JP4796523B2

JP4796523B2 - セラミックス焼成体の製造方法

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Publication number: JP4796523B2
Application number: JP2007060682A
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Inventors: 和宏 ▲のぼり▼; 豊森; 務加藤
Original assignee: NGK Insulators Ltd
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Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2011-10-19
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Description

本発明は、ＣＶＤ装置やエッチング装置等の半導体製造装置に適用されるヒータ、静電チャック及び高周波印加用サセプター等、導電体が埋設されたセラミックス焼成体及びその製造方法に関する。

半導体の製造技術分野では、ウエハ等にプラズマエッチング、化学的気相成長（ＣＶＤ）、イオンプレーティング等の処理加工を施すことが多い。このような処理加工を施す場合に、ウエハを加熱する装置として加熱装置（ヒータ）、ウエハを固定する装置として静電チャック、或いは高周波印加用のサセプター等を使用している。

前記静電チャックの製造方法を簡単に説明する。

まず、プレス成形用金型内にセラミックス粉末を充填し加圧することにより予備成形体を成形する。次いで、該予備成形体の表面に、メッシュ状の導電体を配置し、これらの予備成形体及び導電体の上にセラミックス粉末を充填する。その後、セラミックス粉末を一軸加圧成形して円盤状の成形体とし、該成形体をホットプレス法により焼結する。これにより、ウエハを載置する載置面から一定の深さに導電体が埋設されたセラミックス焼成体を作製することができる（例えば、特許文献１参照）。なお、静電チャックにおいては、前記載置面から導電体までの部位を誘電体層という。
特開２００５−６４４９７号公報

しかしながら、前述した静電チャックの製造方法では、成形体を加熱して焼結するため、焼結時に成形体の中心部と外周部との間で温度差が発生する。この温度差に起因して、導電体における中心部の高さと外周部の高さとに差違が生じ、導電体の面に湾曲した凹凸形状の変形が発生するおそれがあった。この導電体に変形が生じると、セラミックス焼成体における誘電体層の厚さにばらつきが生じてしまう。

ウエハを静電吸着する吸着力は、電極（導電体）の埋設位置、すなわち、誘電体層の厚さに依存するため、誘電体層の厚さが均一でなければ吸着力が載置面内で均一に発生しない。従って、吸着力の大きさが不均一になると、処理加工時にウエハを確実に固定することができない。これに伴いウエハ等の製品の歩留まりが低下し、品質の低下を招いてしまうという問題を有していた。このような歩留まり低下等の問題は、サセプターやヒータについても生じるおそれがある。

そこで、本発明は、焼成体の表面と該焼成体中に埋設された導電体層との距離が略一定となるセラミックス焼成体及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係るセラミックス焼成体は、セラミックスからなる誘電体層と、該焼成体中に設けられ、ＲＦ電極を兼ねる導電体層とを備え、静電チャックおよびヒーター等のウエハ保持台に用いられるセラミックス焼成体であって、前記導電体層は前記誘電体層を含む焼成体中に埋設されており、前記誘電体層の表面はウエハ載置面を含み、この誘電体層の表面から前記導電体層までの距離を略一定に構成したことを特徴とする。

また、本発明に係るセラミックス焼成体の製造方法は、少なくとも導電体層と成型体層とを有する被焼成体に対して、異型スペーサを重ね合わせる第１の工程と、前記被焼成体に前記異型スペーサを重ね合わせ、この重ね合わせた面に直交する方向に、前記異型スペーサを介して圧力を加えながら前記被焼成体にホットプレス焼成を施す第２の工程とを備え、前記異型スペーサの当接面の形状は、中心部に外周部の高さよりも高い凸部が形成された凸面、又は、中心部に外周部の高さよりも低い凹部が形成された凹面であり、前記第２の工程における焼成時に発生する導電体層の凹形状又は凸形状に相対する当接面形状の異型スペーサを選択し、この異型スペーサを被焼成体に重ね合わせることにより、前記第２の工程で生じる導電体層の凹形状又は凸形状の変形を矯正することを特徴とする。

本発明に係るセラミックス焼成体によれば、誘電体層の表面から前記導電体層までの距離を略一定に構成しているため、誘電体層の表面におけるウエハの吸着力のバラツキが減少して均一化される。

本発明に係るセラミックス焼成体の製造方法によれば、第２の工程の焼成によって生じる導電体層の凹形状又は凸形状の変形を、前記異型スペーサによって矯正することができる。

これにより、セラミック焼成体を例えば静電チャックに適用する場合には、誘電体層の厚さを均一に形成することができ、ウエハの吸着力を静電チャックの載置面内で均一にすることができ、ウエハ等の歩留まり向上等に寄与することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

まず、図１を参照して、本発明の実施の形態に使用するセラミックス焼成体の製造装置の構成を説明する。

図１に示す製造装置１は、具体的には被焼成体に圧力を加えながら加熱するホットプレス装置であり、最も外周側にヒータ１２が配設されており、該ヒータ１２の内周側には、被焼成体を加圧保持する焼成治具２が配設されている。

該焼成治具２は、下側に配置された受け台１１と、該受け台１１の上に載置されたダイス１０及びスリーブ９と、このスリーブ９の内周側の上下に配置された上パンチ８ａ及び下パンチ８ｂとから構成されている。

