことがより望ましい。
この製造方法は、開口を有する有底筒状型にセラミックス製の原料粉を充填して加圧し第1圧粉体を形成する第1圧粉体形成工程と、有底筒状型の中で、第1圧粉体の有底筒状型の開口側に、内部電極3と接続部材4とを配置する電極載置工程と、接続部材4の縁部4d、4eの少なくとも一部を緩衝部材10によって覆う緩衝部材工程と、有底筒状型の中の、第1圧粉体、内部電極3、及び緩衝部材10の開口側に原料粉を充填して加圧し第1圧粉体を含んだ第2圧粉体を形成する第2圧粉体形成工程と、内部電極3、接続部材4、及び緩衝部材10、を埋設した第2圧粉体を加圧焼成する焼結工程と、を備える。
図1A乃至図4Bは、基体の表面2aに近い位置に埋設される高周波電極としての内部電極3、接続部材4、及び緩衝部材10の埋設工程及び構造を説明したものである。ヒーター電極としての内部電極3とこれに対応して設けられる接続部材4及び緩衝部材10の埋設工程及び構造は、高周波電極としての内部電極3の埋設工程及び構造に準じるため図示は省略するが、以下には高周波電極及びヒーター電極としての2つの内部電極3が埋設された電極埋設部材1の製造方法に関する各種の実施例について説明する。
また、下記の実施例に記載の脱脂、焼成、ロウ付けの条件は従前のセラミックス焼結体の製造方法に準拠し、適切な条件の変更を含むものとする。
まず、実施例1として、成形体プレス法を用いて電極埋設部材1を製造した例について説明する。
(i)円板状成形体A(焼成後絶縁層となるプレート)
直径340mm、厚み5mm
(ii)円板状成形体B(焼成後に中間基台となるプレート)
直径340mm、厚み10mm
円板状成形体Bの一方の面に、成形体の中心を共有し、第1の内部電極3(高周波電極)を収納するための直径300mm、深さ0.1mmの凹部を設ける。
更に、端子を形成する所定の位置に、接続部材4及び緩衝部材10を収納するための直径12mm、深さ1.5mmの凹部を設ける。
(iii)円板状成形体C(焼成後に基台となるプレート)
直径340mm、厚み20mm
円板状成形体Cの一方の面に、成形体の中心を共有し、第2の内部電極3(ヒーター電極)を収納するための直径300mm、深さ0.1mmの凹部を設ける。
更に、端子を形成する所定の位置に、接続部材4及び緩衝部材10を収納するための直径12mm、深さ1.5mmの凹部を設ける。
脱脂は500℃以上、大気雰囲気で行う。
(iii)ヒーター電極及び高周波電極
モリブデンワイヤーによるメッシュ(線径0.1mm、平織り、メッシュサイズ#50)
これを所定の形状に裁断しヒーター電極とする。最外径294mm。
同じモリブデンワイヤーによるメッシュから円形形状に裁断し高周波電極とする。最
外径298mm。
(iv)接続部材
直径8mm厚み0.5mmのタングステンのバルク体とする。
(iv)緩衝部材
AlN原料粉とWの粉末を体積比50%:50%で混合した後に成形し、直径12mm厚み1.5mmの円板に片面から直径8mm、深さ0.5mmのザグリ加工を施した凹部状部材を準備する。
(v)ヒーター電極等の配置
円板状脱脂体Cの直径12mmの凹部に緩衝部材をザグリ穴が上方になる向きに配置する。
緩衝部材のザグリ穴に接続部材を収納する。
その上に、直径300mmの凹部に第2の内部電極としてのヒーター電極を収納する。
(vi)円板状脱脂体Bの積層
円板状脱脂体Cのヒーター電極が埋設された側に、円板状脱脂体2を積層する。
(vii)高周波電極等の配置
円板状脱脂体Bの直径12mmの凹部に緩衝部材をザグリ穴が上方になる向きに配置する。
緩衝部材のザグリ穴に接続部材を収納する。
その上に、直径300mmの凹部に第1の内部電極としての高周波電極を収納する。
その上に円板状脱脂体Aを積層し、積層体(脱脂体)を完成させる。
10MPaの圧力で、焼成温度1800℃、焼成時間2時間でホットプレス焼成を行った。
その後、全面に研削、研磨加工を行い、総厚25mm、絶縁層厚さ1.0mm、表面粗さをRa0.4μmのウェハ載置面を形成した。
セラミック基体裏面側より端子位置に接続部材に到達するまで穴径φ5.5mmの平底穴加工を行う。
露出した接続部材底面にロウ材を介して直径5mm、厚み1mmのタングステンとコバール製の中間部材と直径5mm長さ30mmの円柱状Ni製給電端子を設置し、真空炉により1050℃でAu−Ni系ロウ材によるロウ付けを行い電極埋設部材を完成させた。
次に、実施例2として、粉末ホットプレス法を用いて実施例1と同様の電極埋設部材1を製造した例について説明する。
(i)円板状圧粉体A(焼成後絶縁層となるプレート)
直径340mm、厚み5mm。
