JP2006344999A

JP2006344999A - サセプタ及びその製造方法

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Publication number: JP2006344999A
Application number: JP2006239511A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Inazumachi; 浩稲妻地
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2006-09-04
Filing date: 2006-09-04
Publication date: 2006-12-21

Abstract

【課題】耐腐食性および耐プラズマ性に優れたサセプタを得る。
【解決手段】載置板２１及び支持板２３を作製し、この支持板２１に固定孔２６を形成し、この固定孔２６に複合導電性焼結体からなる給電用端子２４を、支持板２３を貫通するようにしてはめ込み、この支持板２３上に、給電用端子２４に接するように、導電性セラミックスからなる導電材層を形成し、支持板上の、前記導電材層の形成領域以外の領域に、前記載置板２１と支持板２３を構成する材料と同一組成または主成分が同一の材料粉末からなる絶縁材層２７を形成し、前記導電材層と絶縁材層２７を介して支持板２３と載置板２１とを重ね合わせ、加圧下にて熱処理することによりこれらを一体化すると共に、前記導電材層からなる内部電極２２を形成し、電極内蔵型のサセプタを製造する。
【選択図】図２

Description

本発明は、サセプタ及びその製造方法に関し、特に、耐腐食性、耐プラズマ性に優れた電極内蔵型のサセプタ、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及びその製造方法に関する。

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。この枚葉化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、熱伝導性に優れたセラミックス焼桔体からなるサセプタが使用されている。

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電極内蔵型サセプタがある。

従来、このような電極内蔵型サセプタとしては、例えば、図３に示されるような構造のものが知られている。
図３に示すサセプタ５は、板状試料を載置するための載置板１と、この載置板１を支える支持板３と、前記載置板１と前記支持板３とを接合一体化すると共に、内部電極とされる導電性接合剤層２と、この導電性接合剤層２に接するように、前記支持板３に埋設され、電流を導電性接合剤層２内に供給する給電用端子４、４とからなる。前記載置板１は、絶縁性セラミックス焼結体製の誘電体からなり、前記支持板３は、絶縁性セラミックス焼結体製の盤状基体からなり、前記導電性接合剤層２は、有機物または金属から構成されている。

しかしながら、この種の電極内蔵型サセプタ５においては、上述のように、前記載置板１および支持板３とが、異なる材料からなる導電性接合剤層２により接合されるものであるので、載置板１と支持板３との接合が不十分となり、これらの境界面から腐食性のガスやプラズマが侵入し、内部電極２がガスやプラズマにさらされたり、載置板１と支持板３との接合界面が破壊されるなどの虞があり、サセプタ５の耐腐食性、耐プラズマ性が充分でないという問題があった。
このような問題を解決するために、従来のサセプタ５の製造方法においては、載置板１と支持板３との接合を確実とし、接合部にガスやプラズマ等が侵入しないようにする必要があった。

例えば、図４および図５に示されるように、前記載置板１１を、その側周縁部にリング状のフランジ１１ａを設け、これにより円盤状の凹部１１ｂを設ける構造とし、この載置板１１の凹部１１ｂ内に、導電性接合層１２、および給電用端子１４、１４が埋設された支持板１３を組み込む方法が考えられた。しかしながら、このような方法においては、載置板１１を上記の構造の形状にするとともに、導電性接合層１２および支持板１３を、載置板１１の凹部１１ｂに隙間なく、嵌合するような形状に設計しなくてはならず、そのために、サセプタ１５の製造工程が煩雑になるという問題があった。

本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、載置板と支持板との接合面から、サセプタ内部に、腐食性のガスやプラズマ等の侵入がなく、耐腐食性および耐プラズマ性に優れたサセプタを得るとともに、このようなサセプタを容易に得ることができるサセプタ及びその製造方法を得ることにある。

本発明者らは、上記課題解決のため鋭意検討した結果、特定組成の材料により載置板及び支持板を形成し、これらを加圧下で熱処理して一体化するとともに、このときに、載置板と支持板との境界部に絶縁層を介在させることによって、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の発明においては、板状試料を載置する絶縁性セラミックス焼結体からなる載置板と、この載置板を支持する絶縁性セラミックス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外部と接しないように設けられ導電性セラミックス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導電性セラミックスからなる給電用端子とからなり、前記載置板と前記支持板とが、これらを構成する材料と同一組成または主成分が同一の絶縁性材料からなる絶縁材層により接合一体化されてなることを特徴とするサセプタを提供する。

