図面 (/)

技術 半導体製造装置用部材、その製法及び成形型

出願人 日本碍子株式会社
発明者 のぼり和宏木村拓二
出願日 2019年3月26日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2019-058056
公開日 2020年10月1日 (4ヶ月経過) 公開番号 2020-161589
状態 未査定
技術分野 抵抗加熱 半導体装置の製造処理一般
主要キーワード 大円板 水平支持面 交流高周波電圧 円柱空間 円板部分 薄層電極 水平支持板 最大曲げ応力
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年10月1日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (14)

課題

剥離のおそれがなく、強度が高く、製造するのが比較的容易な半導体製造装置用部材を提供する。

解決手段

セラミックヒータ10は、電極14,16を内蔵するセラミック製の円板12と円板12を支持するセラミック製で円筒状のシャフト20とを備える。セラミックヒータ10は、接合界面を有さないものである。円板12の下面12bは、シャフト内側領域A1とシャフト外側領域A2とを有する。シャフト内側領域A1は、シャフト外側領域A2よりも一段凹んだ形状になっており、電極を露出させる電極露出穴14a,16aを有する。

概要

背景

従来、電極を内蔵するセラミック製の円板と、その円板を支持するセラミック製のシャフトとを備えたセラミックヒータなどの半導体製造装置用部材が知られている。こうした半導体製造装置用部材を製造するにあたっては、例えば特許文献1に記載されているように、円板とシャフトとをそれぞれ別々に焼成して作製したあと、両者を接触させた状態で熱処理を行い接合したものが知られている。しかしながら、一旦焼成した円板やシャフトを接合する熱処理を行うと、熱履歴が2回掛かるため、焼結粒子成長してしまい、円板やシャフトの強度が弱くなったり、まれに接合界面の剥離が起きたりするという問題があった。一方、特許文献2の半導体製造装置用部材は、円板と中実のシャフトとを一体的に成形したあと焼成している。これによれば、熱履歴が1回であり焼結粒子が成長しにくいことから強度が高くなり、接合界面の剥離も防止できる。

概要

剥離のおそれがなく、強度が高く、製造するのが比較的容易な半導体製造装置用部材を提供する。セラミックヒータ10は、電極14,16を内蔵するセラミック製の円板12と円板12を支持するセラミック製で円筒状のシャフト20とを備える。セラミックヒータ10は、接合界面を有さないものである。円板12の下面12bは、シャフト内側領域A1とシャフト外側領域A2とを有する。シャフト内側領域A1は、シャフト外側領域A2よりも一段凹んだ形状になっており、電極を露出させる電極露出穴14a,16aを有する。

目的

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、剥離のおそれがなく、強度が高く、製造するのが比較的容易な半導体製造装置用部材を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

電極を内蔵するセラミック製の円板と前記円板を支持するセラミック製で円筒状のシャフトとを備えた半導体製造装置用部材であって、前記半導体製造装置用部材は、接合界面を有さないものであり、前記円板のうち前記シャフトが一体化されている面は、シャフト内側領域とシャフト外側領域とを有し、前記シャフト内側領域は、前記シャフト外側領域よりも一段凹んだ形状になっており、前記電極を露出させる電極露出穴を有する、半導体製造装置用部材。

請求項2

前記シャフトの内部空間のうち、前記円板のシャフト内側領域を基準とする所定高さの位置から前記円板のシャフト内側領域までの第1空間は、前記所定高さの位置から前記円板のシャフト内側領域に向かって拡径する円錐台形状になっている、請求項1に記載の半導体製造装置用部材。

請求項3

前記シャフトの内部空間のうち、前記所定高さの位置から前記シャフトの開口部までの第2空間は、前記所定高さの位置から前記シャフトの開口部に向かって拡径する円錐台形状になっている、請求項2に記載の半導体製造装置用部材。

請求項4

前記円板は、前記円板の側面に開口し前記円板の板面方向に沿って設けられたガス通路を有し、前記シャフトは、上下方向に延びて前記ガス通路にガスを供給するガス供給路を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体製造装置用部材。

請求項5

前記シャフトの外面と前記円板のうち前記シャフトが一体化されている面との境界部は、R面又はテーパ面である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体製造装置用部材。

請求項6

請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体製造装置用部材を製造するのに用いられる成形型であって、前記円板のうちシャフト側の円環層を形成するための空間である円環層成形空間と、前記円環層成形空間に連通し、前記シャフトを形成するための空間であるシャフト成形空間と、を備えた成形型。

請求項7

前記円環層成形空間は、一対の円環面と該一対の円環面に連なる外周面とで囲まれ、前記一対の円環面のうち前記シャフト成形空間側の円環面は、前記シャフト成形空間側に窪んだ凹面であり、前記一対の円環面のうち前記シャフト成形空間とは反対側の円環面は、前記シャフト成形空間側に膨らんだ凸面である、請求項6に記載の成形型。

請求項8

前記凹面及び前記凸面は、中心位置とその中心位置から半径外向きに150mm離れた位置との高低差dが0.7mm以上2.6mm以下である、請求項7に記載の成形型。

請求項9

前記凹面及び前記凸面の傾斜角度θは、0.25°≦θ≦1°である、請求項7又は8に記載の成形型。

請求項10

(a)請求項6〜9のいずれか1項に記載の成形型を用いて、前記円環層成形空間によって成形される未焼成円環層と前記シャフト成形空間によって成形される未焼成シャフトとがつなぎ目のない状態で一体化された基礎成形体を、モールドキャスト法により作製する工程と、(b)前記基礎成形体の前記未焼成円環層の上面に、電極又はその前駆体を備えた円板成形体を積層して最終成形体を得る工程と、(c)前記最終成形体を仮焼したあと、円板側が下になるように水平支持面に載置した状態で焼成することにより、接合界面を有さない半導体製造装置用部材を得る工程と、を含む半導体製造装置用部材の製法

請求項11

前記工程(b)では、前記円板成形体として、前記円板成形体の側面に開口するガス通路を備えたものを用いる、請求項10に記載の半導体製造装置用部材の製法。

技術分野

0001

本発明は、半導体製造装置用部材、その製法及び成形型に関する。

背景技術

0002

従来、電極を内蔵するセラミック製の円板と、その円板を支持するセラミック製のシャフトとを備えたセラミックヒータなどの半導体製造装置用部材が知られている。こうした半導体製造装置用部材を製造するにあたっては、例えば特許文献1に記載されているように、円板とシャフトとをそれぞれ別々に焼成して作製したあと、両者を接触させた状態で熱処理を行い接合したものが知られている。しかしながら、一旦焼成した円板やシャフトを接合する熱処理を行うと、熱履歴が2回掛かるため、焼結粒子成長してしまい、円板やシャフトの強度が弱くなったり、まれに接合界面の剥離が起きたりするという問題があった。一方、特許文献2の半導体製造装置用部材は、円板と中実のシャフトとを一体的に成形したあと焼成している。これによれば、熱履歴が1回であり焼結粒子が成長しにくいことから強度が高くなり、接合界面の剥離も防止できる。