そして、スリーブ９、上パンチ８ａ及び下パンチ８ｂで囲まれた内部には、被焼成体３と異型スペーサ５とからなる組Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・が複数段に積層されて収納されている。組Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・の積層方向（図１における上下方向）の上端と下端に前記上パンチ８ａ及び下パンチ８ｂが配置されており、これらの上パンチ８ａ及び下パンチ８ｂによって、組Ｐ１、Ｐ２・・・が上下から加圧されるように構成されている。

ここで、図１の組Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・・における被焼成体３と異型スペーサ５とを簡単に説明する。被焼成体３において、符号７は予備焼成体層であり、６は予備焼成体層７の上に形成した成型体層であり、これらの予備焼成体層７及び成型体層６の間には図示しない導電体層が埋設されている。また、異型スペーサ５ａ，５ｃの表面側には、凹部又は凸部が形成されているが、図１では省略している。なお、これらの構成は、後述する図３などで詳細に説明する。また、組Ｐ１、Ｐ２・・・は、全て同様の構成を有している。

図２は、比較例に係る、焼成体及び平坦スペーサを拡大して示す断面図である。

焼成される前の被焼成体は、予め焼成された予備焼成体層７と、該予備焼成体７の上に成型された成型体層６と、これらの予備焼成体層７と成型体層６の間に挟まれた導電体層１５とを備える。なお、この時点では、予備焼成体層７及び成型体層６の厚みは一定であり、導電体層１５に反りは発生していない。

前記被焼成体を焼成する際には、成型体層６の上に平坦スペーサ５ｂを重ね合わせる。この平坦スペーサ５ｂの下面（当接面）は、凹部及び凸部のない平坦面に形成されている。

被焼成体を、図２における上下方向である積層方向（厚さ方向）に加圧して焼成することにより、図２に示すように、導電体層１５の中心部と外周部の間で高さの差違が生じる。なぜなら、被焼成体の中心部と外周部との間で温度差が生じて成型体層６と予備焼成体層７の境界面が凹形状又は凸形状に変形してしまうからである。

所定温度以上の高温で加圧しながら焼成すると、導電体層１５の中央部が上方向に盛り上がる「中凸状」に変形する。一方、所定温度以下の低温で加圧しながら焼成すると、導電体層１５の中央部が下方向にへこむ「中凹状」に変形する。静電チャックに用いる被焼成体において平坦スペーサ５ｂを当接させる側の反対側の第１の主面１６をウエハ載置面とすると、第１の主面１６から導電体層１５までの距離が「静電チャックにおける誘電体層の厚さ」に相当する。導電体層１５が中凸状に変形した場合、図２に示すように、導電体層１５の中心部における誘電体層の厚さが最大値Ｔｍａｘとなり、外周部における誘電体層の厚さが最小値Ｔｍｉｎとなる。

一方、導電体層１５が中凹状に変形した場合、導電体層１５の中心部における誘電体層の厚さが最小値Ｔｍｉｎとなり、外周部における誘電体層の厚さが最大値Ｔｍａｘとなる。以下、最大値Ｔｍａｘから最小値Ｔｍｉｎを減算した値を「膜厚レンジ」と呼ぶ。

なお、本発明及び比較例の双方において、ウエハ載置面を、スペーサが重ね合わされる側の主面としても良く、スペーサが重ね合わされる側の反対側の主面としても良い。したがって、上述した、ウエハ載置面、誘電体層の厚さ、最大値Ｔｍａｘ及び最小値Ｔｍｉｎの値は相対的な値である。成型体層６及び予備焼成体層７を積層した被焼成体の場合、スペーサは成型体層６側に重ね合わされる。

[第１の実施形態]
次に、図１の製造装置１を用いて、被焼成体を焼成してセラミックス焼成体を製造する方法を説明する。この第１の実施形態においては、ホットプレス焼成工程中において加圧を開始する時の温度を、１０００℃以上の高温に設定している。

まず、本発明例を図３を用いて説明する。

図３（ａ）に示すように、第１の実施形態による被焼成体３は、下側に配置した予備焼成体層７と、該予備焼成体層７の上に配置した成型体層６と、これらの予備焼成体層７及び成型体層６の間に配置した導電体層１５とからなる。具体的には、予め焼成された予備焼成体層７を用意し、予備焼成体層７の上に、導電体層１５（例えば印刷電極）を形成し、その後、予備焼成体層７及び導電体層１５の上に成型体層６を成型する。なお、成型体層６の内部に予め抵抗加熱体を埋設させておいても構わない。

また、本実施形態で用いる第１の異型スペーサ５ａは、後述する図１１（ｂ）で詳細に説明するように、円板状の基準部材５１の下側における中央部に、基準部材５１よりも小さい径を有する凸部材を結合させたものである。従って、第１の異型スペーサ５ａにおける当接面（下面）３２は、中心部に外周部よりも高い凸部３１が形成された凸面であり、上面３３は平坦面に形成されている。

