JP7125262B2

JP7125262B2 - シャワーヘッド用ガス分配体

Info

Publication number: JP7125262B2
Application number: JP2017242375A
Authority: JP
Inventors: 尚人中川; 宗之岩田; 量子森川; 豊今西
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2022-08-24
Anticipated expiration: 2037-12-19
Also published as: JP2019108588A

Description

本明細書に開示される技術は、シャワーヘッド用ガス分配体に関する。

セラミックス表面を備えるとともに該セラミックス表面に形成された溝部の底面に電極が配置されたセラミックス部材を備える半導体製造装置用部品として、シャワーヘッドを構成するシャワーヘッド用ガス分配体（以下、「ガス分配体」という）が知られている（下記特許文献１参照）。シャワーヘッドは、例えばプラズマＣＶＤ装置において、ウェハを保持する保持装置の上方に配置される。ガス分配体は、セラミックスにより形成されたセラミックス部材を備えており、セラミックス部材は、凹部が形成され、該凹部内に給電パッドが配置された第１の表面と、複数のガス噴出孔が開口している第２の表面とを有する。また、セラミックス部材の内部にはガス噴出孔に連通する流路が形成されている。プロセスガス（例えば成膜用の反応ガス）が、セラミックス部材の流路内に供給されてガス噴出孔から噴出されることによって、ウェハの表面に薄膜が形成される。

特開２０１７－１３５２６０号公報

このようなシャワーヘッド用ガス分配体において、凹部に対して第２の表面側に内部電極を配置する構成を採用する場合、この内部電極と給電パッドとの対向面同士を、ビアを介して接続することが考えられる。しかし、例えば、ビアが給電パッドの直下に配置されると、ビアによって給電パッドが突き上げられ、給電パッドの一部が凸形状となったり、反対に給電パッドのうち、ビアが存在しない箇所が凹形状となったりする可能性がある。給電パッドの一部が凸形状になったり凹形状になったりすると、給電パッドと給電端子との間の導通不良により抵抗が上ることで、給電パッドと給電端子との間で発熱するおそれがある。

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本明細書に開示されるシャワーヘッド用ガス分配体は、第１の方向に略垂直な略平面状であって、凹部が形成された第１の表面と、前記第１の方向において前記第１の表面とは反対側に位置し、複数のガス噴出孔が開口している第２の表面と、を有するセラミックス部材と、前記第１の表面に形成された前記凹部内に露出する露出部分と、前記第１の方向視で前記凹部とは異なる位置において前記セラミックス部材の内部に配置され、前記露出部分と電気的に接続された埋設部分と、を含む第１の導電層と、前記第１の導電層に対して前記第２の表面側に配置され、前記第１の導電層の前記埋設部分に前記第１の方向で対向する対向部分を含む第２の導電層と、前記第１の導電層の前記埋設部分と前記第２の導電層の前記対向部分とに電気的に接続されたビアと、を備える。本シャワーヘッド用ガス分配体は、第１の導電層と第２の導電層とビアとを備える。第１の導電層は、セラミックス部材の第１の表面に形成された凹部内に露出する露出部分と、凹部とは異なる位置においてセラミックス部材の内部に配置された埋設部分とを含む。露出部分は給電パッドとして機能する。第２の導電層は、第１の導電層に対して第２の表面側に配置され、第１の導電層の埋設部分に対向する対向部分を含む。ビアは、第１の導電層の埋設部分と第２の導電層の対向部分とに電気的に接続されている。第２の導電層は、例えば内部電極として機能する。これにより、例えばビアからの応力が第１の導電層の露出部分に直接かかることが避けられるため、第１の導電層の露出部分の変形を抑制することができる。すなわち、本シャワーヘッド用ガス分配体によれば、凹部に対して第２の表面側に導電層を配置しつつ、凹部における導電層の露出部分の変形を抑制することができる。

（２）上記シャワーヘッド用ガス分配体において、前記第１の導電層の前記露出部分は、前記凹部の底面の少なくとも一部に配置されており、前記凹部のうち、前記第１の表面と前記凹部の前記底面とをつなぐ内周面はセラミックスによって形成されている構成としてもよい。例えば、導電層が凹部の底面だけでなく内周面にも接触するように配置された構成では、導電層とセラミックス部材との熱膨張差によって、導電層がセラミックス部材に対して相対的に伸縮すると、セラミックス部材に、第１の方向に略垂直な方向の応力（以下、「横応力」という）と、第１の方向に平行な方向の応力（以下、「縦応力」という）との両方が発生し、セラミックス部材にクラックが発生し易くなる。これに対して、本シャワーヘッド用ガス分配体では、第１の導電層の露出部分は、凹部の底面の少なくとも一部に配置されており、凹部のうち、第１の表面と凹部の底面とをつなぐ内周面はセラミックスによって形成されている。すなわち、第１の導電層の露出部分は、凹部内において底面のみに配置されている。このため、第１の導電層が伸縮しても、セラミックス部材に、横応力は発生するが、縦応力は発生しない。従って、本シャワーヘッド用ガス分配体によれば、導電層が凹部の底面だけでなく内周面にも接触するように配置された構成に比べて、セラミックス部材にクラックが発生することを抑制することができる。