第２の発明においては、絶縁性セラミックス焼結体から板状の載置板及び支持板を作製し、次いでこの支持板に固定孔を形成し、次いで、この固定孔に導電性セラミックスからなる給電用端子を、支持板を貫通するようにしてはめ込み、次いで、この給電用端子を保持する支持板上に、給電用端子に接するように、内部電極となる導電性セラミックスからなる導電材層を形成し、次いで、支持板上の、前記導電材層の形成部分以外の領域に、前記載置板と支持板を構成する材料と同一組成または主成分が同一の粉末絶縁材料からなる絶縁材層を形成し、次いで、前記導電材層と絶縁材層を介して支持板と載置板とを重ね合わせ、加圧下にて熱処理することによりこれらを一体化すると共に、これらの支持板と載置板との間に、前記導電材層からなる内部電極を形成または配設することを特徴とするサセプタの製造方法を提供する。

以上説明したように、本発明のサセプタによれば、載置板と支持板との接合面から、腐食性のガスやプラズマの侵入がないので、これらの接合界面が破壊されることがなく、また内部電極が前記ガスやプラズマにさらされることがないので、耐腐食性、耐プラズマ性に優れる。
また、本発明のサセプタの製造方法によれば、載置板と支持板との境界面に、絶縁材層を設けてこれらを接合一体化するものであるので、耐腐食性、耐プラズマ性に優れたサセプタを容易に得ることができる。
また、載置板及び支持板を複雑な形状にする必要がなく、単なる板状体とすることができるので、サセプタを歩留まりよく、廉価に製造することができる。

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２５は、板状試料を載置する載置板２１と、この載置板２１と一体化される支持板２３と、この載置板２１と支持板２３との間に形成された内部電極２２と、この内部電極２２に通じ、前記支持板２３内部に貫通するようにして設けられた給電用端子２４、２４とからなる。
そして、上記載置板２１と上記支持板２３とは、これらを構成する材料と同一組成または主成分が同一の絶縁材料によりなる絶縁材層（２７）によって接合一体化されてなるものである。

上記載置板２１及び支持板２３は、その重ね合わせ面の形状を同じくし、ともに、アルミナ基焼結体や窒化アルミニウム基焼結体などの絶縁性セラミックス焼結体からなるものである。
前記のアルミナ基焼結体や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、前記アルミナ基焼桔体や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（Ｙ_２Ｏ_３）、カルシア（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、チタニア（ＴｉＯ_２）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。

前記絶縁材層（２７）は、上記載置板２１と支持板２２との境界部、すなわち内部電極２２形成部以外の外周部領域を接合するために設けられたものであり、上記載置板２１及び支持板２３と同一あるいは主成分が同一の粉末絶縁材料からなるものである。
ここに、「主成分が同一の材料」とは、上記載置板２１と上記支持板２３を構成する材料以外の材料の含有量が５０重量％以下である材料をいい、例えば、上記載置板２１と上記支持板２３とが窒化アルミニウムで構成される場合、窒化アルミニウム以外の成分が５０重量％以下である材料をいう。

上記内部電極２２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２２は、アルミナ−タンタルカーバイト複合導電性材料、アルミナ−タングステン複合導電性材料、アルミナ−炭化珪素複合導電性材料、窒化アルミニウム−タングステン複合導電性材料、窒化アルミニウム−タンタル複合導電性材料等の導電性セラミックスにより形成されている。

上記給電用端子２４，２４は、内部電極２２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２２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２２とするか）により決定される。
この給電用端子２４は、上記の内部電極２２を形成している導電性セラミックス粉末を加圧焼結した複合導電性焼結体により形成されている。

次に、このようなサセプタ２５の製造方法を説明する。
図２は、サセプタ２５の製造工程を示したものである。
まず、アルミナ基焼結体や窒化アルミニウム基焼結体などの絶縁性セラミックス焼結体から板状の載置板２１及び支持板２３を作製する。この場合、前記絶縁性セラミックス焼結体の粉末を所望の形状に成型、焼結することによって載置板２１及び支持板２３を得ることができる。
このとき、好ましくは、載置板２１の片面（板状試料の載置面）を平坦度が１０μｍ以下となるように研磨する。

次いで、上記支持板２３に、予め給電用端子２４，２４を組み込み保持するための固定孔２６，２６を形成する。この固定孔２６，２６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、歩留まりはぼ１００％で加工できる。
なお、固定孔２６，２６の穿設位置及び数は、内部電極２２の態様と形状より決定される。