図３（ａ）に示すように、第１の工程において、被焼成体３に対して、第１の異型スペーサ５ａの当接面３２を重ね合わせる。その後、図３（ｂ）に示すように、第２の工程において、被焼成体３と第１の異型スペーサ５ａを重ね合わせた面に垂直な方向に圧力を加えながら被焼成体３にホットプレス焼成を施す。ここで、ホットプレス焼成中における加圧を開始する時の温度は、１０００℃以上の高温に設定している。

ここで、後述する図４の比較例に示すように、第２の工程で導電体層１５が中凸状に変形するため、この導電体層１５の変形形状に相対するように、第１の異型スペーサ５ａの凸面を成型体層６の上に重ね合わせる。これにより、図３（ｂ）に示すように第２の工程で導電体層１５に形成される中凸状の変形を矯正することができる。

なお、第２の工程は、図３（ａ）及び図３（ｂ）と同様の構成を備える複数の組Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・・を積層した状態で実施される。よって、図３（ｂ）の予備焼成体層７の下面には、下段のスペーサの上面が重ね合わされ、図３（ｂ）の第１の異型スペーサ５ａの上面には、上段の予備焼成体層７の下面が重ね合わされる。

図３（ｂ）の予備焼成体層７の下面がウエハ載置面となる場合、予備焼成体層７の中央部における膜厚と外周部における膜厚の差が膜厚レンジとなる。凸面を有する第１の異型スペーサ５ａを用いることにより、導電体層１５に生じる中凸状の変形を矯正できる。よって、セラミックス焼成体を静電チャックに用いる場合は、ウエハ載置面から導電体層１５までの距離となる誘電体層の厚さを均一にすることができる。

次に、図４を用いて比較例を説明する。比較例に用いる平坦スペーサ５ｂは、下面（当接面）及び上面の双方ともに平坦面に形成されている。

図４（ａ）に示すように、第１の工程において、平坦スペーサ５ｂの下面を被焼成体における成型体層６の上に重ね合わせる。そして、図４（ｂ）に示すように、第２の工程において、図１の製造装置１を用いて、被焼成体３と平坦スペーサ５ｂを重ね合わせた面に垂直な方向に加圧しながら被焼成体にホットプレス焼成を施す。ここで、ホットプレス焼成中の加圧を開始する時の温度は、１０００℃以上の高温に設定している。

焼成時に被焼成体の中心部と外周部との間の温度差に起因して、導電体層１５が中凸状に変形する。しかし、比較例では、平坦スペーサ５ｂの下面を被焼成体３における成型体層６の上に重ね合わせて焼成するため、前記導電体層１５の変形を矯正することができない。従って、焼成後においても前記導電体層１５は中凸状に変形したままとなる。

[第２の実施形態]
次に、第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態では、ホットプレス焼成における加圧を開始する時の温度を、１０００℃以下の低温に設定している。

本発明例を説明する。図５（ａ）に示すように、第１の工程において、被焼成体３に対して、下面に凹部３４が形成された第２の異型スペーサ５ｃの当接面３５を重ね合わせる。この第２の異型スペーサの構造については、図１１（ａ）で詳細に説明する。被焼成体の構成及び製造方法は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示した第１実施形態における本発明例と同じである。第２の異型スペーサ５ｃの当接面３５を被焼成体３における成型体層６の上に重ね合わせる。そして、図５（ｂ）に示すように、第２の工程において、被焼成体３と第２の異型スペーサ５ｃを重ね合わせた面に垂直な方向に加圧しながら被焼成体３にホットプレス焼成を施す。ここで、ホットプレス焼成中の加圧を開始する時の温度を、１０００℃以下の低温に設定している。

後述する図６（ｂ）の比較例に示すように、第２の工程で導電体層１５が中凹状に変形するため、これと逆の向きに第２の異型スペーサ５ｃの当接面３５を成型体層６の上に重ね合わせる。これにより、図６（ｂ）に示すように第２の工程で導電体層１５に形成される中凹状の変形を矯正することができる。

図５（ｂ）の予備焼成体層７の下面がウエハ載置面となる場合、予備焼成体層７の中央部における膜厚と外周部における膜厚の差が膜厚レンジとなる。凹面を有する第２の異型スペーサ５ｃを用いることにより、導電体層１５に生じる中凹状の変形を矯正できる。よって、セラミックス焼成体を静電チャックに用いる場合は、ウエハ載置面から導電体層１５までの距離である誘電体層の厚さを面内で均一にすることができる。

次に、比較例を説明する。

図６（ａ）に示すように、第１の工程において、平坦スペーサ５ｂの下面を被焼成体における成型体層６の上に重ね合わせる。そして、図６（ｂ）に示すように、第２の工程において、図１の製造装置を用いて、被焼成体３と平坦スペーサ５ｂを重ね合わせた面に垂直な方向に圧力を加えながら被焼成体３を焼成させる。ホットプレス焼成中における加圧開始時の温度が、１０００℃以下の低温であるため、被焼成体３の中心部と外周部との間の温度差に起因して、導電体層１５が中凹状に変形する。

[第３の実施形態]
前記の本発明例では、図３（ａ）及び図５（ａ）に示したように、予備焼成体層７と成型体層６とを積層した被焼成体３から焼成体を形成する場合を説明したが、本発明に係わる製造方法は、これに限定されるものではない。これ以外の被焼成体に対しても適用することができる。そこで、第３の実施形態として、図７及び図８に示すように導電体層１５（ＲＦ電極）及び抵抗加熱体２２を埋設した成型体層６のみからなる被焼成体３６に本発明の製造方法を適用した場合について説明する。