先行技術

0003

特開2006−232576号公報
特開平10−242252号公報(段落0008,図3

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、特許文献2の半導体製造装置用部材では、電極へ電力を供給する給電部材を中実のシャフトに配置するのが困難であった。また、仮に中空のシャフトを使用したとしても、給電部材を配置するには円板に比較的深い穴を設ける必要があり、容易に製造し難いという問題があった

0005

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、剥離のおそれがなく、強度が高く、製造するのが比較的容易な半導体製造装置用部材を提供することを主目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明の半導体製造装置用部材は、
電極を内蔵するセラミック製の円板と前記円板を支持するセラミック製で円筒状のシャフトとを備えた半導体製造装置用部材であって、
前記半導体製造装置用部材は、接合界面を有さないものであり、
前記円板のうち前記シャフトが一体化されている面は、シャフト内側領域とシャフト外側領域とを有し、
前記シャフト内側領域は、前記シャフト外側領域よりも一段凹んだ形状になっており、前記電極を露出させる電極露出穴を有する、
ものである。

0007

この半導体製造装置用部材は、接合界面を有さないため、接合界面の剥離が起きることはない。また、こうした半導体製造装置用部材は、円板とシャフトとの一体成形体を1度だけの焼成で(1回の熱履歴で)作製することができるため、円板やシャフトに2回熱履歴が掛かる場合に比べて焼結粒子の成長を抑えることができ、ひいては強度を高くすることができる。更に、円板のうちシャフト内側領域はシャフト外側領域よりも一段凹んだ形状になっているため、シャフト内側領域の電極露出穴の深さは浅い。そのため、深さの深い電極露出穴に比べて、容易に電極露出穴を開けることができる。

0008

本発明の半導体製造装置用部材において、前記シャフトの内部空間のうち、前記円板のシャフト内側領域を基準とする所定高さの位置から前記円板のシャフト内側領域までの第1空間は、前記所定高さの位置から前記円板のシャフト内側領域に向かって拡径する円錐台形状になっていてもよい。半導体製造装置用部材の製法として、半導体製造装置用部材を作製するための2つの成形体(未焼成シャフト及び未焼成円環層が一体化された基礎成形体と、電極を有する円板成形体)を一体化して焼成する方法が考えられる。その方法を採用する場合、基礎成形体は第1空間に対応する空間を備えるが、その空間を成形型の第1芯棒を用いて形成する際に、基礎成形体を成形したあと第1芯棒をスムーズに抜くことができる。ここで、前記シャフトの内部空間のうち、前記所定高さの位置から前記シャフトの開口部までの第2空間は、前記所定高さの位置から前記シャフトの開口部に向かって拡径する円錐台形状になっていてもよい。上述した製法において基礎成形体は第2空間に対応する空間も備えるが、その空間を成形型の第2芯棒を用いて形成する際に、基礎成形体を成形したあと第2芯棒をスムーズに抜くことができる。

0009

本発明の半導体製造装置用部材において、前記電極は、ヒータ電極RF電極及び静電電極の少なくとも1つとしてもよい。こうした電極は、円板の板面と平行になっていることが好ましい。

0010

本発明の半導体製造装置用部材において、前記円板は、前記円板の側面に開口し前記円板の板面方向に沿って設けられたガス通路を有し、前記シャフトは、上下方向に延びて前記ガス通路にガスを供給するガス供給路を有していてもよい。ガス供給路を介してガス通路の開口から円板の側面にガスを噴出させることにより、円板の下面に堆積物が付着するのを防止することができる。

0011

本発明の半導体製造装置用部材において、前記シャフトの外面と前記円板のうち前記シャフトが一体化されている面との境界部は、R面又はテーパ面であってもよい。こうすれば、境界部に加わる応力緩和することができる。

0012

本発明の成形型は、
上述した半導体製造装置用部材を製造するのに用いられる成形型であって、
前記円板のうちシャフト側の円環層を形成するための空間である円環層成形空間と、
前記円環層成形空間に連通し、前記シャフトを形成するための空間であるシャフト成形空間と、
を備えたものである。

0013

この成形型では、円環層成形空間とシャフト成形空間とが連通している。そのため、セラミック原料粉末モールド化剤とを含むセラミックスラリーを成形型内に注入すると、セラミックスラリーは円環層成形空間とシャフト成形空間の両方に充填される。その後、成形型内でモールド化剤を化学反応させてセラミックスラリーをモールド化させると、円環層成形空間によって成形される未焼成円環層とシャフト成形空間によって成形される未焼成シャフトとがつなぎ目のない状態で一体化された基礎成形体を得ることができる。その基礎成形体の未焼成円環層に、例えば電極(あるいは電極前駆体)を含む円板成形体を積層して積層成形体とし、その積層成形体を焼成すれば、1度の焼成により半導体製造装置用部材が得られる。

0014

本発明の成形型において、円環層成形空間とシャフト成形空間との境界部は、R面又はテーパ面であってもよい。

0015

本発明の成形型において、前記円環層成形空間は、一対の円環面と該一対の円環面に連なる外周面とで囲まれ、前記一対の円環面のうち前記シャフト成形空間側の円環面は、前記シャフト成形空間側に窪んだ凹面であり、前記一対の円環面のうち前記シャフト成形空間とは反対側の円環面は、前記シャフト成形空間側に膨らんだ凸面であってもよい。こうすれば、未焼成円環層と未焼成シャフトとがつなぎ目のない状態で一体化された基礎成形体を、未焼成シャフトが下、未焼成円環層が上を向く姿勢で支持したとき、未焼成円環層は中心部に比べて外周縁が反り上がった形状になる。この基礎成形体を焼成する場合、未焼成シャフトが上、未焼成円環層が下を向く姿勢で支持して焼成すれば、焼成後の円環層はほぼフラットな平面になる。前記凹面及び前記凸面は、中心位置とその中心位置から半径外方向に150mm離れた位置との高低差dが0.7mm以上2.6mm以下であること、あるいは、前記凹面及び前記凸面の傾斜角度θは0.25°≦θ≦1°であることが好ましい。こうすれば、焼成後の円環層はよりフラットな平面になる。なお、基礎成形体の未焼成円板下層に更に電極(あるいは電極前駆体)や円板成形体を積層してから焼成する場合もあるが、その場合、焼成後の円板下層、電極及び円板がフラットな平面になる。