次いで、給電用端子２４を、上記支持体２３の固定孔２６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２４の作製方法としては、導電性セラミックス粉末を、所望の形状に成形して加圧焼結し、複合導電性焼結体とする方法等があげられる。このとき、給電用端子２４に用いられる導電性セラミックス粉末は、サセプタ２５に形成される内部電極２２と同様のものからなることが好ましい。
この給電用端子２４の加工精度は、後の加圧熱処理で再焼成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。

次に、作製した給電用端子２４，２４を、支持板２３の固定孔２６，２６に嵌め込む。
次に、給電用端子２４，２４が組み込まれた支持板２３の表面の所定領域に前記給電用端子２４，２４に接触するように、上記の導電性セラミックス粉末を、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２２’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、他の方法として、上記の導電性セラミックスからなる薄板を配設して内部電極形成層２２’とする方法等がある。この薄板を配設する場合には、この薄板と給電用端子２４、２４とを強固に接触させておく必要がある。

また、支持板２３上の内部電極形成層２２’を形成した領域以外の領域に、絶縁性、耐腐食性、耐プラズマ性を向上させるために、上記載置板２２と上記支持板２３とを構成する材料と同一組成または主成分が同一の粉末絶縁材料からなる絶縁材層２７を形成する。
この絶縁材層２７を形成するには、例えば、上記載置板２１と上記支持板２３とがアルミナ焼結体で形成されているときはアルミナ粉末をエチルアルコール等の有機溶媒に分散した塗布剤、上記載置板２１と上記支持板２３とが窒化アルミニウム焼結体で形成されているときは窒化アルミニウム粉末をエチルアルコール等の有機溶媒に分散した塗布剤を、上記所定部位にスクリーン印刷などで塗布し、乾燥する。

次に、内部電極形成層２２’及び絶縁材層２７を形成した支持板２３上に、該内部電極形成層２２’及び絶縁材層２７を介して、載置板２１を重ねた後、これらを加圧下にて熱処理して一体化する。
このような製造方法においては、前記支持板２３と、前記載置板２１との間に、有機物や金蔵からなる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２１と支持板２３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。

この加圧下の熱処理により、内部電極形成層２２’は焼成されて、導電性セラミックスからなる内部電極２２とされる。また、上記支持板２１及び載置板２３は、上記絶縁材層２７を介して接合一体化される。また、上記給電用端子２４，２４は、加圧下での熱処理で再焼成して支持板２３の固定孔２６，２６に固定される。

このようなサセプタの製造方法によれば、載置板２１と支持板２３との接合面に、これらを構成する材料と同一組成または主成分が同一の絶縁性材料からなる絶縁材層２７が設けられて、この絶縁材層２７により、載置板２１と支持板２３とが接合一体化されるため、載置板２１と支持板２３との接合界面から、ガスやプラズマ等がサセプタ２５内部に侵入することがなく、内部電極２２がこれらにさらされることがない。よって、載置板２１と支持板２３との接合界面が破壊されることがない。また、内蔵された内部電極２２が異常放電や破壊などを起こすことがないので、サセプタ２５の耐腐食性、耐プラズマ性を向上させることができる。
さらに、このようなサセプタ２５の製造方法によれば、上記支持板２３と上記載置板２１とが、絶縁材層２７により良好に接合一体化されるものであるので、従来のように、これらの形状に特別な工夫を必要とせず、簡単な板状形状とすることができ、サセプタ２５を歩留まりよく廉価に製造することができる。

以下、本発明を実施例を示して詳しく説明する。
（実施例１）
以下、内部電極２２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」
アルミナ粉末（平均粒径０．２μｍ、大明化学工業（株）製）４０重量部、タンタルカーバイト粉末（平均粒径１μｍ、日本新金属（株）製）６０重量部、イソプロピルアルコール１５０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、乾燥してアルミナータンタルカーバイト複合粉末を得た。
次に、上記複合粉末を成型、焼結し、直径２．５ｍｍ、長さ５ｍｍの棒状アルミナータンタルカーバイト複合導電性焼結体を得、これを給電用端子２４とした。焼結は温度１７００℃、圧力２０ＭＰａの条件でホットプレスによる加圧焼結を行った。焼結後のアルミナータンタルカーバイト複合導電性焼結体の相対密度は９８％以上であった。

「支持板の作製」
アルミナ粉末（平均拉径０．２μｍ、大明化学工業（株）製）を成型、焼結し、直径２３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状アルミナ焼結体（支持板２３）を得た。
焼結時の条件は、上記給電用端子２４の作製時と同様とした。
次いで、このアルミナ焼結体に、給電用端子２４，２４を組み込み、固定するための固定孔２６，２６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、アルミナ焼結体製の支持板２３を得た。