なお、第３の実施形態においては、ホットプレス焼成中の加圧を開始する時の温度を、１０００℃以上の高温に設定している。

まず、被焼成体３６について説明する。図７（ａ）、図８（ａ）に示すように、導電体層１５及び抵抗加熱体２２は、図の上下方向に一定の間隔をおいて成型体層６内に埋設されている。また、被焼成体３６の裏面を第１の主面１６とし、表面を第２の主面１７とすると、導電体層１５から第１の主面１６までの距離と導電体層１５から第２の主面１７までの距離は異なる。つまり、導電体層１５は、成型体層６内で、第１の主面１６側かあるいは第２の主面１７側に寄って配置されている。通常、導電体層１５に近い側の主面がウエハ載置面とされる。図７及び図８の例では、導電体層１５は第１の主面１６側に寄って配置され、第１の主面１６がウエハ載置面とされる。

本発明例を説明する。図７（ａ）に示すように、第１の工程において、成型体層６の第１の主面１６に、第２の異型スペーサ５ｃの当接面３５を重ね合わせる。そして、図７（ｂ）に示すように、第２の工程において、成型体層６と第２の異型スペーサ５ｃを重ね合わせた面に垂直な方向に加圧しながら被焼成体３６にホットプレス焼成を施す。なお、ホットプレス焼成中の加圧を開始する時の温度を、１０００℃以上の高温に設定している。

ここで、後述する図８（ｂ）の比較例に示すように、第２の工程で導電体層１５が中凸状に変形するため、これと逆の向きに第２の異型スペーサ５ｃの当接面３５を成型体層６の第１の主面１６に重ね合わせる。これにより、図７（ｂ）に示すように第２の工程で導電体層１５に形成される中凸状の変形を矯正することができる。

なお、図７（ｂ）において、成型体層６の第２の異型スペーサ５ｃに当接する面を平坦化することにより、第１の主面１６がウエハ載置面となる。よって、ウエハ載置面から導電体層１５までの深さである誘電体層の厚さを面内で均一にすることができる。

比較例を説明する。図８（ａ）に示すように、第１の工程において、平坦スペーサ５ｂの下面を被焼成体における成型体層６の第２の主面１７に重ね合わせる。そして、図８（ｂ）に示すように、第２の工程において、図１の製造装置１を用いて、被焼成体３６と平坦スペーサ５ｂを重ね合わせた面に垂直な方向に圧力を加えながら被焼成体３６を焼成させる。焼成時に成型体層６の中心部と外周部との間の温度差に起因して、導電体層１５が中凸状に変形する。

[第４の実施形態]
次いで、本発明の第４の実施形態について説明する。この第４の実施形態においては、ホットプレス焼成中の加圧を開始する時の温度を、１０００℃以下の低温に設定している。なお、被焼成体の構成は、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示した本発明例と同様である。

本発明例を説明する。図９（ａ）に示すように、第１の工程において、第１の異型スペーサ５ａの当接面３２を成型体層６の第１の主面１６に重ね合わせる。そして、図９（ｂ）に示すように、第２の工程において、成型体層６と第１の異型スペーサ５ａを重ね合わせた面に垂直な方向に加圧しながら被焼成体３６にホットプレス焼成を施す。なお、ホットプレス焼成中の加圧を開始する時の温度を、１０００℃以下の低温に設定している。

ここで、後述する図１０（ｂ）の比較例に示すように、第２の工程で導電体層１５が中凹状に変形するため、これと逆の向きに第１の異型スペーサ５ａの当接面３２を成型体層６の第１の主面１６に重ね合わせる。これにより、図９（ｂ）に示すように第２の工程で導電体層１５に形成される中凹状の変形を矯正することができる。

なお、図９（ｂ）において成型体層６の第１の異型スペーサ５ｃに当接する面を平坦化することにより、第１の主面１６がウエハ載置面となる。よって、ウエハ載置面から導電体層１５までの距離である誘電体層の厚さを面内で均一にすることができる。

また、導電体層１５に近い側の成型体層６の主面である第１の主面１６に第１の異型スペーサ５ａの当接面３２を重ね合わせることにより、第１の異型スペーサ５ａの当接面３２が導電体層１５の凹変形を矯正する機能をより効果的に発揮することができる。

このように、本発明の実施形態では、少なくとも導電体層１５と成型体層６とを有する被焼成体からセラミックス焼成体を製造する方法について説明した。ここで、「少なくとも導電体層１５と成型体層６とを有する」とは、被焼成体として、少なくとも導電体層１５と成型体層６を有していればよいことを示している。従って、図３〜図１０に示したように、被焼成体は、他の構成要素として予備焼成体層７や抵抗加熱体２２を有していても構わない。