0016

本発明の半導体製造装置用部材の製法は、
(a)上述した成形型を用いて、前記円環層成形空間によって成形される未焼成円環層と前記シャフト成形空間によって成形される未焼成シャフトとがつなぎ目のない状態で一体化された基礎成形体を、モールドキャスト法により作製する工程と、
(b)前記未焼成円環層の上面に、電極又はその前駆体を備えた円板成形体を積層して最終成形体を得る工程と、
(c)前記最終成形体を仮焼したあと円板側が下になるように水平支持面に載置した状態で焼成することにより、接合界面を有さない焼成体を得る工程と、
(d)前記焼成体の円板のうちシャフトが一体化されている面のシャフト内側領域に前記電極を露出させる電極露出穴を開けることにより、半導体製造装置用部材を得る工程と、
を含むものである。

0017

この半導体製造装置用部材の製法によれば、円板とシャフトとが接合界面のない状態で一体化された半導体製造装置用部材を得ることができる。こうした半導体製造装置用部材は、最終成形体を1度だけ焼成して(1回の熱履歴で)作製することができるため、円板やシャフトを2度焼成する場合に比べて焼結粒子の成長を抑えることができ、ひいては強度を高くすることができる。更に、円板のうちシャフト内側領域はシャフト外側領域よりも一段凹んだ形状になっているため、シャフト内側領域の電極露出穴の深さは浅い。そのため、深さの深い電極露出穴に比べて、容易に電極露出穴を開けることができる。

0018

ここで、「モールドキャスト法」とは、セラミック原料粉末とモールド化剤とを含むセラミックスラリーを成形型内に注入し、その成形型内でモールド化剤を化学反応させてセラミックスラリーをモールド化させることにより成形体を得る方法をいう。モールド化剤としては、例えば、イソシアネート及びポリオールを含み、ウレタン反応によりモールド化するものとしてもよい。「電極の前駆体」とは、焼成することにより電極となるものをいい、例えば電極ペーストを電極の形状に塗布又は印刷した層などをいう。

0019

本発明の半導体製造装置用部材の製法において、成形型として、円環層成形空間をなす一対の円環面が上述した凹面と凸面のものを用いた場合、未焼成円環層と未焼成シャフトとがつなぎ目のない状態で一体化された基礎成形体を未焼成シャフトが下、未焼成円環層が上を向く姿勢で支持したとき、未焼成円環層は中心部に比べて外周縁が反り上がった形状になる。焼成工程で、最終成形体を未焼成シャフトが上になるように支持して焼成すれば、焼成後の円板はほぼフラットな平面になる。また、モールドキャスト法では、成形型内でモールド化剤が化学反応したときにガスが発生することがあるが、そのガスは凹面に沿って外部へ排出されやすい。そのため、基礎成形体に気泡はほとんど残らない。特に、凹面及び凸面のそれぞれの高低差dを0.7mm以上2.6mm以下にした場合、あるいは、傾斜角度θを0.25°≦θ≦1°にした場合、焼成後の円板はよりフラットな平面になるため好ましい。

0020

本発明の半導体製造装置用部材の製法において、前記工程(b)では、前記円板成形体として、前記円板成形体の側面に開口するガス通路を備えたものを用いてもよい。こうすれば、円板の側面に開口し円板の板面方向に沿って設けられたガス通路を有する半導体製造装置用部材を得ることができる。

0021

本発明の半導体製造装置用部材の製法において、前記工程(c)では、仮焼したあとの前記最終成形体の前記未焼成円板にを載せた状態で焼成してもよい。こうすれば、焼成後に得られるセラミックヒータの円板はよりフラットになると共に変形がより抑制される。

図面の簡単な説明

0022

セラミックヒータ10の斜視図。
図1のA−A断面図(縦断面図)。
基礎成形体30の縦断面図。
成形型40の縦断面図。
最終成形体70を作製するまでの成形工程図。
仮焼体74を焼成してセラミックヒータ80を得る焼成工程図。
セラミックヒータ110の斜視図。
図7のB−B断面図。
セラミックヒータ180の製造工程図。
セラミックヒータ10の変形例の縦断面図。
セラミックヒータ10の変形例の縦断面図。
セラミックヒータ10の変形例の縦断面図。
セラミックヒータ10の変形例の縦断面図。

0023

本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。図1はセラミックヒータ10の斜視図、図2図1のA−A断面図である。なお、本実施形態の説明において「上」「下」を用いるが、これは絶対的な位置関係ではなく相対的な位置関係を示すものであり、物品の向きが変われば「上」「下」が「左」「右」になったり「前」「後」になったり「下」「上」になったりする。

0024

セラミックヒータ10は、図1に示すように、半導体製造装置用部材の一種であり、セラミック製の円板12と、同じくセラミック製の円筒状のシャフト20とを備えている。セラミックヒータ10は、接合界面を有していない。すなわち、円板12にもシャフト20にも円板12とシャフト20との境界にも、接合界面を有していない。

0025

円板12は、図2に示すように、ヒータ電極14及びRF電極16を内蔵している。円板12の上面には、ウエハ載置面12aが設けられている。ウエハ載置面12aには、プラズマ処理を施すシリコン製のウエハWが載置される。円板12の下面12bには、シャフト20が接合界面のない状態で一体化されている。円板12の下面12bは、シャフト内側領域A1とシャフト外側領域A2とを有し、シャフト内側領域A1は、シャフト外側領域A2よりも一段凹んだ形状になっている。ヒータ電極14及びRF電極16は、ウエハ載置面12aとほぼ平行になっている。ヒータ電極14は、例えば導電性コイルを円板12の全面にわたって一筆書き要領配線したものである。このヒータ電極14の両端のそれぞれは、シャフト内側領域A1に設けられた電極露出穴14aによってシャフト20の内部空間に露出している。ヒータ電極14の両端のそれぞれは、電極露出穴14aを介して給電棒(図示せず)が接続されている。ヒータ電極14は、給電棒を介してヒータ電極14の両端に電圧印加されることにより発熱する。RF電極16は、円板12よりもや小径円形薄層電極であり、例えば細い金属線を網状に編み込んでシート状にしたメッシュで形成されている。このRF電極16は、円板12のうちヒータ電極14とウエハ載置面12aとの間に埋設されている。RF電極16は、シャフト内側領域A1に設けられた電極露出穴16aによってシャフト20の内部空間に露出している。RF電極16は、電極露出穴16aを介して給電棒(図示せず)が接続されており、その給電棒を介して交流高周波電圧が印加されるようになっている。なお、ヒータ電極14やRF電極16の材質は、製造時に円板12にクラックが発生するのを防止することを考慮すると、円板12に用いるセラミック材料熱膨張係数が近いものが好ましい。