（３）上記シャワーヘッド用ガス分配体において、前記第１の導電層と前記ビアとには、前記セラミックス部材の形成材料であるセラミックスが含まれており、前記ビアにおける前記セラミックスの含有割合は、前記第１の導電層における前記セラミックスの含有割合より高い構成としてもよい。本シャワーヘッド用ガス分配体では、第１の導電層とビアとには、セラミックス部材の形成材料であるセラミックスが含まれている。これにより、第１の導電層やビアとセラミックス部材との熱膨張差を抑制することができる。また、ビアにおけるセラミックスの含有割合は、第１の導電層におけるセラミックスの含有割合より高い。ここで、仮に、凹部に配置された給電パッドにセラミックスの含有割合が高いビアが直接接続される上記構成では、シャワーヘッド用ガス分配体の製造段階での焼成時において、ビアに含まれるセラミックスが、外部空間に近い凹部の底面側に析出し易い。これに対して、上述したように、本シャワーヘッド用ガス分配体によれば、ビアは、第１の方向視で凹部とは異なる位置に配置されており、外部空間に晒されず埋設した導電層に接続されるため、ビアからのセラミックスの析出が抑制され、凹部に露出した導電層の変形を抑制することができる。

（４）上記シャワーヘッド用ガス分配体において、前記第１の方向視で、前記凹部は、前記複数のガス噴出孔が形成された形成領域より前記セラミックス部材の周縁側に配置されており、前記ビアは、前記セラミックス部材の周縁に沿った周方向に前記凹部と並ぶ位置に配置されていることを特徴とする構成としてもよい。本シャワーヘッド用ガス分配体では、第１の方向視で、凹部は、複数のガス噴出孔の形成領域よりセラミックス部材の周縁側に配置されており、ビアは、セラミックス部材の周縁に沿った周方向に凹部と並ぶ位置に配置されている。これにより、本シャワーヘッド用ガス分配体によれば、ビアが凹部から、セラミックス部材の中心側または周縁側に配置された構成に比べて、ガス噴出孔の形成領域を広く確保しつつ、セラミックス部材全体が大型化することを抑制することができる。

本実施形態におけるシャワーヘッド１０の外観構成を概略的に示す斜視図である。本実施形態におけるシャワーヘッド１０のＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。ガス分配体１００の上側のＸＹ平面構成を示す説明図である。図２におけるＸ１部分のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。ガス分配体１００の製造方法を示すフローチャートである。ガス分配体１００の製造工程を模式的に示す説明図である。実施例におけるガス分配体１００と比較例におけるガス分配体１００Ｘとを示す説明図である。変形例におけるガス分配体１００ＹのＸＺ断面構成を部分的に示す説明図である。

Ａ．実施形態：
Ａ－１．シャワーヘッド１０の構成：
図１は、本実施形態におけるシャワーヘッド１０の外観構成を概略的に示す斜視図であり、図２は、本実施形態におけるシャワーヘッド１０のＸＺ断面構成を概略的に示す説明図であり、図３は、シャワーヘッド１０に備えられたガス分配体１００の上側のＸＹ平面構成を示す説明図であり、図４は、図２におけるＸ１部分のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。各図には、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。図６以降についても同様である。

シャワーヘッド１０は、対象物（例えばウェハＷ）を保持する保持装置（静電チャック等）の上方に配置され、ウェハＷに向けてプロセスガスＰＧ（例えば成膜用の反応ガス図２参照）を噴出する装置であり、例えば半導体装置の製造工程で使用される薄膜形成装置（例えばＣＶＤ装置）やエッチング装置（例えばプラズマエッチング装置）に備えられている。

図１および図２に示すように、シャワーヘッド１０は、上下方向（Ｚ軸方向）に並べて配置されたガス分配体１００とガス供給体２００とを備える。ガス分配体１００とガス供給体２００とは、ガス分配体１００の上面（以下、「分配側対向面Ｓ２」という）とガス供給体２００の下面（以下、「供給側対向面Ｓ３」という）とが上下方向に対向するように配置されている。なお、ガス分配体１００は、図示しない取付機構により、ガス供給体２００に対して着脱可能に取り付けられる。ガス分配体１００は、特許請求の範囲におけるシャワーヘッド用ガス分配体に相当し、ガス分配体１００のうちのセラミックス部分は、特許請求の範囲におけるセラミックス部材に相当し、上下方向は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。

（ガス分配体１００）
ガス分配体１００は、例えば円形平面の板状部材であり、セラミックス（例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）やアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３））により形成されている。ガス分配体１００の直径は、例えば２００ｍｍ～５００ｍｍ程度であり、ガス分配体１００の厚さ（上下方向の寸法）は、例えば５ｍｍ～２０ｍｍ程度である。

図２から図４に示すように、ガス分配体１００の分配側対向面Ｓ２には、溝部１１２が形成されている。溝部１１２は、上下方向（Ｚ方向）視で略円環状である。具体的には、溝部１１２は、底面１１２Ａと、第１の内周面１１２Ｂと、第２の内周面１１２Ｃとを含んでいる。底面１１２Ａは、上下方向において、ガス分配体１００における分配側対向面Ｓ２とガス分配体１００の下面（以下、「ガス噴出面Ｓ１」という）との間に位置し、かつ、分配側対向面Ｓ２に略平行な環状の平面である。第１の内周面１１２Ｂは、底面１１２Ａの内側縁と分配側対向面Ｓ２とをつないでいる曲面である。第２の内周面１１２Ｃは、第１の内周面１１２Ｂとガス分配体１００の径方向に対向し、底面１１２Ａの外側縁と分配側対向面Ｓ２とをつないでいる曲面である。分配側対向面Ｓ２は、特許請求の範囲における第１の表面に相当し、溝部１１２は、特許請求の範囲における凹部に相当する。また、ガス噴出面Ｓ１は、特許請求の範囲における第２の表面に相当する。なお、本明細書において、ＡとＢとが略平行とは、ＡとＢとが厳密に平行である場合に限らず、ＡとＢとのなす角度が±１０度以内である場合を含む。