次いで、比較例を説明する。図１０（ａ）に示すように、第１の工程において、平坦スペーサ５ｂの下面を被焼成体における成型体層６の第２の主面１７に重ね合わせる。そして、図１０（ｂ）に示すように、第２の工程において、図１の製造装置１を用いて、成型体層６と平坦スペーサ５ｂを重ね合わせた面に垂直な方向に加圧をしながら被焼成体３６にホットプレス焼成を施す。なお、ホットプレス焼成中の加圧を開始する時の温度を、１０００℃以下の低温に設定している。加圧焼成時に成型体層６の中心部と外周部との間の温度差に起因して、導電体層１５が中凹状に変形する。

次に、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）を参照して、前述した第１の異型スペーサ５ａと第２の異型スペーサ５ｃの具体的な構造を説明する。

図１１（ａ）に示すように、第２の異型スペーサ５ｃは、表面及び裏面が平坦面に形成された円板状の基準部材５１と、互いに外径が等しく、かつ内径が異なる円板状の第１のリング部材５２及び第２のリング部材５３とを備える。第１のリング部材５２及び第２のリング部材５３の外径と基準部材５１の直径は略等しく、例えば、３４０ｍｍである。第１のリング部材５２の内径は第２のリング部材５３の内径よりも短い。例えば、第２のリング部材５３の内径は１４０ｍｍであり、第１のリング部材５２の内径は７０ｍｍである。これにより、下面である当接面３５が凹部３４を有する凹面に形成されている。

図１１（ｂ）に示すように、第２の異型スペーサ５ａは、表面及び裏面が平坦面に形成された円板状の基準部材５１と、該基準部材５１よりも小さい外径を有する円板状の凸部材５４とを備える。基準部材５１の直径は、例えば、３４０ｍｍである。凸部材５４の直径は、例えば、１００ｍｍである。これにより、下面である当接面３２が凸部３１を有する凸面に形成されている。

なお、第１の異型スペーサ及び第２の異型スペーサ５ａ、５ｃの材質の例として、カーボンを用いることが好ましい。

[第５の実施形態]
次いで、本発明の第５の実施形態について説明する。

図１２は、第５の実施形態によるセラミックス焼成体を示す概略図である。

このセラミックス焼成体６１においては、焼成体層６３中に抵抗発熱体２２と導電体層１５とが埋設されている。該導電体層１５は、ＲＦ電極を兼ねた静電電極である。焼成体層６３の表面は、中央側に配置された平坦なウエハ載置面６５と、該ウエハ載置面６５の外周側に配置された傾斜面６７と、傾斜面６７の外周側に配置された平坦な外周面６９とから構成されている。

ウエハ載置面６５と導電体層１５との間は、厚さがｔ１である誘電体層６２となる。さらに、傾斜面６７と導電体層１５との距離をｔ２、及び外周面６９と導電体層１５との距離をｔ３とすると、ｔ１、ｔ２及びｔ３は、全て略一定に形成されている。なお、導電体層１５の下側には、コイル状の抵抗発熱体２２が埋設されている。そして、外周面６９とウエハ載置面６５との高低差はＷに設定され、導電体層１５の中央部と外周部との高低差はＬに設定されている。前述したように、ｔ１、ｔ２及びｔ３は全て略一定であるため、ＷとＬとは略同一寸法に設定されている。

[実施例]
次に、図１３〜図１６を参照して、本発明の実施例を説明する。具体的には、焼成体の膜厚レンジ等を検証した。図１の製造装置では、複数の組Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・が複数段に積層されているが、以下の説明では、組Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・を詰め段１、２、３、・・・とする。

まず、第１の実施形態となる図３及び図４に相当する実施例を、図１３の表を用いて説明する。図１３（ａ）の表に示すように、製品となる被焼成体ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅにスペーサを重ね合わせ、加熱及び加圧を施して焼成を行った。

製品ａ〜ｃは、図４に相当する方法で焼成した比較例であり、製品ｄ，ｅは、図３に相当する方法で焼成を行った本発明例である。即ち、製品ａ〜ｃは、表面及び裏面が平坦な平坦スペーサ５ｂを用いて加圧し、製品ｄ，ｅは、当接面が凸面に形成された第１の異型スペーサ５ａを用いて加圧した。

また、図１に示す詰め段１，２には、被焼成体を収納せずに、詰め段３〜６にのみ被焼成体を収納した。

図１３（ａ）の表には、詰め段が３〜６についての膜厚レンジを記載し、更に、該膜厚レンジの平均値及び標準偏差（σ）を記載した。なお、膜厚レンジとは、導電体層の平面度のばらつき度合いをいう。

その結果、「平坦スペーサ」に比べて「第１の異型スペーサ」を用いた方が、膜厚レンジ及び平均値が小さくなることが分かった。また、「平坦スペーサ」では、詰め段３〜６の間で膜厚レンジのバラツキが大きく、標準偏差（σ）が大きかったが、「第１の異型スペーサ」では、詰め段３〜６の間で膜厚レンジのバラツキが小さくなり、標準偏差（σ）が小さくなることが分かった。

なお、前記図１３（ａ）の表で示した本発明例において使用した第１の異型スペーサ５ａの構成を、図１３（ｂ）の表に示す。

詰め段３に用いた第１の異型スペーサ５ａは、基準部材５１の下面の中央部に、外径が１４０ｍｍで厚さが０．２ｍｍの薄い円板を固着し、更に、この円板の下面の中央部に、外径が７０ｍｍで厚さが０．２ｍｍの円板を固着したものである。