0026

シャフト20は、円板12の下面12bに接合界面のない状態で一体化されており、円板12を支持している。シャフト20の内部空間Sのうち、円板12のシャフト内側領域A1を基準とする所定高さの位置20pから円板12のシャフト内側領域A1までの第1空間S1は、所定高さの位置20pからシャフト内側領域A1に向かって徐々に拡径する円錐台形状になっている。また、シャフト20の内部空間Sのうち、所定高さの位置20pからシャフト20の開口部20bまでの第2空間S2は、所定高さの位置20pから開口部20bに向かって徐々に拡径する円錐台形状になっている。セラミックヒータ10のうち第1空間S1を取り囲む周壁の壁面10aは、テーパ面になっており、シャフト20の外面と円板12の下面12bとの境界面10bも、テーパ面になっており、2つのテーパ面は略平行になっている。

0027

次に、セラミックヒータ10の使用例について説明する。図示しないチャンバ内にセラミックヒータ10を配置し、ウエハ載置面12aにウエハWを載置する。そして、RF電極16に交流高周波電圧を印加することにより、チャンバ内の上方に設置された図示しない対向水平電極と円板12に埋設されたRF電極16とからなる平行平板電極間プラズマを発生させ、そのプラズマを利用してウエハにCV成膜を施したりエッチングを施したりする。また、図示しない熱電対検出信号に基づいてウエハの温度を求め、その温度が設定温度(例えば550℃とか650℃)になるようにヒータ電極14へ印加する電圧を制御する。

0028

次に、セラミックヒータ10の製造例について説明する。図3は基礎成形体30の縦断面図、図4は成形型40の縦断面図、図5は最終成形体70を作製するまでの成形工程図、図6は仮焼体74を焼成してセラミックヒータ80を得る焼成工程図である。

0029

1.成形工程
まず、セラミックヒータ10を製造するのに用いられる基礎成形体30を作製する。基礎成形体30は、図3に示すように、未焼成円環層32と未焼成シャフト34とがつなぎ目のない状態で一体に成形されたものである。未焼成円環層32は、円板12のうち下面12bのシャフト内側領域A1を含む面よりもシャフト側の円環層12c(図2参照)に対応する成形体であり、未焼成シャフト34は、シャフト20に対応する成形体である。未焼成円環層32は、中心部に比べて外周縁が反り上がった形状になっている。具体的には、未焼成円環層32の表面32a(上面)は未焼成シャフト34に向かって円錐台状に窪んだ凹面となっており、表面32b(下面)は未焼成シャフト34に向かって膨出した凸面となっている。2つの表面32a,32bは、平行になっている。未焼成円環層32の表面32a,32bのそれぞれにおいて、中心位置とその中心位置から半径外方向に150mm離れた位置との高低差dが0.7mm以上2.6mm以下であること、あるいは、中心部と外周縁とを結んだ線分が水平面となす傾斜角度θが0.25°以上1°以下の範囲内の所定角度となっていることが好ましい。未焼成円環層32の表面32aには、後述する未焼成の円板成形体50が有機系接着剤により接着される。

0030

基礎成形体30は、中心軸に沿って上下方向に貫通する貫通孔36を有する。貫通孔36は、セラミックヒータ10の内部空間Sに対応するものである。貫通孔36のうち中途位置36cから未焼成円環層側の開口部36aまでの部分は、中途位置36cから開口部36aに向かって徐々に拡径する第1テーパ孔361であり、中途位置36cから未焼成シャフト側の開口部36bまでの部分は、中途位置36cから開口部36bに向かって徐々に拡径する第2テーパ孔362である。基礎成形体30の第1及び第2テーパ孔361,362は、それぞれセラミックヒータ10の第1及び第2空間S1,S2に対応する。また、中途位置36cは、セラミックヒータ10の位置20pに対応する。基礎成形体30のうち第1テーパ孔361を取り囲む周壁の壁面30aは、テーパ面になっており、未焼成シャフト34の外面と未焼成円環層32の表面32bとの境界面30bも、テーパ面になっており、2つのテーパ面は略平行になっている。壁面30aはセラミックヒータ10の壁面10aに対応し、境界面30bはセラミックヒータ10の境界面10bに対応する。

0031

基礎成形体30を作製するには、基礎成形体30を成形するための成形型40を用意する。成形型40は、図4に示すように、大円板部41と、本体部42と、小円板部43と、第1芯棒44と、第2芯棒45とで構成されている。成形型40の内部空間46は、基礎成形体30と同形状の空間であり、円環層成形空間47とシャフト成形空間48とで構成されている。大円板部41と本体部42と小円板部43とは、基礎成形体30の外表面を形取る。大円板部41は、未焼成円環層32の表面32aを形取る部分であり、中央に貫通孔41aを有する。本体部42は、主として基礎成形体30の外周面、表面32bや未焼成シャフト34の側面を形取る部分であり、左右1対分割体421,422に分割可能である。小円板部43は、基礎成形体30の未焼成シャフト34の端面を形取る部分である。第1芯棒44は、大円板部41の貫通孔41aに挿入される円柱部材であり、成形型40の内部に配置される端面44aの外周縁はテーパ面44bになるように面取りされている。テーパ面44bは、基礎成形体30の壁面30aを形成する。第2芯棒45は、本体部42の内部空間に本体部42の中心軸に沿って挿入される円柱部材であり、一方の端面45aは第1芯棒44の端面44aに当接し、他方の端面45bは小円板部43に当接する。第2芯棒45の側面は、一方の端面45aから他方の端面45bに向かって徐々に拡径するテーパ面45cとなっている。テーパ面45cは、基礎成形体30の第2テーパ孔362を取り囲む壁面を形成する。また、第1芯棒44と第2芯棒45との当接面の位置は、基礎成形体30の中途位置36cに対応する。

0032

また、円環層成形空間47は、未焼成円環層32を成形するための空間である。この円環層成形空間47は、一対の円環面47a,47bと該一対の円環面47a,47bに連なる外周面47cと第1芯棒44のテーパ面44bとで囲まれた空間である。一対の円環面47a,47bのうち、シャフト成形空間48と反対側の円環面47aは、シャフト成形空間側に膨らんだ凸面であり、シャフト成形空間側の円環面47bは、シャフト成形空間側に窪んだ凹面である。円環面47a,47bはそれぞれ基礎成形体30の表面32a,32bを形成する。円環面47a,47bは、その中心位置とその中心位置から半径外方向に150mm離れた位置との高低差dが0.7mm以上2.6mm以下であることが好ましい。また、円環面47a,47bの傾斜角度θは0.25°≦θ≦1°であることが好ましい。以下の表1に傾斜角度θと高低差dとの関係の一例を示す。成形型40において、スラリーの注入口40aは円環層成形空間47の外周面に設けられ、排出口40bは小円板43に設けられている。