溝部１１２の底面１１２Ａには、複数（本実施形態では４つ）の表面電極４４（後述の露出部分４５）が配置されている。具体的には、４つの表面電極４４は、上下方向視で、溝部１１２に沿って並んでおり、かつ、溝部１１２の周方向に等間隔に配置されている（図３参照）。各表面電極４４は、導電性材料（例えば、タングステンやモリブデン等）により形成されている。なお、表面電極４４の厚さＤ１（上下方向の寸法）は、溝部１１２の深さＤ２（上下方向の寸法）より小さい（図４参照）。このため、表面電極４４の上面４４Ａとガス供給体２００の供給側対向面Ｓ３とは上下方向に離間している。

また、図１および図２に示すように、ガス分配体１００のガス噴出面Ｓ１には、複数のガス噴出孔１０１が形成されている。なお、ウェハＷ全体にプロセスガスＰＧを均一に噴出するために、複数のガス噴出孔１０１は、ガス分配体１００の中心軸を中心とし、かつ、互いに径が異なる複数の同心円上のそれぞれにおいて周方向に等間隔で配置されている。ただし、複数のガス噴出孔１０１の配置パターンは、これに限らず、同心円以外の配置パターンでもよい。また、ガス分配体１００には、該ガス分配体１００を上下方向に貫通し、各ガス噴出孔１０１に連通する複数の連通路１０４が形成されている（図２参照）。また、上下方向視で、溝部１１２は、ガス噴出孔１０１が形成された形成領域よりガス分配体１００の周縁側に配置されている（図３参照）。

ガス分配体１００の内部には、内部電極４０と複数のビア４２とが設けられている。内部電極４０は、略円板状であり、導電性材料（例えば、タングステンやモリブデン等）により形成されている。なお、内部電極４０には、上記複数の連通路１０４を構成する複数の貫通孔が形成されている。各ビア４２の上端は、各表面電極４４に接合されており、下端は、内部電極４０に接合されている。これにより、内部電極４０と表面電極４４とが電気的に接続されている。内部電極４０は、特許請求の範囲における第２の導電層に相当する。内部電極４０と表面電極４４とを電気的に接続するための構成については後述する。

（ガス供給体２００）
図１および図２に示すように、ガス供給体２００は、平板部２１０と筒部２２０とを備える。平板部２１０は、例えば円形平面の板状部材であり、セラミックスにより形成されている。平板部２１０の直径は、ガス分配体１００の直径と略同一である。平板部２１０の上面Ｓ４の中央部付近には、接合層３００を介して、筒部２２０が接合されている。筒部２２０は、例えば上下方向に延びた円筒状であり、筒部２２０の上端から下端まで上下方向に貫通するガス導入孔２０２が形成されている。筒部２２０は、セラミックスにより形成されている。筒部２２０の外径は、例えば３０ｍｍ～９０ｍｍ程度であり、内径は、例えば１０ｍｍ～６０ｍｍ程度であり、上下方向の長さは、例えば５０ｍｍ～２００ｍｍ程度である。

平板部２１０の内部には、筒部２２０のガス導入孔２０２とガス分配体１００の複数の連通路１０４とに連通するガス流路２３０が形成されている。ガス流路２３０は、縦流路２３０Ａと横流路２３０Ｂとを含む。縦流路２３０Ａは、平板部２１０の中央部付近を上下方向に貫通し、筒部２２０のガス導入孔２０２に連通する。横流路２３０Ｂは、平板部２１０の供給側対向面Ｓ３に形成され、該供給側対向面Ｓ３に平行な方向に延びる流路である。より詳しくは、横流路２３０Ｂは、上述の複数のガス噴出孔１０１が配列された上記複数の同心円に沿って形成された複数の円形溝と、ガス供給体２００の中心軸から放射状に延びつつ、複数の円形溝間を繋ぐ複数の放射状溝とを含む。このような構成により、筒部２２０のガス導入孔２０２は、ガス流路２３０および連通路１０４を介して、複数のガス噴出孔１０１のそれぞれに連通している。

また、平板部２１０の供給側対向面Ｓ３には、接触リング２４０が配置されている。接触リング２４０は、横流路２３０Ｂの周囲を囲む略環状であり、導電性材料（例えば、タングステンやモリブデン等）により形成されている。接触リング２４０は、ガス分配体１００の分配側対向面Ｓ２に形成された上述の溝部１１２に対向する領域に配置されている。なお、図４に示すように、接触リング２４０は、供給側対向面Ｓ３から下側（ガス分配体１００側）に突出するように配置されている。接触リング２４０の下面２４０Ａと表面電極４４の上面４４Ａとが接触している。これにより、内部電極４０と接触リング２４０とが電気的に接続されている。なお、本実施形態では、内部電極４０は、アノード電極であり、接触リング２４０を介して接地される。