また、詰め段４に用いた第１の異型スペーサ５ａは、基準部材の下面の中央部に、外径が７０ｍｍで厚さが０．２ｍｍの円板を固着したものである。

なお、詰め段５，６には、基準部材５１のみからなるスペーサを用いた。

次いで、第２の実施形態となる図５及び図６に相当する実施例を、図１４の表を用いて説明する。

図１４（ａ）に示すように、製品ｆ，ｇ，ｈは、平坦スペーサ５ｂを用いて加圧及び加熱を施した比較例であり、製品ｉ，ｊは、第２の異型スペーサ５ｃを用いて加圧及び加熱を施した本発明例である。

図１３の場合と同様に、詰め段１，２には被焼成体を収容せずに、詰め段３〜６に被焼成体を収納して焼成を行った。

図１４（ｂ）に示すように、詰め段３，４には、基準部材５１のみからなるスペーサを使用した。また、詰め段５に用いた第２の異型スペーサ５ｃは、基準部材５１の下面に、内径が１４０ｍｍ、外径が３４０ｍｍで厚さが０．２ｍｍのリング状の板材を固着したものである。

詰め段６に用いた第２の異型スペーサ５ｃは、基準部材の下面に、２枚のリング状の板材を上下に重ねて固着したものである。上側の板材は、内径が７０ｍｍで厚さが０．２ｍｍであり、下側の板材は、内径が１４０ｍｍで厚さが０．２ｍｍである。なお、両板材ともに、外径は３４０ｍｍである。

図１４（ａ）の表に、詰め段が３〜６についての膜厚レンジを記載し、その平均値及び標準偏差（σ）を記載した。「平坦スペーサ」に比べて「第２の異型スペーサ」の方が、膜厚レンジ及び平均値が小さくなることが分かった。また、「平坦スペーサ」では、詰め段３〜６の間で膜厚レンジのバラツキが大きく、標準偏差（σ）が大きかったが、「第２の異型スペーサ」では、詰め段３〜６の間で膜厚レンジのバラツキが小さくなり、標準偏差（σ）が小さくなることが分かった。

次いで、第３の実施形態となる図７，８に相当する実施例を、図１５の表に示した。

図１５（ａ）の表のうち、左側は平坦スペーサ５ｂを用いた比較例を示し、右側は第２の異型スペーサ５ｃを用いた本発明例を示す。それぞれ試料数Ｎを６個及び４個について焼成を行った。

詰め段が１〜６全体の膜厚レンジの平均値（Ａｖｅ）、標準偏差（σ）、及び実施した試料数（Ｎ）を記載した。「平坦スペーサ」より「第２の異型スペーサ」を用いた方が、膜厚レンジの平均値が小さくなることが分かった。

図１５（ｂ）に示すように、第２の異型スペーサ５ｃは、基準部材の下面に、大小２枚の板材を固着したものである。外周側の板材は、内径が１００ｍｍで外径が３４０ｍｍのリング状の板材であり、内周側の板材は、外径が１００ｍｍの円板状の板材である。板厚は、外周側の板材が０．４ｍｍであり、内周側の板材は０．２５ｍｍである。そして、外周側の板材の中央穴に、内周側の板材を挿入することにより、高さが０．１５ｍｍの凹面が形成されている。

次いで、第４の実施形態となる図９，１０に相当する実施例を、図１６の表に示した。具体的には、図１６（ａ）は、図１０の比較例に相当し、図１６（ｂ）は、図９の本発明例に相当する。

試料数ｎ個について実験をそれぞれ行った。詰め段が１〜６についての膜厚レンジの平均値（Ａｖｅ）、標準偏差（σ）、及び実施した試料数（ｎ）を、図１６（ａ）（ｂ）の表に記載した。詰め段毎に「比較例」と「本発明例」を比べると、「比較例」より「本発明例」の方が、膜厚レンジの平均値が小さくなることが分かった。

図１６（ｂ）の本発明例で用いた第１の異型スペーサ５ａの構造を、図１６（ｃ）の表に示す。

詰め段１〜５には、基準部材５１のみからなるスペーサを用い、詰め段６には、第１の異型スペーサ５ａを用いた。この第１の異型スペーサ５ａは、基準部材５１の下面に、大小２枚の板材を固着したものである。具体的には、外周側の板材は、外径が３４０ｍｍで内径が１００ｍｍのリング状であり、板厚は０．２５ｍｍである。また、内周側の板材は、外径が１００ｍｍの円板状の板材であり、板厚は０．４ｍｍである。そして、外周側の板材の中央穴に、外周側の板材を挿入することにより、高さが０．１５ｍｍの凸部を有する第１の異型スペーサ５ａとなっている。

次いで、第５の実施形態となる図１２に相当する実施例を図１７及び図１８を用いて説明する。具体的には、図１７は本発明例に相当し、図１８は比較例に相当する。

図１７に示すセラミックス焼成体６１は、図１２に示すものと同一構造をしている。図１７において、Ｗ及びＬはともに０．４ｍｍであり、ｔ１，ｔ２及びｔ３は全て１．０ｍｍとした。