0033

0034

この成形型40を、図5(a)に示すように、セラミックスラリーを成形型40の注入口40aから注入して排出口40bから空気を排出しつつ内部空間46の全体に充填し、そのスラリーを硬化させることにより基礎成形体30を得る。具体的な手順は以下の通りである。

0035

セラミック粉体に、分散媒及び分散剤を加えて混合して、セラミックスラリー前駆体を作製する。セラミック粉体として使用されるセラミック材料は、酸化物系セラミックでもよいし、非酸化物系セラミックでもよい。例えば、アルミナイットリア、チッ化アルミチッ化ケイ素炭化ケイ素サマリア、マグネシア、フッ化マグネシウム酸化イッテルビウム等が使用され得る。これらの材料は、1種類単独で、或いは2種以上を組み合わせて使用され得る。また、スラリーを調整・作製可能な限りにおいて、セラミック材料の粒子径は特に限定されない。分散媒としては、分散剤、イソシアネート、ポリオール及び触媒を溶解するものであれば、特に限定されない。例えば、炭化水素分散媒トルエンキシレンソルベントナフサ等)、エーテル分散媒(エチレングリコールモノエチルエーテルブチルカルビトールブチルカルビトールアセテート等)、アルコール分散媒(イソプロパノール、1−ブタノールエタノール、2−エチルヘキサノールテルピネオールエチレングリコールグリセリン等)、ケトン分散媒(アセトンメチルエチルケトン等)、エステル酢酸ブチルグルタル酸ジメチルトリアセチン等)、多塩基酸分散媒(グルタル酸等)を例示することができる。特に、多塩基酸エステル(例えば、グルタル酸ジメチル等)、多価アルコールの酸エステル(例えば、トリアセチン等)等の、2以上のエステル結合を有する溶剤を使用することが好ましい。分散剤としては、例えば、セラミック粉体を分散媒中に均一に分散するものであれば、特に限定されない。例えば、ポリカルボン酸系共重合体ポリカルボン酸塩ソルビタン脂肪酸エステルポリグリセリン脂肪酸エステルリン酸エステル塩系共重合体スルホン酸塩系共重合体、3級アミンを有するポリウレタンポリエステル系共重合体等を例示することができる。特に、ポリカルボン酸系共重合体、ポリカルボン酸塩等を使用することが好ましい。この分散剤を添加することで、成形前のスラリーを、低粘度とし、且つ高い流動性を有するものとすることができる。このように、セラミック粉体に、分散媒、及び分散剤が所定の割合で添加され、所定時間に亘ってこれらを混合・解砕して、セラミックスラリー前駆体が作製される。

0036

続いて、セラミックスラリー前駆体に、モールド化剤(イソシアネート及びポリオール)と、触媒とが添加され、これらを混合・真空脱泡して、セラミックスラリーを作製する。イソシアネートとしては、イソシアネート基官能基として有する物質であれば特に限定されないが、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネートMDI)、或いは、これらの変性体等が使用され得る。なお、分子内において、イソシアネート基以外の反応性官能基が含有されていてもよく、更には、ポリイソシアネートのように、反応官能基が多数含有されていてもよい。ポリオールとしては、イソシアネート基と反応し得る官能基、例えば、水酸基アミノ基等を有する物質であれば特に限定されないが、例えば、エチレングリコール(EG)、ポリエチレングリコール(PEG)、プロピレングリコールPG)、ポリプロピレングリコール(PPG)、ポリテトラメチレングリコール(PTMG)、ポリヘキサメチレングリコール(PHMG)、ポリビニルブチラールPVB)等が使用され得る。触媒としては、ウレタン反応を促進させる物質であれば特に限定されないが、例えば、トリエチレンジアミンヘキサンジアミン、6−ジメチルアミノ1−ヘキサノール、1,5−ジアザシクロ(4.3.0)ノネンー5、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、(ジメチルベンジルアミン)、ヘキサメチルテトラエチレンテトラミン等が使用され得る。セラミックスラリーを成形型40の注入口40aから流し込んで円環層成形空間47とシャフト成形空間48に充填する。その後、イソシアネート及びポリオールによる化学反応(ウレタン反応)により有機バインダとしてのウレタン樹脂を生成させ、さらに隣接するウレタン樹脂の分子間において、同分子中にそれぞれ生成されているウレタン基(−O−CO−NH−)同士を連結するように架橋させることにより、セラミックスラリーを硬化させる。ウレタン樹脂は有機バインダとして機能する。これにより、成形型40の内部に基礎成形体30が作製される。

0037

なお、セラミックスラリー前駆体やセラミックスラリーを作製する際の混合方法は、特に限定されるものではなく、例えばボールミル自公転式撹拌振動式撹拌、プロペラ式撹拌、スタティックミキサー等を例示できる。基礎成形体30の大きさは、セラミックヒータ10の大きさと焼成時の収縮率とを考慮して決定する。また、成形型40内でモールド化剤が化学反応したときにガスが発生することがあるが、そのガスは傾斜角度θの円環面47a,47b(図4参照)に沿って外部へ排出されやすい。そのため、基礎成形体30に気泡は残らない。

0038

続いて、成形型40の小円板部43を取り外し、本体部42の左右1対の分割体421,422を取り外し、基礎成形体30を露出させる(図5(b)参照)。更に、第1芯棒44を大円板部41の貫通孔41a及び基礎成形体30の第1テーパ孔361から下方へ引き抜き、第2芯棒45を基礎成形体30の第2テーパ孔362から上方へ引き抜く。このとき、第1芯棒44はテーパ面44bを備えているため、基礎成形体30の第1テーパ孔361から容易に引き抜くことができる。また、第2芯棒45もテーパ面45cを備えているため、基礎成形体30の第2テーパ孔362から容易に引き抜くことができる。このようにして、基礎成形体30を成形型40から取り出す(図5(c)参照)。

0039

一方、別途、円板成形体50を成形するための成形型60を用意する。円板成形体50は、図5(i)に示すように、ヒータ電極14及びRF電極16を内蔵し、繋ぎ目のない状態で一体に成形されたものである。円板成形体50の全体形状は、中心部に比べて外周縁が反り上がった形状になっている。円板成形体50の表面50a(上面)と表面50b(下面)は、基礎成形体30の表面32aと平行になっている。

0040

成形型60は、図5(d)に示すように、第1上型61と下型64とで構成されている。両型61,64の間には、中心部に比べて外周縁が反り上がった形状の未焼成円板下層51を形成するための空間が設けられている。下型64はコップ形状の型であり、底面は、中心が窪んだ凹面である。この凹面は、円板成形体50の表面50bの形状と一致している。第1上型61の下面は、ヒータ電極14を嵌め込むためのヒータ電極用溝51aを未焼成円板下層51に形成可能な形状となっている。両型61,64の間の空間に先ほどと同様のセラミックスラリーを充填し、化学反応により硬化させることにより未焼成円板下層51を成形する。