以上の構成により、ガス供給体２００の筒部２２０の上端がガス供給源（図示せず）に連結されると、ガス供給源から供給されたプロセスガスＰＧは、筒部２２０を介して、平板部２１０内の縦流路２３０Ａに導かれる。縦流路２３０Ａ内に導かれたプロセスガスＰＧは、横流路２３０Ｂに導かれる。横流路２３０Ｂに導かれたプロセスガスＰＧは、横流路２３０Ｂによって放射状に導かれつつ、ガス分配体１００のガス噴出孔１０１を介してガス噴出孔１０１から外部に噴出される。また、例えば、シャワーヘッド１０の下方に配置された静電チャックに備えられたチャック電極（図示せず）に、高周波電源（図示せず）により、プラズマ発生用の高周波電圧が印加されると、シャワーヘッド１０と静電チャックとの間でプラズマが発生し、このプラズマにより、シャワーヘッド１０から噴出されたプロセスガスが活性され、静電チャックに保持されたウェハＷに対してエッチング処理が施される。

Ａ－２．内部電極４０と表面電極４４とを電気的に接続するための構成：
図２から図４に示すように、各表面電極４４は、露出部分４５と埋設部分４６とを含む。露出部分４５は、ガス分配体１００の分配側対向面Ｓ２に形成された上述の溝部１１２内に露出するように配置されている（図３参照）。具体的には、露出部分４５は、溝部１１２の底面１１２Ａ上に配置されており、溝部１１２の第１の内周面１１２Ｂおよび第２の内周面１１２Ｃ上には配置されていない。すなわち、第１の内周面１１２Ｂおよび第２の内周面１１２Ｃは、セラミックスによって形成されており、該セラミックスが第１の内周面１１２Ｂおよび第２の内周面１１２Ｃ全体に露出している。埋設部分４６は、上下方向（Ｚ方向）視で、溝部１１２とは異なる位置においてガス分配体１００のセラミックス部分の内部に配置されている。具体的には、埋設部分４６は、露出部分４５に対してガス分配体１００の中央側（溝部１１２の内周側）に位置している。

露出部分４５と埋設部分４６とは互いに電気的に接続されている。具体的には、表面電極４４は、上述したように導電性材料により一体的に形成されており、上下方向に略垂直な方向（本実施形態では、ガス分配体１００の径方向）に長方形状に延びている平板状の導電性部材である。表面電極４４のうち、溝部１１２の底面１１２Ａ上に位置する部分が露出部分４５であり、底面１１２Ａの内周側に位置する部分が埋設部分４６である。すなわち、本実施形態では、露出部分４５と埋設部分４６とは、分配側対向面Ｓ２に略平行な同一の仮想平面上に位置している。なお、露出部分４５と溝部１１２の第２の内周面１１２Ｃとは離間しており、両者の間に隙間Ｓが形成されている（図４参照）。これにより、表面電極４４の熱変形による応力によってガス分配体１００のセラミックス部分における表面電極４４が形成されているシートと溝部１１２を形成するシートとの間の剥離が生じることを抑制することができる。表面電極４４は、特許請求の範囲における第１の導電層に相当する。

内部電極４０の一部分は、表面電極４４の埋設部分４６に上下方向（Ｚ方向）で対向している。以下、内部電極４０の該一部分を、内部電極４０の対向部分４０Ａという。各ビア４２の上端は、各表面電極４４の埋設部分４６のうちの内部電極４０に対向する面に接合されており、各ビア４２の下端は、内部電極４０の対向部分４０Ａのうちの表面電極４４に対向する面に接合されており、これにより、表面電極４４と内部電極４０とが電気的に接続されている。なお、本実施形態では、内部電極４０は、表面電極４４の露出部分４５とは上下方向で対向していない。また、１つの表面電極４４の埋設部分４６と内部電極４０の対向部分４０Ａに、複数本（図２および４では２本を例示）のビア４２が配置されており、これらの複数本のビア４２によって１つの表面電極４４の埋設部分４６と内部電極４０の対向部分４０Ａとが電気的に接続されている。このような構成により、１本のビア４２によって１つの表面電極４４の埋設部分４６と内部電極４０の対向部分４０Ａとが電気的に接続された構成に比べて、内部電極４０への通電時におけるビア４２の発熱箇所が分散されるため、ガス分配体１００における局所的な発熱を抑制することができる。

また、ビア４２の形成材料には、導電性材料に加えて、ガス分配体１００のセラミックス部分の形成材料であるセラミックスが含まれている。ビア４２の主成分である導電性材料と、ガス分配体１００の主成分であるセラミックスとは互いに異種材料であるため、両者は互いに接合されにくい。しかし、本実施形態のように、ビア４２の形成材料に、ガス分配体１００の主成分であるセラミックスを含めることによって、ガス分配体１００とビア４２との接合性を向上させることができる。また、表面電極４４の形成材料にも、導電性材料に加えて、ガス分配体１００の形成材料であるセラミックスが含まれている。但し、ビア４２におけるセラミックスの含有割合は、表面電極４４におけるセラミックスの含有割合より高い。その理由は、次の通りである。すなわち、ビア４２は、分配側対向面Ｓ２に略垂直な方向に延びているのに対し、表面電極４４は、分配側対向面Ｓ２に略平行な方向に延びている。このため、ビア４２とガス分配体１００のセラミックス部分との熱膨張差が分配側対向面Ｓ２の面形状（例えば平面性）に与える影響は、表面電極４４とガス分配体１００のセラミックス部分との熱膨張差が分配側対向面Ｓ２の面形状に与える影響に比べて大きい。したがって、ビア４２におけるセラミックスの含有割合は、表面電極４４におけるセラミックスの含有割合より高いことが好ましい。また、このようにビア４２と表面電極４４とでセラミックスの含有割合を異ならせることにより、焼成収縮時におけるビア４２や表面電極４とセラミックスとの間の変形量の差を低減することができる。