また、比較例となる図１８に示すセラミックス焼成体７１においては、誘電体層６３の内部に平面状の導電体層１５を埋設した。つまり、比較例に係る導電体層１５は、中央部と外周部とで同じ高さに配置された。中央部におけるウエハ載置面６５と導電体層１５との距離はｔ１であり、外周面６９と導電体層１５との距離はｔ４である。このように、導電体層１５の高さは、埋設した導電体層１５の深さ位置をエディー電流法を用いることによって測定した。

なお、セラミックス焼成体６１の表面のうち、ウエハ載置面６５の部位は研削加工によって外周面６９よりも高さＷ分だけ低く形成した。これによって、セラミックス焼成体６１の表面の全体において、導電体層１５との距離が略一定に形成された。

そして、抵抗発熱体２２に電流を流してウエハ載置面６５を４６０℃に加熱し、ウエハ載置面６５にＳｉＨ_４及び酸素をＡｒで希釈した混合ガスを供給した。また、導電体層１５に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給することにより、出力が５００Ｗのプラズマを生成させた。以上により、ＳｉＯ_２成膜試験を行った。

目標膜厚を７０００Åとして成膜した結果、図１７に示す本発明例の場合は、最大膜厚と最低膜厚との差異は３００Å、図１８に示す比較例の場合は、最大膜厚と最低膜厚との差異は１６００Åとなった。このように、比較例の場合は、外周部における膜厚が薄くなってしまうのに対し、本発明例の場合は、中央部と外周部とで略同一厚さに形成することができた。これは、セラミックス焼成体６１の表面全体において、導電体層１５との距離が略一定に形成されることにより、発生するプラズマ量が外周部と中央部とであまり差異が生じなかったためであると考えられる。これに対して、比較例となる図１８に示すセラミックス焼成体７１においては、外周部における導電体層１５と外周面６９との距離ｔ４は、中央部のウエハ載置面６５と外周面６９との距離ｔ１よりも大きい。従って、外周部に発生するプラズマ量は、中央部のプラズマ量よりも小さくなり、外周部における膜厚は中央部における膜厚よりも薄く形成されたためであると考えられる。

なお、図１７の本発明例で用いた第１の異型スペーサの大きさを図１９及び図２０に示す。

詰め段１〜５には、図２０に示すスペーサを用い、詰め段６には、図１９に示すスペーサを用いた。

[作用効果]
以上説明した本発明の実施形態によれば、以下に示す作用効果が得られる。

少なくとも導電体層１５と成型体層６とを有する被焼成体に対して、中心部と外周部との高さが異なる異型スペーサ５ａ、５ｃを重ね合わせ（第１の工程）、被焼成体と異型スペーサ５ａ、５ｃを重ね合わせた面に垂直な方向に圧力を加えながら被焼成体を焼成させる（第２の工程）。第１の工程において、第２の工程で導電体層１５に形成される凹凸形状に相対する向きに異型スペーサ５ａ、５ｃの凹面又は凸面を重ね合わせる。これにより、第２の工程で導電体層に形成される凹凸形状を緩和又は矯正することができる。これにより、誘電体層の厚さが均一化されて製品の歩留まりが向上する。また、セラミック焼成体の一例として静電チャックに適用した場合、ウエハ面内で均一な吸着力が得られ、局所的に誘電体層の厚さが薄くなることによる絶縁破壊を回避できる。

被焼成体と略同じ構成を備える別の被焼成体を複数準備し、順次、被焼成体に重ね合わせ、これらの複数の被焼成体に対して同時に第１及び第２の工程を実施する。つまり、図１に示した製造装置において、複数の組Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・が複数段に積層されており、積層する組の数と同数の被焼成体を同時に処理することができる。この場合、図１３〜図１６に示したように、異型スペーサ５ａ、５ｃを使用することにより、複数の組Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・の間で膜厚レンジのバラツキを小さくすることができる。

図３及び図５に示すように、被焼成体は、予め焼成された予備焼成体層７と、予備焼成体層７の上に積層された成型体層６と、予備焼成体層７と成型体層６の間に配置された導電体層１５とを備える。そして、第１の工程において、成型体層６に対して異型スペーサ５ａ、５ｃを重ね合わせる。これにより、第２の工程において予備焼成体層７を破壊することなく、導電体層１５の凹凸変形を矯正することができる。

導電体層１５は被焼成体に埋設され、第１の工程において、被焼成体が有する第１の主面と該第１の主面の反対側に形成された第２の主面のうち導電体層１５に近い方に異型スペーサ５ａ、５ｃを重ね合わせる。具体的には、図７〜図１０に示したように、導電体層１５は成型体層６内に埋設され、成型体層６の両面のうち導電体層１５に近い方に異型スペーサ５ａ、５ｃを重ね合わせる。これにより、異型スペーサ５ａ、５ｃの凹面又は凸面が導電体層１５の凹凸変形を矯正することができる。

また、粉体を第１の加圧力で圧縮成形することにより、前記成形体層６を成形すると共に、前記異型スペーサ５ａ、５ｃを被焼成体に重ね合わせた状態で、第２の加圧力を加えながら被焼成体にホットプレス焼成を施し、前記第１の加圧力を２００ｋｇ／ｃｍ^２以上に設定すると共に、前記第１の加圧力を第２の加圧力以上に設定した。このため、被焼成体をホットプレス焼成する場合における被焼成体の収縮度合いが小さくなるため、焼成体の製品寸法精度を向上させることができる。