(ii)実施例1と同じ高周波電極を円板状圧粉体1上の所定位置に載置する。
(iii)接続部材
実施例1と同じ接続部材を高周波電極上の所定の位置に配置する。
(iv)緩衝部材
実施例1と同じ緩衝部材を高周波電極上の接続部材に被せて配置する。
直径340mm、厚み10mm
(v)ヒーター電極を円板状圧粉体B上に載せる。
(vi)接続部材
実施例1と同じ接続部材をヒーター電極上の所定の位置に配置する。
(vii)緩衝部材
実施例1と同じ緩衝部材をヒーター電極上の接続部材に被せる。
(viii)円板状圧粉体C(焼成後に基台となるプレート)
直径340mm、厚み20mm
10MPaの圧力で、焼成温度1800℃、焼成時間2時間でホットプレス焼成を行った。
その後、全面に研削、研磨加工を行い、総厚25mm、絶縁層厚さ1.0mm、表面粗さをRa0.4μmのウェハ載置面を形成した。
セラミック基体裏面側より端子位置に接続部材に到達するまで穴径φ5.5mmの平底穴加工を行う。
露出した接続部材底面にロウ材を介して直径5mm、厚み1mmのタングステンとコバール製の中間部材と直径5mm長さ30mmの円柱状Ni製給電端子を設置し、真空炉により1050℃でAu−Ni系ロウ材によるロウ付けを行い電極埋設部材を完成させた。
次に、実施例3として、成形体プレス法を用いて電極埋設部材1を製造した別の例について説明する。
緩衝部材をAlN原料粉とタングステン(W)の粉末を体積比70%:30%で混合した後に成形し、直径12mm、厚み1.5mmの円板に片面から直径8mm、深さ0.5mmのザグリ加工を施した凹部状部材を準備することとしたこと以外は実施例1と同じ工程とした。
次に、実施例4として、成形体プレス法を用いて電極埋設部材1を製造した別の例について説明する。
緩衝部材をAlN原料粉とタングステン(W)の粉末を体積比90%:10%で混合した後に成形し、直径12mm、厚み1.5mmの円板に片面から直径8mm、深さ0.5mmのザグリ加工を施した凹部状部材を準備することとしたこと以外は実施例1と同じ工程とした。
次に、実施例5として、成形体プレス法を用いて電極埋設部材1を製造した別の例について説明する。
接続部材が直径8mm、厚み0.5mmのモリブデンのバルク体とすること、及び緩衝部材をAlN原料粉とモリブデン(Mo)の粉末を体積比70%:30%で混合した後に成形し、直径12mm、厚み1.5mmの円板に片面から直径8mm、深さ0.5mmのザグリ加工を施した凹部状部材を準備することとしたこと以外は実施例1と同じ工程とした。
次に、上記実施例に対する比較例について説明する。
本比較例においては、上述の実施例1において、緩衝部材を接続部材の周囲に配置せず、緩衝部材を含まない従来の製法による電極埋設部材を作製した。
実施例1〜5及び比較例で作製した電極埋設部材を用いて、プロセス温度が600℃である半導体製造プロセスに使用した。
A−1.静電チャック1000の構成:
図8は、本実施形態における静電チャック1000の外観構成を概略的に示す斜視図であり、図9は、本実施形態における静電チャック1000のXZ断面構成を概略的に示す説明図である。図8及び図9には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向といい、Z軸負方向を下方向というものとするが、静電チャック1000は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。
図10は、実施例のセラミックスヒータ2000の平面図である。図11は、図10のA−A線に沿った断面図である。
2、2A 基体
3 内部電極
4 接続部材
4a、4b 接続部材の主面
4d、4e 接続部材の縁部
5 端子穴
6 端子(外部金属端子)
7 ロウ付け部
7a、7b 中間部材
10、10A 緩衝部材
20 第1脱脂体
21 第2脱脂体
Claims (11)
- セラミックス製の基体と、
前記基体に埋設された電極と、
一方の主面及び他方の主面を有し、前記一方の主面が前記電極側を向き、且つ前記電極と電気的に接続された状態で前記基体に埋設されたタングステン又はモリブデンの少なくとも一方を含む接続部材と、
前記基体の外面から前記接続部材の他方の主面まで延びる穴部と、
を備える電極埋設部材であって、
前記基体には緩衝部材が埋設され、
前記緩衝部材は、少なくともセラミックス材料とタングステン及びモリブデンの少なくとも一方とを含み、
前記接続部材は、前記一方の主面と前記他方の主面とを接続する側面と、前記一方の主面と前記側面とによって、または、前記他方の主面と前記側面とによって形成される縁部とをさらに備え、