Ａ－３．ガス分配体１００の製造方法：
次に、本実施形態におけるガス分配体１００の製造方法を説明する。図５は、ガス分配体１００の製造方法を示すフローチャートであり、図６は、ガス分配体１００の製造工程を模式的に示す説明図である。

まず、複数枚の第１のグリーンシート１２０を作製する（Ｓ１１０）。具体的には、例えばＡｌＮ粉末に、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）粉末と、アクリル系バインダと、適量の分散剤および可塑剤とを加えた混合物に、有機溶剤を加え、ボールミルにて混合し、グリーンシート用スラリーを作製する。このグリーンシート用スラリーをキャスティング装置でシート状に成形した後に乾燥させ、第１のグリーンシート１２０を複数枚作製する。

次に、作製された複数枚の第１のグリーンシート１２０のうちの１枚または複数枚を用いて、第２のグリーンシート１２２を作製する（Ｓ１２０図６参照）。第２のグリーンシート１２２は、後にビア４２となる未焼結導体（以下、「未焼結ビア４２Ｐ」という）が形成されたグリーンシートである。具体的には、第１のグリーンシート１２０に対して、該第１のグリーンシート１２０を貫通する孔１２１を形成し、該孔１２１にメタライズペーストを、例えばスクリーン印刷等により充填する。これにより、未焼結ビア４２Ｐが孔１２１内に形成された第２のグリーンシート１２２が作製される。未焼結ビア４２Ｐには、例えばタングステンやモリブデン等の金属粉に加えてＡｌＮ粉末が含まれる。

次に、作製された第２のグリーンシート１２２を用いて、第３のグリーンシート１２４を作製する（Ｓ１３０図６参照）。第３のグリーンシート１２４は、未焼結ビア４２Ｐに加えて、後に内部電極４０となる未焼結導体（以下、「未焼結内部電極４０Ｐ」という）と、後に表面電極４４となる未焼結導体（以下、「未焼結表面電極４４Ｐ」という）とが形成されたグリーンシートである。具体的には、第２のグリーンシート１２２の両面のそれぞれにメタライズペーストを、例えばスクリーン印刷等により印刷する。これにより、未焼結内部電極４０Ｐが一方の面に形成され、かつ、未焼結表面電極４４Ｐが他方の面に形成された第３のグリーンシート１２４が作製される。未焼結内部電極４０Ｐおよび未焼結表面電極４４Ｐには、例えばタングステンやモリブデン等の金属粉に加えてＡｌＮ粉末が含まれる。

また、作製された複数枚の第１のグリーンシート１２０の中の１枚または複数枚を用いて、第４のグリーンシート１２６を作製する（Ｓ１４０図６参照）。第４のグリーンシート１２６は、後に溝部１１２となる貫通孔１２７が形成されている。具体的には、第１のグリーンシート１２０に対して、該第１のグリーンシート１２０を貫通する貫通孔１２７を、例えばマシニングやメカニカルパンチによって形成する。これにより、第４のグリーンシート１２６が作製される。

次に、未焼成のガス分配体１００Ｐを作製する（Ｓ１５０図６参照）。具体的には、第３のグリーンシート１２４における未焼結表面電極４４Ｐが形成された面上に複数枚の第４のグリーンシート１２６を積層し、第３のグリーンシート１２４における未焼結内部電極４０Ｐが形成された面上に複数枚の第１のグリーンシート１２０を積層して熱圧着し、必要に応じて外周を切断する。この積層体に対して、第４のグリーンシート１２６に形成された貫通孔１２７を通過する環状の溝を形成する。これにより、ガス分配体１００Ｐが作製される。その後、ガス分配体１００Ｐを脱脂し、さらにこの脱脂体を焼成して焼結体を作製する（Ｓ１６０）。以上の工程により、ガス分配体１００が作製される。

Ａ－４．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態におけるガス分配体１００は、表面電極４４と内部電極４０とビア４２とを備える。表面電極４４は、ガス分配体１００の分配側対向面Ｓ２に形成された溝部１１２内に露出する露出部分４５と、溝部１１２とは異なる位置においてガス分配体１００のセラミックス部分の内部に配置された埋設部分４６とを含む。露出部分４５は給電パッドとして機能する。内部電極４０は、表面電極４４に対してガス噴出面Ｓ１側に配置され、表面電極４４の埋設部分４６に対向する対向部分４０Ａを含む。ビア４２は、表面電極４４の埋設部分４６と内部電極４０の対向部分４０Ａとに電気的に接続されている。これにより、例えばビア４２からの応力が表面電極４４の露出部分４５に直接かかることが避けられるため、表面電極４４の露出部分４５の変形を抑制することができる。すなわち、本実施形態におけるガス分配体１００によれば、溝部１１２に対してガス噴出面Ｓ１側に導電層（内部電極４０）を配置しつつ、溝部１１２における導電層（表面電極４４）の露出部分４５の変形を抑制することができる。この点について、次に詳説する。

図７は、実施例におけるガス分配体１００と比較例におけるガス分配体１００Ｘとを部分的に示す説明図である。なお、実施例と比較例とで共通する部分について同一の符号を付して説明を省略する。図７に示す実施例は、上述した図４等に示すガス分配体１００である。実施例では、ビア４２は、上下方向（Ｚ方向）視で、表面電極４４の露出部分４５（溝部１１２）とは異なる位置に配置されている。