セラミックス焼成体として、例えば、半導体製造技術分野でウエハ等にプラズマエッチング、化学的気相成長（ＣＶＤ）、イオンプレーティング等の処理加工を施す場合に使用する加熱装置（セラミックヒータ）や、ウエハの固定部材として静電チャック、或いは高周波印加用のサセプターを例示することができる。それぞれに応じて、導電体層１５は、発熱抵抗体、静電電極、高周波印加用電極として適用される。

なお、図１２に示すように、本発明に係るセラミックス焼成体６１によれば、成型体層６３の表面から前記導電体層１６までの距離を略一定に構成しているため、成型体層６３の表面におけるウエハの吸着力のバラツキが減少して均一化される。

本発明の実施の形態に係わるセラミックス焼成体の製造方法において使用するセラミックス焼成体の製造装置を示す断面図である。比較例に係る、焼成後の焼成体及び平坦スペーサを拡大して示す断面図である。本図は、本発明の第１実施形態によるセラミックス焼成体の製造方法を示す断面図であり、（ａ）は第１実施形態における第１の工程を示し、（ｂ）は第２の工程を示している。本図は、本発明の第１実施形態に対する比較例を示し、（ａ）は図３（ａ）に対応し、（ｂ）は図３（ｂ）に対応している。本図は、本発明の第２実施形態によるセラミックス焼成体の製造方法を示す断面図であり、（ａ）は第２実施形態における第１の工程を示し、（ｂ）は第２の工程を示している。本図は、本発明の第２実施形態に対する比較例を示し、（ａ）は図５（ａ）に対応し、（ｂ）は図５（ｂ）に対応している。本図は、本発明の第３実施形態によるセラミックス焼成体の製造方法を示す断面図であり、（ａ）は第３実施形態における第１の工程を示し、（ｂ）は第２の工程を示している。本図は、本発明の第３実施形態に対する比較例を示し、（ａ）は図７（ａ）に対応し、（ｂ）は図７（ｂ）に対応している。本図は、本発明の第４実施形態によるセラミックス焼成体の製造方法を示す断面図であり、（ａ）は第４実施形態における第１の工程を示し、（ｂ）は第２の工程を示している。本図は、本発明の第４実施形態に対する比較例を示し、（ａ）は図９（ａ）に対応し、（ｂ）は図９（ｂ）に対応している。本発明の実施形態にて採用することができる異型スペーサの具体的な形状及び寸法を示しており、（ａ）は第２の異型スペーサを示し、（ｂ）は第１の異型スペーサを示している。本発明の第５実施形態によるセラミックス焼成体を示す概略図である。図３，４に相当する実施例を示す表であり、（ａ）は実施例の内容及び結果を示し、（ｂ）は異型スペーサの構成を示している。図５，６に相当する実施例を示す表であり、（ａ）は実施例の内容及び結果を示し、（ｂ）は異型スペーサの構成を示している。図７，８に相当する実施例を示す表であり、（ａ）は実施例の内容及び結果を示し、（ｂ）は異型スペーサの構成を示している。図９，１０に相当する実施例を示す表であり、（ａ）は比較例の内容及び結果を示し、（ｂ）は本発明例の内容及び結果を示し、（ｃ）は異型スペーサの構成を示している。図１２に相当する実施例（本発明例）を示す概略図である。図１７に対応する比較例を示す概略図である。図１７及び図１８に示す実施例に用いた異型スペーサの寸法を示す側面図である。図１７及び図１８に示す実施例に用いた異型スペーサの寸法を示す側面図である。

符号の説明

５ａ、５ｃ…異型スペーサ
５ｂ…平坦スペーサ
６…成型体層
７…予備焼成体層
１５…導電体層
１６…第１の主面
３１…凸部
３２，３５…当接面
３４…凹部
６１…セラミックス焼成体
６２…誘電体層
６５…ウエハ載置面

Claims

少なくとも導電体層と成型体層とを有する被焼成体に対して、異型スペーサを重ね合わせる第１の工程と、
前記被焼成体に前記異型スペーサを重ね合わせ、この重ね合わせた面に直交する方向に、前記異型スペーサを介して圧力を加えながら前記被焼成体にホットプレス焼成を施す第２の工程とを備え、
前記異型スペーサの当接面の形状は、中心部に外周部の高さよりも高い凸部が形成された凸面、又は、中心部に外周部の高さよりも低い凹部が形成された凹面であり、
前記第２の工程における焼成時に発生する導電体層の凹形状又は凸形状に相対する当接面形状の異型スペーサを選択し、この異型スペーサを被焼成体に重ね合わせることにより、前記第２の工程で生じる導電体層の凹形状又は凸形状の変形を矯正する
ことを特徴とするセラミックス焼成体の製造方法。
前記被焼成体を複数準備し、これらの被焼成体を厚さ方向に順次重ね合わせ、前記複数の被焼成体に対して前記第１及び第２の工程を実施することを特徴とする請求項１記載のセラミックス焼成体の製造方法。