且つ前記緩衝部材は、前記接続部材の前記縁部の少なくとも一部を覆うことを特徴とする電極埋設部材。 - 請求項1記載の電極埋設部材であって、
前記緩衝部材は、少なくとも前記基体を構成するセラミックス材料とタングステン及びモリブデンの少なくとも一方を構成元素とする導電性材料とを含むことを特徴とする電極埋設部材。 - 請求項1記載の電極埋設部材であって、
前記穴部に一部が挿入された状態で前記接続部材に接続された外部金属端子を備えることを特徴とする電極埋設部材。 - 請求項3記載の電極埋設部材であって、
前記縁部は、前記一方の主面と前記側面とによって形成されるものであり、
前記緩衝部材は、前記縁部を全周に亘って覆うことを特徴とする電極埋設部材。 - 請求項1記載の電極埋設部材であって、
前記縁部は、前記一方の主面と前記側面とによって形成されるものであり、
前記緩衝部材は、前記縁部を全周に亘って覆うことを特徴とする電極埋設部材。 - 請求項4に記載の電極埋設部材の製造方法であって、
セラミックス製の第1成形体及び第2成形体を形成する成形体形成工程と、
前記第1成形体の上に前記電極と前記接続部材とを載置する電極載置工程と、
前記接続部材の縁部の少なくとも一部を、少なくとも前記第1成形体及び前記第2成形体を構成するセラミックス材料とタングステン及びモリブデンの少なくとも一方を構成元素とする導電性材料とを混合させて形成された前記緩衝部材によって覆う緩衝部材工程と、
前記第1成形体、前記電極、前記接続部材及び前記緩衝部材の上に前記第2成形体を載せる第2成形体載置工程と、
前記電極、前記接続部材、及び前記緩衝部材、を前記第1成形体と前記第2成形体とで挟んだ状態で加圧焼成する焼結工程と、
を備える電極埋設部材の製造方法。 - 請求項1に記載の電極埋設部材の製造方法であって、
セラミックス製の第1成形体及び第2成形体を形成する成形体形成工程と、
前記第1成形体の上に前記電極と前記接続部材とを載置する電極載置工程と、
前記接続部材の縁部の少なくとも一部を、少なくとも前記第1成形体及び前記第2成形体を構成するセラミックス材料とタングステン及びモリブデンの少なくとも一方を構成元素とする導電性材料とを混合させて形成された前記緩衝部材によって覆う緩衝部材工程と、
前記第1成形体、前記電極、前記接続部材及び前記緩衝部材の上に前記第2成形体を載せる第2成形体載置工程と、
前記電極、前記接続部材、及び前記緩衝部材、を前記第1成形体と前記第2成形体とで挟んだ状態で加圧焼成する焼結工程と、
を備える電極埋設部材の製造方法。 - 請求項4に記載の電極埋設部材の製造方法であって、
開口を有する有底筒状型にセラミックス製の原料粉を充填して加圧し第1圧粉体を形成する第1圧粉体形成工程と、
前記有底筒状型の中で、前記第1圧粉体の前記有底筒状型の開口側に、前記電極と前記接続部材とを配置する電極載置工程と、
前記接続部材の縁部の少なくとも一部を、少なくとも前記原料粉を構成するセラミックス材料とタングステン及びモリブデンの少なくとも一方を構成元素とする導電性材料とを混合させて形成された前記緩衝部材によって覆う緩衝部材工程と、
前記有底筒状型の中の、前記第1圧粉体、前記電極、及び前記緩衝部材の前記開口側に前記原料粉を充填して加圧し前記第1圧粉体を含んだ第2圧粉体を形成する第2圧粉体形成工程と、
前記電極、前記接続部材、及び前記緩衝部材、を埋設した前記第2圧粉体を加圧焼成する焼結工程と、
を備える電極埋設部材の製造方法。 - 請求項1に記載の電極埋設部材の製造方法であって、
開口を有する有底筒状型にセラミックス製の原料粉を充填して加圧し第1圧粉体を形成する第1圧粉体形成工程と、
前記有底筒状型の中で、前記第1圧粉体の前記有底筒状型の開口側に、前記電極と前記接続部材とを配置する電極載置工程と、
前記接続部材の縁部の少なくとも一部を、少なくとも前記原料粉を構成するセラミックス材料とタングステン及びモリブデンの少なくとも一方を構成元素とする導電性材料とを混合させて形成された前記緩衝部材によって覆う緩衝部材工程と、
前記有底筒状型の中の、前記第1圧粉体、前記電極、及び前記緩衝部材の前記開口側に前記原料粉を充填して加圧し前記第1圧粉体を含んだ第2圧粉体を形成する第2圧粉体形成工程と、
前記電極、前記接続部材、及び前記緩衝部材、を埋設した前記第2圧粉体を加圧焼成する焼結工程と、
を備える電極埋設部材の製造方法。 - 請求項1に記載の電極埋設部材は静電チャックであることを特徴とする静電チャック。
- 請求項1に記載の電極埋設部材はセラミックス製ヒーターであることを特徴とするセラミックス製ヒーター。
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