一方、図７に示す比較例は、表面電極４４Ｘと内部電極４０Ｘとビア４２Ｘとを含む。比較例では、ビア４２Ｘは、上下方向視で、表面電極４４Ｘ（溝部１１２）と同じ位置に配置されている。具体的には、比較例では、表面電極４４Ｘは、溝部１１２の底面１１２Ａ上に配置されており、表面電極４４Ｘの全体が溝部１１２内に露出している。内部電極４０Ｘは、上下方向において表面電極４４Ｘに対向する対向部分４０ＸＡを含む。ビア４２Ｘの上端は、表面電極４４Ｘのうちの内部電極４０Ｘに対向する面に接合されており、ビア４２Ｘの下端は、内部電極４０Ｘの対向部分４０ＸＡのうちの表面電極４４Ｘに対向する面に接合されており、これにより、表面電極４４Ｘと内部電極４０Ｘとが電気的に接続されている。

このように、比較例では、ビア４２Ｘは、上下方向視で、表面電極４４Ｘ（溝部１１２）と同じ位置に配置されており、ビア４２Ｘの上端が、給電端子として機能する表面電極４４Ｘに直接接合される構成である。このため、例えば次のような問題が生じることがある。すなわち、例えばビア４２Ｘが通電して発熱すると、ビア４２Ｘとガス分配体１００Ｘのセラミックス部分との熱膨張差によって、ビア４２Ｘが、セラミックス部分に対して相対的に伸縮し、表面電極４４Ｘ（給電パッド）を突き上げたりガス噴出面Ｓ１側に引っ張ったりする。その結果、表面電極４４Ｘが変形し、例えば、表面電極４４Ｘとセラミックス部分との間の剥離や、表面電極４４Ｘとガス供給体２００の接触リング２４０（図２および図４参照）との間の接触不良が発生するおそれがある。また、ガス分配体１００Ｘの製造工程の焼成時において、ビア４２Ｘに含まれるセラミックスが、溝部１１２の底面１１２Ａ側に析出し、その結果、底面１１２Ａに凹凸が生じることがある。特に、ビア４２Ｘに含まれるセラミックスの含有割合が高いほど、セラミックスが溝部１１２の底面１１２Ａ側に析出し易い。底面１１２Ａに凹凸が生じると、表面電極４４Ｘとセラミックス部分との間の剥離が発生するおそれがある。また、表面電極４４Ｘが形成される前の未焼成のガス分配体を焼成し、その後に表面電極４４Ｘを形成する場合には、底面１１２Ａにおいて、後に表面電極４４Ｘとなるメタライズペーストが塗布されない部分や極めて薄い部分が生じ、その結果、表面電極４４Ｘとガス供給体２００の接触リング２４０との間の接触不良が発生するおそれがある。

これに対して、実施例では、ビア４２は、上下方向（Ｚ方向）視で、表面電極４４の露出部分４５（溝部１１２）とは異なる位置に配置されている。このため、仮にビア４２の伸縮により発生した応力が、表面電極４４の露出部分４５に直接かかることが回避される。また、ガス分配体１００の製造工程の焼成時において、ビア４２の全体が外部空間から離れたガス分配体１００のセラミックス部分の内部に埋設されるため、ビア４２からのセラミックスの析出を抑制することができる。これにより、実施例によれば、表面電極４４の露出部分４５とセラミックス部分との間の剥離や、表面電極４４とガス供給体２００の接触リング２４０（図２および図４参照）との間の接触不良が発生することを抑制することができる。なお、ビア４２の伸縮により発生した応力は、表面電極４４の埋設部分４６にかかることになるが、埋設部分４６の全体が、ガス分配体１００のセラミックス部分の内部に埋設されることによって上下方向においてセラミックスによって挟まれている。このため、ビア４２の伸縮により発生した応力が埋設部分４６にかかっても、埋設部分４６は変形し難い。

Ｂ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。

上記実施形態において、上下方向視で、複数の表面電極４４は、溝部１１２の周方向に不均一な間隔で配置されているとしてもよい。また、上記実施形態において、溝部１１２の底面１１２Ａに表面電極４４が１つだけ配置されているとしてもよい。また、表面電極４４は、溝部１１２と同様、上下方向視で円環状であるとしてもよいし、円環以外の形状であるとしてもよい。また、上記実施形態では、表面電極４４は、ガス分配体１００の径方向に長方形状に延びている平板状の導電性部材としたが、これに限らず、表面電極４４は、例えばガス分配体１００の周方向など、上下方向に略垂直な他の方向に延びているとしてもよい。また、表面電極４４は、長方形以外の形状や平板以外の形状であるとしてもよい。

また、上記実施形態において、溝部１１２は、円環状以外の環状であるとしてもよいし、環状以外の形状であるとしてもよい。また、上記実施形態において、各ビア４２は、複数のビア導体と複数のパッドとが上下方向に交互に並べて配置された導体の集合体であるとしてもよい。また、上記実施形態において、１つの表面電極４４の埋設部分４６と内部電極４０の対向部分４０Ａに、１本のビア４２が配置されているとしてもよい。

また、上記実施形態では、露出部分４５と埋設部分４６とは、分配側対向面Ｓ２に略平行な同一の仮想平面上に位置しているとしたが、露出部分４５の少なくとも一部と埋設部分４６の少なくとも一部とが、分配側対向面Ｓ２に略平行な互いに異なる仮想平面上にそれぞれ位置しているとしてもよい。その場合、露出部分４５と埋設部分４６とは、上下方向視で溝部１１２とは異なる位置でビアを介して接合される。また、上記実施形態では、露出部分４５は、溝部１１２の第１の内周面１１２Ｂおよび第２の内周面１１２Ｃ上には配置されていないとしたが、露出部分４５は、溝部１１２の第１の内周面１１２Ｂおよび第２の内周面１１２Ｃの少なくとも一方の上に配置されているとしてもよい。