「載置板の作製」
上記アルミナ基焼結体製の支持板２３の作製方法に準じて、直径２３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状アルミナ基焼結体を得た。次いで、この円盤状アルミナ基焼結体の一面（板状試料の載置面）を平坦度が１０μｍ以下となるよう研摩し、アルミナ基焼結体製の載置板２１を得た。

「一体化」
上記支持板２３に穿設された前記固定孔２６，２６に、前記の給電用端子２４，２４を押し込み、組み込み固定した。
次いで、図２−（ｂ）に示すように、この給電用端子２４，２４が組み込み固定された支持板２３上に、後の加圧下での熱処理工程で内部電極２２となるよう、４０重量％のアルミナ粉末と６０重量％のタンタルカーバイト粉末を含む、アルミナータンタルカーバイト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２２’を形成した。
次いで、支持板２３上の上記内部電極２２形成領域以外の領域に、アルミナ粉末（平均拉径０．２μｍ、大明化学工業（株）製）と、エチルアルコールを含む塗布剤を、スクリーン印刷法にて印刷塗布し、乾燥して、絶縁材層２７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２２’（印刷面）及び絶縁材層２７を挟み込むように、また、前記載置板２１の研摩面が上面となるように、前記支持板２３と載置板２１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実施例１のサセプタ２５を作製した。このときの加圧、熱処理条件は、温度１７５０℃、圧力７．５ＭＰａの条件にて行った。

「評価」
このようにして作製されたサセプタ２５の接合断面をＳＥＭ観察したところ、前記載置板２１と、前記支持板２３と、前記給電用端子２４，２４とは良好に接合されていた。
また、この実施例としての電極内蔵サセプタ２５をＣＦ_４ガスとＯ_２ガスとの混合ガスのプラズマ中に１５時間曝した後、サセプタ２５表面の性状を目視観察し、また、サセプタ２５の板状試料載置面の表面粗さの変化、吸着力の変化を測定したところ、表面性状に変化は認められず、また、表面粗さも殆ど変化せず（試験前Ｒａ＝０．１２μｍ、試験後Ｒａ＝０．１３μｍ）、吸着力も変化しない（試験前：０．０３ＭＰａ、試験後０．０３ＭＰａ）ことから、耐腐食性、耐プラズマ性が極めて良好であることが判明した。

（比較例）
上記の絶縁材層２７を介在させなかった他は実施例に準じて、比較例としての電極内蔵サセプタを作製した。この電極内蔵サセプタの耐腐食性、耐プラズマ性を実施例に準じて試験したところ、接合面が腐食して内部電極へのプラズマ侵入により異常放電が起こり、耐腐食性、耐プラズマ性が劣ることが判明した。

本発明のサセプタの一例を示す断面図である。本発明のサセプタの製造方法を示す工程図である。従来のサセプタの一例を示す断面図である。従来のサセプタの一例における載置板および支持板の形状を示す断面図である。従来のサセプタの一例における載置板および支持板の形状を示す断面図である。

符号の説明

２１載置板
２２内部電極
２３支持板
２４給電用端子
２５サセプタ
２６固定孔
２７絶縁材層

Claims

板状試料を載置する絶縁性セラミックス焼結体からなる載置板と、この載置板を支持する絶縁性セラミックス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外部と接しないように設けられ導電性セラミックス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導電性セラミックスからなる給電用端子とからなり、
前記載置板と前記支持板とが、これらを構成する材料と同一組成または主成分が同一の絶縁性材料からなる絶縁材層により接合一体化されてなることを特徴とするサセプタ。
絶縁性セラミックス焼結体から板状の載置板及び支持板を作製し、次いでこの支持板に固定孔を形成し、次いで、この固定孔に導電性セラミックスからなる給電用端子を、支持板を貫通するようにしてはめ込み、次いで、この給電用端子を保持する支持板上に、給電用端子に接するように、内部電極となる導電性セラミックスからなる導電材層を形成し、次いで、支持板上の、前記導電材層の形成部分以外の領域に、前記載置板と支持板を構成する材料と同一組成または主成分が同一の粉末絶縁材料からなる絶縁材層を形成し、次いで、前記導電材層と絶縁材層を介して支持板と載置板とを重ね合わせ、加圧下にて熱処理することによりこれらを一体化すると共に、これらの支持板と載置板との間に、前記導電材層からなる内部電極を形成または配設することを特徴とするサセプタの製造方法。