0041

続いて、第1上型61を取り外し、未焼成円板下層51の上面を露出させ、ヒータ電極用溝51aにコイル状のヒータ電極14を嵌め込む(図5(e)参照)。続いて、下型64に第2上型62を取り付け、未焼成円板下層51の上方に空間を形成し、この空間に先ほどと同様のセラミックスラリーを充填し、化学反応により硬化させることにより未焼成円板中層52を成形する(図5(f)参照)。未焼成円板中層52の上面には、円形のRF電極用溝52aが形成される。続いて、第2上型62を取り外し、未焼成円板中層52の上面を露出させ、RF電極用溝52aにメッシュ状のRF電極16を嵌め込む(図5(g)参照)。続いて、下型64に第3上型63を取り付け、未焼成円板中層52の上方に空間を形成し、この空間に先ほどと同様のセラミックスラリーを充填し、化学反応により硬化させることにより未焼成円板上層53を成形する(図5(h)参照)。これにより、円板成形体50が成形される。続いて、第3上型63を取り外し、下型64から円板成形体50を取り出す(図5(i)参照)。そして、基礎成形体30の表面32aに有機系接着剤72を塗布し、その上に円板成形体50の表面50bが当接するように円板成形体50を載せて、基礎成形体30と円板成形体50とを一体化する。こうすることにより、最終成形体70を得る(図5(j)参照)。最終成形体70のうち、円板成形体50と基礎成形体30の未焼成円環層32とを未焼成円板54と称する。未焼成円板54は、セラミックヒータ10の円板12に対応する部材である。最終成形体70は、未焼成円板54と未焼成シャフト34とが一体化されたものである。最終成形体70の未焼成円板54は、中心部に比べて外周縁が反り上がった形状であり、その中心位置とその中心位置から半径外方向に150mm離れた位置との高低差dは0.7mm以上2.6mm以下であることが好ましい。また、傾斜角度θは0.25°以上1°以下であることが好ましい。

0042

2.乾燥・脱脂・仮焼工程
(1)乾燥
最終成形体70に含まれる分散媒を蒸発させる。使用する分散媒種により乾燥温度や乾燥時間は適宜設定すればよい。ただし、乾燥温度が高すぎるとクラックの原因となるため好ましくない。また、雰囲気大気不活性雰囲気真空水素雰囲気のいずれでもよい。
(2)脱脂
分散媒を蒸発させたあとの最終成形体70に含まれる有機系接着剤、バインダ、分散剤及び触媒を分解させる。分解温度としては、例えば400〜600℃、雰囲気は大気、不活性雰囲気、真空、水素雰囲気のいずれでもよいが、電極を埋設する場合や非酸化物系セラミックを使用する場合は不活性雰囲気か真空のいずれかとする。
(3)仮焼
脱脂したあとの最終成形体70を750〜1300℃で熱処理(仮焼)を行うことにより仮焼体74(図6(a)参照)を得る。仮焼するのは、強度を高くしてハンドリングしやすくするためである。雰囲気は大気、不活性雰囲気、真空、水素雰囲気のいずれでもよいが、電極を埋設する場合や非酸化物系セラミックを使用する場合は不活性雰囲気か真空のいずれかとする。仮焼体74は、最終成形体70と同様の形状である。なお、乾燥後、脱脂と仮焼を一度に行ってもよい。

0043

3.焼成工程
仮焼体74を円板が下、シャフトが上になるように配置した状態で、仮焼体74を焼成してセラミックヒータ80を得る。焼成時の最高温度粉末の種類、粉末の粒子径により適宜設定するが、1000〜2000℃の範囲に設定することが好ましい。仮焼体74のうち中心部に比べて外周縁が反り上がった形状の円板部分は焼成によってほぼフラットになる。雰囲気は大気、不活性雰囲気、真空のいずれでもよい。また、焼成時の変形をより抑制し円板部分をよりフラットにするため、図6(a)のように、フラットな水平支持板76(例えばBN材からなる板)に、仮焼体74の円板部分を下、シャフト部分を上にして載せ、ドーナツ状の錘78を円板部分に載せて荷重を加えた状態で常圧焼成するのが好ましい。こうすることにより、接合界面をもたないセラミックヒータ80が得られる(図6(b)参照)。錘78の重さが重すぎると、加重されている円板部分とフリーのシャフト部分との間に収縮差が生じて割れるおそれがある。そのため、5〜10kgの範囲で適宜設定するのが好ましい。錘78は、装着や脱着を考慮すると、直径に沿って2つ以上に分割可能な形状になっていることが好ましい。

0044

4.穴開け工程
セラミックヒータ80のシャフト内側領域の所定位置ドリルなどを用いて電極露出穴14a,16aを設ける。また、シャフト20の開口部20bの周囲に設けられたフランジの形状を研削して整える。これにより、セラミックヒータ10が完成する。

0045

以上詳述した本実施形態のセラミックヒータ10は、接合界面を有さないため、接合界面の剥離が起きることはない。また、セラミックヒータ10は、円板とシャフトとが一体になった最終成形体70を1度だけの焼成で(1回の熱履歴で)作製することができるため、2回熱履歴が掛かる場合に比べて焼結粒子の成長を抑えることができ、ひいては強度を高くすることができる。更に、円板12の下面12bのうちシャフト内側領域A1はシャフト外側領域A2よりも一段凹んだ形状になっているため、シャフト内側領域A1の電極露出穴14a,16aの深さは浅い。そのため、電極露出穴は14a,16aは、深さの深い電極露出穴に比べて、容易に開けることができる。

0046

また、シャフト20の内部空間Sのうち第1空間S1は、円板12のシャフト内側領域A1を基準とする所定高さの位置20pから円板12のシャフト内側領域A1に向かって拡径する円錐台形状になっている。こうすれば、上述した製法によってセラミックヒータ10を製造するにあたり、基礎成形体30は開口部36aに向かって拡径している第1テーパ孔361を有することになる。そのため、成形型40で基礎成形体30を成形したあと、第1テーパ孔361からスムーズに第1芯棒44を抜くことができる。

0047

更に、シャフト20の内部空間Sのうち第2空間S2は、所定高さの位置20pからシャフト20の開口部20bに向かって拡径する円錐台形状になっている。こうすれば、上述した製法によってセラミックヒータ10を製造するにあたり、基礎成形体30は開口部36bに向かって拡径している第2テーパ孔362を有することになる。そのため、成形型40で基礎成形体30を成形したあと、第2テーパ孔362からスムーズに第2芯棒45を抜くことができる。