ここで、図８は、変形例におけるガス分配体１００ＹのＸＺ断面構成を部分的に示す説明図である。なお、上記実施形態と変形例とで共通する部分について同一の符号を付して説明を省略する。図８に示すように、変形例は、表面電極４４Ｙとビア４２Ｙと内部電極４０Ｙとを含む。内部電極４０Ｙは、溝部１１２内に露出する露出部分４５Ｙと、ガス分配体１００Ｙのセラミックス部分の内部に埋設された埋設部分４６Ｙとを含む。露出部分４５Ｙは、底面１１２Ａ上に配置された第１の露出部分４５Ｙ１と、第１の内周面１１２Ｂ上に配置された第２の露出部分４５Ｙ２と、第２の内周面１１２Ｃ上に配置された第３の露出部分４５Ｙ３とを含む。埋設部分４６Ｙは、第１の露出部分４５Ｙ１に対して分配側対向面Ｓ２側に位置しており、埋設部分４６Ｙの一端が第２の露出部分４５Ｙ２に接合されている。内部電極４０Ｙは、上下方向において、埋設部分４６に対向する対向部分４０ＹＡを含む。ビア４２Ｙは、表面電極４４Ｙの埋設部分４６Ｙと内部電極４０Ｙの対向部分４０ＹＡとの間に配置されており、ビア４２Ｙの上端は、埋設部分４６Ｙのうちの対向部分４０ＹＡに対向する面に接合され、ビア４２Ｙの下端は、対向部分４０ＹＡのうちの埋設部分４６Ｙに対向する面に接合されている。このような構成でも、ビア４２Ｙは、上下方向視で第１の露出部分４５Ｙ１（溝部１１２）とは異なる位置に配置されているため、ビア４２Ｙの伸縮等に起因する表面電極４４Ｙの露出部分４５Ｙの変形を抑制することができる。

但し、変形例では、表面電極４４Ｙの露出部分４５Ｙが、溝部１１２の底面１１２Ａだけでなく、第１の内周面１１２Ｂや第２の内周面１１２Ｃにも接触している。このため、変形例では、表面電極４４Ｙとガス分配体１００Ｙのセラミックス部分との熱膨張差によって、表面電極４４Ｙがセラミックス部分に対して相対的に伸縮すると、セラミックス部分に、分配側対向面Ｓ２に平行な方向（Ｘ方向）の応力（以下、「横応力」という）と、上下方向（Ｚ方向）の応力（以下、「縦応力」という）との両方が発生し（図８の白抜き矢印参照）、セラミックス部分にクラックが発生し易くなる。なお、表面電極４４Ｙ（第１の露出部分４５Ｙ１、第２の露出部分４５Ｙ２、第３の露出部分４５Ｙ３）の上下方向視の形状が環状である場合、さらに、表面電極４４Ｙの伸縮による応力が大きくなるため、さらに、セラミックス部分にクラックが発生し易くなる。クラックは、特に、底面１１２Ａと第１の内周面１１２Ｂや第２の内周面１１２Ｃとの間の角部に発生し易い。

これに対して、上記実施形態では、露出部分４５は、溝部１１２の第１の内周面１１２Ｂおよび第２の内周面１１２Ｃ上には配置されていない。このため、表面電極４４が伸縮しても、ガス分配体１００のセラミックス部分に、横応力は発生するが、縦応力は発生しない（図７の実施例の白抜き矢印参照）。従って、上記実施形態によれば、変形例に比べて、セラミックス部分にクラックが発生することを抑制することができる。また、仮に、表面電極４４の上下方向視の形状が環状である場合でも、上記実施形態によれば、露出部分４５は、溝部１１２の第１の内周面１１２Ｂおよび第２の内周面１１２Ｃ上には配置されていないため、表面電極４４Ｙの伸縮による応力が低減され、セラミックス部分にクラックが発生することを抑制することができる。

また、上記実施形態において、埋設部分４６は、露出部分４５に対してガス分配体１００の周縁側（溝部１１２の外周側）に位置しているとしてもよい。この構成によれば、埋設部分４６が露出部分４５に対してガス分配体１００の中央側に位置している構成に比べて、ガス噴出孔１０１の形成領域を広く確保することができる。また、上記実施形態において、例えば溝部１１２が周方向に複数に分割された構成である場合、埋設部分４６は、溝部１１２の周方向（ガス分配体１００の周縁に沿った周方向）において溝部１１２と並ぶ位置に配置されているとしてもよい。この構成によれば、ビア４２が溝部１１２の内周側や外周側に配置された構成に比べて、ガス噴出孔１０１の形成領域を広く確保しつつ、ガス分配体１００全体が大型化することを抑制することができる。

また、上記実施形態では、露出部分４５と溝部１１２の第２の内周面１１２Ｃとの間に隙間Ｓが形成されているとしたが、露出部分４５と第２の内周面１１２Ｃとが接しているとしてもよい。さらに、露出部分４５が第２の内周面１１２Ｃを介してガス分配体１００のセラミックス部分の内部に埋設されているとしてもよい。このように、表面電極４４（第１の導電層）が、露出部分４５と、上下方向視で所定方向に該露出部分４５を挟むように配置された複数の埋設部分４６とを含む構成であれば、埋設部分４６を１つだけ含む構成に比べて、露出部分４５の熱変形によって露出部分４５が溝部１１２の第２の内周面１１２Ｃから剥離することを抑制することができる。