0048

更にまた、シャフト20の外面と円板12の下面12bとの境界面10bは、テーパ面であるため、境界面10bに加わる応力を緩和することができる。

0049

そしてまた、成形型40は、円環層成形空間47とシャフト成形空間48とが連通している。そのため、セラミックスラリーを成形型40内に注入し、成形型40内でモールド化剤を化学反応させてスラリーをモールド化させることにより、未焼成円環層32と未焼成シャフト34とがつなぎ目のない状態で一体化された基礎成形体30を得ることができる。この基礎成形体30の未焼成円環層32に円板成形体50を積層して最終成形体70としてから仮焼、焼成するため、1度の焼成によりセラミックヒータ10が得られる。

0050

そして更に、上述したセラミックヒータ10の製法によれば、接合界面を有さないセラミックヒータ10を容易に得ることができる。特に、成形型40として、円環層成形空間47をなす一対の円環面47a,47bが上述したように凹面と凸面である。そのため、未焼成円環層32と未焼成シャフト34とがつなぎ目のない状態で一体化された基礎成形体30を未焼成シャフト34が下、未焼成円環層32が上を向く姿勢で支持したとき、未焼成円環層32は中心部に比べて外周縁が反り上がった形状になる。焼成工程で、仮焼体74をシャフト部分が上になるように支持して焼成すれば、焼成後の円板12はほぼフラットな平面になる。また、モールドキャスト法では、成形型40内でモールド化剤が化学反応したときにガスが発生することがあるが、そのガスは凹面に沿って外部へ排出されやすい。そのため、最終成形体70に気泡はほとんど残らない。特に、凹面及び凸面のそれぞれの高低差dを0.7mm以上2.6mm以下にした場合、あるいは、傾斜角度θを0.25°≦θ≦1°にした場合、焼成後の円板下層はよりフラットな平面になる。

0051

そして更にまた、焼成工程では、仮焼体74の円板部分に錘78を載せた状態で常圧焼成するため、円板12はよりフラットになると共に変形がより抑制される。

0052

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

0053

例えば、上述した実施形態のセラミックヒータ10のヒータ電極14の下に、図7及び図8に示すようにガス通路18を設けてもよい。ガス通路18を有するセラミックヒータ10をセラミックヒータ110と称する。図7はセラミックヒータ110の斜視図、図8図7のB−B断面図である。図8では、上述した実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付した。ガス通路18は、円板12のウエハ載置面12aと平行に板面方向に設けられた通路であり、セラミックヒータ110の側面に開口している。シャフト20の周壁には、上下方向に延びてガス通路18にガスを供給するガス供給路19が設けられている。このガス供給路19は、シャフト20の下端面20cからガス通路18まで直線状に延びている。そのため、シャフト20の周壁の厚さ、壁面10a及び境界面10bのテーパ角度、壁面10aと境界面10bとの間隔等は、ガス供給路19がシャフト20の下端面20cから直線的にガス通路18に到達できるように設計されている。このセラミックヒータ110によれば、ウエハ載置面12aに載置したウエハWにプラズマを利用してCVD成膜を施したりエッチングを施したりする際、ガス供給路19を介してガスをガス通路18の開口から円板12の側面に噴出させることにより、円板12の下面に堆積物が付着するのを防止することができる。

0054

セラミックヒータ110を製造するには、まず、図9(a)に示す基礎成形体130と円板成形体150を作製する。基礎成形体130は、ガス供給路19の一部をなす空洞19aを設けたこと以外は、基礎成形体30と同様の構成である。この基礎成形体130を作製するための成形型は、空洞19aを形成するための芯棒部材を加えたこと以外は、成形型40と同様である。なお、基礎成形体30を作製したあと空洞19aを穿設して基礎成形体130としてもよい。円板成形体150は、ヒータ電極14とRF電極16とガス通路18とを埋設したものであり、図5(d)〜図5(i)に準じて作製することができる。ガス通路18の下方には、ガス供給路19の一部をなす空洞19bを設ける。空洞19bは成形型を利用して設けてもよいし、成形後に穿設してもよい。そして、図9(b)に示すように、基礎成形体130の上面に有機系接着剤を印刷し、その上に円板成形体150を接着する。これにより、最終成形体170が得られる。最終成形体170を、上述した実施形態と同様にして、乾燥、脱脂、仮焼して仮焼体174としたあとこの仮焼体174を焼成することにより、セラミックヒータ180(電極露出穴のないもの)を得る。例えば、図9(c)に示すように、フラットな水平支持板76(例えばBN材からなる板)に、仮焼体174の円板部分を下、シャフト部分を上にして載せ、ドーナツ状の錘78を円板に載せて荷重を加えた状態で常圧焼成してセラミックヒータ180としてもよい。最後に、電極露出穴14a,16aをドリルなどで設けると共に、シャフトの開口部の周囲に設けられたフランジの形状を研削して整えることにより、セラミックヒータ110を得る。このセラミックヒータ110は、接合界面を有さないため、接合界面の剥離が起きることはない。また、セラミックヒータ110は、仮焼体174を1度だけ焼成して(1回の熱履歴で)作製することができるため、円板12やシャフト20を2回熱履歴を掛ける場合に比べて焼結粒子の成長を抑えることができ、ひいては強度を高くすることができる。更に、円板12のうちシャフト内側領域A1はシャフト外側領域A2よりも一段凹んだ形状になっているため、シャフト内側領域A1の電極露出穴14a,16aの深さは浅い。そのため、電極露出穴は14a、16aは、深さの深い電極露出穴に比べて、容易に開けることができる。

0055

上述した実施形態では、ヒータ電極14及びRF電極16の両方を円板12に内蔵した例を示したが、いずれか一方のみを円板12に内蔵してもよい。また、これらの電極14,16に代えて又は加えて、ウエハWをウエハ載置面12aに静電力によって吸着保持するための静電電極を円板12に内蔵してもよい。この点はセラミックヒータ110も同様である。

0056

上述した実施形態では、成形型40の円環面47aを円錐台状に膨らんだ凸面とし、円環面47bを円錐台状に窪んだ凹面としたが、円環面47aをカーブ形状の凸面とし、円環面47bをカーブ形状の凹面としてもよい。

0057

上述した実施形態では、ヒータ電極用溝51aにコイル状のヒータ電極14を嵌め込み、RF電極用溝52aにメッシュ状のRF電極16を嵌め込んだが、このような溝51a,52aを設けず、電極ペーストを用いてスクリーン印刷等により電極パターンを形成してもよい。電極パターンは、成形体の表面に形成してもよいし、成形体を作製する前の成形型の内面に予め設けておき成形体を作製する際にその成形体に付着させてもよい。電極ペーストは、例えば、導電材料とセラミック材料とバインダーと分散媒と分散剤を含むように調製する。導電材料としては、タングステンタングステンカーバイト白金、銀、パラジウムニッケルモリブデンルテニウムアルミニウム及びこれらの物質の化合物等を例示することができる。バインダーとしては、ポリエチレングリコール(PEG)、プロピレングリコール(PG)、ポリプロピレングリコール(PPG)、ポリテトラメチレングリコール(PTMG)、ポリヘキサメチレングリコール(PHMG)、ポリビニルブチラール(PVB)、アクリル樹脂等を使用できる。また、分散媒や分散剤はモールド化剤と同様のものを使用できる。