また、上記実施形態では、ビア４２におけるセラミックスの含有割合は、表面電極４４におけるセラミックスの含有割合より高いとしたが、ビア４２におけるセラミックスの含有割合は、表面電極４４におけるセラミックスの含有割合と略同じ、または、表面電極４４におけるセラミックスの含有割合より低いとしてもよい。また、ビア４２および表面電極４４の少なくとも一方は、セラミックスを含まないとしてもよい。

また、上記実施形態では、ガス噴出面Ｓ１や分配側対向面Ｓ２は上下方向に略垂直な平面であるとしたが、これに限らず、略平面状であればよく、ガス噴出面Ｓ１および分配側対向面Ｓ２の少なくとも一方は、例えば緩やかな凸状や凹状の曲面であるとしてもよい。

また、上記実施形態では、第２の導電層として、内部電極４０を例示したが、第２の導電層は、第１の導電層（表面電極４４）に対して第２の表面（ガス噴出面Ｓ１）側に配置され、かつ、第１の導電層の埋設部分に上下方向で対向する対向部分を含む層であればよく、例えば、ヒータ電極など、他の機能を有する導電層であるとしてもよい。

また、上記実施形態では、本発明を、シャワーヘッド１０に備えられるガス分配体１００に適用した例を説明したが、本発明を、セラミックス表面を備えるとともに該セラミックス表面に形成された溝部の底面に電極が配置されたセラミックス部材を備える半導体製造装置用部品に適しても上記効果を得ることができる。

また、上記実施形態におけるシャワーヘッド１０の製造方法はあくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、Ｓ１４０の工程を、Ｓ１１０からＳ１３０までの工程の前に行ってもよいし、Ｓ１１０からＳ１３０までの工程と並行して行ってよい。また、未焼結表面電極４４Ｐを第４のグリーンシート１２６に形成してもよいし、未焼結内部電極４０Ｐを第１のグリーンシート１２０に形成してもよい。

１０：シャワーヘッド４０，４０Ｙ：内部電極４０Ａ，４０ＸＡ，４０ＹＡ：対向部分４０Ｐ：未焼結内部電極４０Ｘ：内部電極４２：ビア４２Ｐ：未焼結ビア４２Ｘ，４２Ｙ：ビア４４：表面電極４４Ａ：上面４４Ｐ：未焼結表面電極４４Ｘ，４４Ｙ：表面電極４５，４５Ｙ：露出部分４５Ｙ１：第１の露出部分４５Ｙ２：第２の露出部分４５Ｙ３：第３の露出部分４６，４６Ｙ：埋設部分１００，１００Ｘ，１００Ｙ：ガス分配体１００Ｐ：焼成前のガス分配体１０１：ガス噴出孔１０４：連通路１１２：溝部１１２Ａ：底面１１２Ｂ：第１の内周面１１２Ｃ：第２の内周面１２０：第１のグリーンシート１２１：孔１２２：第２のグリーンシート１２４：第３のグリーンシート１２６：第４のグリーンシート１２７：貫通孔２００：ガス供給体２０２：ガス導入孔２１０：平板部２２０：筒部２３０：ガス流路２３０Ａ：縦流路２３０Ｂ：横流路２４０：接触リング２４０Ａ：下面３００：接合層Ｄ１：厚さＤ２：深さＰＧ：プロセスガスＳ１：ガス噴出面Ｓ２：分配側対向面Ｓ３：供給側対向面Ｓ４：上面Ｓ：隙間Ｗ：ウェハ

Claims

第１の方向に略垂直な略平面状であって、凹部が形成された第１の表面と、前記第１の方向において前記第１の表面とは反対側に位置し、複数のガス噴出孔が開口している第２の表面と、を有するセラミックス部材と、
前記第１の表面に形成された前記凹部内に露出する露出部分と、前記第１の方向視で前記凹部とは異なる位置において前記セラミックス部材の内部に配置され、前記露出部分と電気的に接続された埋設部分と、を含む第１の導電層と、
前記第１の導電層に対して前記第２の表面側に配置され、前記第１の導電層の前記埋設部分に前記第１の方向で対向する対向部分を含む第２の導電層と、
前記第１の導電層の前記埋設部分と前記第２の導電層の前記対向部分とに電気的に接続され、かつ、前記埋設部分に接合されたビアと、を備えることを特徴とする、シャワーヘッド用ガス分配体。
請求項１に記載のシャワーヘッド用ガス分配体において、
前記第１の導電層の前記露出部分は、前記凹部の底面の少なくとも一部に配置されており、
前記凹部のうち、前記第１の表面と前記凹部の前記底面とをつなぐ内周面はセラミックスによって形成されていることを特徴とする、シャワーヘッド用ガス分配体。
請求項１または請求項２に記載のシャワーヘッド用ガス分配体において、
前記第１の導電層と前記ビアとには、前記セラミックス部材の形成材料であるセラミックスが含まれており、
前記ビアにおける前記セラミックスの含有割合は、前記第１の導電層における前記セラミックスの含有割合より高いことを特徴とする、シャワーヘッド用ガス分配体。
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のシャワーヘッド用ガス分配体において、
前記第１の方向視で、
前記凹部は、前記複数のガス噴出孔が形成された形成領域より前記セラミックス部材の周縁側に配置されており、
前記ビアは、前記セラミックス部材の周縁に沿った周方向に前記凹部と並ぶ位置に配置されていることを特徴とする、シャワーヘッド用ガス分配体。