0058

上述した実施形態では、基礎成形体30の未焼成円環層32の上下両面の傾斜角度θを0.25°以上1°以下としたが、傾斜角度θがこの範囲外の角度(例えば0°とか2°)であってもよい。その場合、得られるセラミックヒータ10のウエハ載置面12aは上述した実施形態ほどフラットにならないものの、円板12とシャフト20とは接合界面のない状態で一体化されているため、接合界面の剥離が起きることはない。また、その場合も、仮焼体を1回の熱履歴で作製することができるため、円板12やシャフト20を2回熱履歴を掛ける場合に比べて焼結粒子の成長を抑えることができ、ひいては強度を高くすることができる。この点はセラミックヒータ110も同様である。

0059

上述した実施形態では、セラミックヒータ10のシャフト20の外面と円板12の下面12bとの境界面10bをテーパ面としたが、境界面10bはテーパ面に限定されない。例えば、図10に示すように境界面10bを所定の曲率半径をもつR面としてもよいし、図11に示すように境界面10bを段差面(外観上、シャフト20のフランジのように見える)としてもよいし、図12に示すようにシャフト20の外面と円板12の下面12bとを略直交するようにしてもよい。これらは、上述した実施形態におけるテーパ面の境界面10bを研削することにより得られる。図10図12では、上述した実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付した。

0060

上述した実施形態では、セラミックヒータ10の内部空間Sが円錐台状の第1及び第2空間S1,S2を有するものとしたが、図13に示すように内部空間Sをストレート形状円柱空間としてもよい。図13では、上述した実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付した。なお、図13の境界面10bを図10図12のように変更してもよい。

0061

以下に説明する実験例1〜3のうち、実験例1,2が本発明の実施例、実験例3が比較例に相当する。実験例1,2ではセラミックヒータ10を作製した。なお、以下の実験例は本発明を何ら限定するものではない。

0062

[実験例1]
1.成形工程
まず、窒化アルミニウム粉末純度99.7%)100質量部と、酸化イットリウム5質量部と、分散剤(ポリカルボン酸系共重合体)2質量部と、分散媒(多塩基酸エステル)30質量部とを、ボールミル(トロンメル)を用いて14時間混合することにより、セラミックスラリー前駆体を得た。このセラミックスラリー前駆体に対して、イソシアネート(4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート)4.5質量部、水0.1質量部、触媒(6−ジメチルアミノ−1−ヘキサノール)0.4質量部を加えて混合することにより、セラミックスラリーを得た。このセラミックスラリーを用いて、図5に示した手順にしたがって最終成形体70を作製した。成形型40の傾斜角度θは0.5°とした。成形型40の円形面の中心位置とその中心位置から半径外方向に150mm離れた位置との高低差dは1.3mmであった。また、ヒータ電極14はMoコイルを使用し、RF電極16はMoメッシュを使用した。

0063

2.乾燥・脱脂・仮焼工程
得られた最終成形体70を100℃で10時間乾燥し、続いて最高温度500℃で脱脂し、更に最高温度820℃、窒素雰囲気で仮焼することにより、仮焼体74を得た。

0064

3.焼成工程
図6に示すように、BN製のフラットな水平支持板76に、仮焼体74の円板部分を下、シャフト部分を上にして載せ、ドーナツ状の錘78(10kg)を円板部分に載せて荷重を加えた状態で、窒素ガス中で常圧焼成により1860℃で6時間焼成した。これにより、セラミックヒータ80(円板12の直径は300mm)を得た。セラミックヒータ80に電極露出穴14a,16aを開けることにより、セラミックヒータ10を得た。

0065

実験例1のセラミックヒータ10は、強度320MPa、平均粒子径4.1μm、焼成後の反り0.04mmであった。また、最終成形体70に気泡は見られなかった。なお、強度測定はJIS:1601に準じており、円板12とシャフト20との連結部を含むように試験片切り出した。試験片は、幅Wが4.0mm、厚さtが3.0mm、長さが40mmの直方体とした。この試験片を、一定距離に配置された2支点上に連結部が支点間の中央になるように置き、支点間の中央から左右に等しい距離にある2点に分けて荷重を加えて折れたときの最大曲げ応力を測定した。平均粒子径は、SEMにて観察した粒子長軸短軸の平均を粒子径とし、観察した粒子40個の粒子径の平均を平均粒子径とした。反りは、ウエハ載置面12aにおける高さの最大値最小値との差とした。気泡の有無は、最終成形体70の断面を目視により観察して判断した。

0066

[実験例2]
1.成形工程
実験例1と同様にしてセラミックスラリー前駆体を調製した。このセラミックスラリー前駆体に対して、イソシアネート(ヘキサメチレンジイソシアネート)4.5質量部、水0.1質量部、触媒(6−ジメチルアミノ−1−ヘキサノール)0.4質量部を加えて混合することにより、セラミックスラリーを得た。このセラミックスラリーを用いて、図5に示した手順にしたがって最終成形体70を作製した。成形型40の傾斜角度θは0.5°、高低差dは1.3mmとした。ヒータ電極14及びRF電極16はMoペースト(窒化アルミニウム粉末(純度99.7%)を含む)をスクリーン印刷して形成した。そのため、ヒータ電極用溝51aやRF電極用溝52aは省略した。

0067

2.乾燥・脱脂・仮焼工程
得られた最終成形体70を100℃で10時間乾燥し、続いて最高温度1300℃、水素雰囲気で脱脂・仮焼することにより、仮焼体74を得た。

0068

3.焼成工程
実験例1と同様にして焼成したあと電極露出穴14a,16aを開けることにより、実験例2のセラミックヒータ10を得た。実験例2のセラミックヒータ10は、強度335MPa、平均粒子径4.3μm、焼成後の反り0.04mmであった。また、最終成形体70に気泡は見られなかった。なお、このセラミックヒータ10も実験例1と同様、接合界面が見られなかった。

0069

[実験例3]
1.成形工程
窒化アルミニウム粉末95重量%に、焼結助剤として酸化イットリウム5重量%を加え、ボールミルを用いて混合した。得られた混合粉末に、バインダを添加し、噴霧造粒法により造粒した。得られた造粒粉を脱脂し、金型成形及びCIPにより円板状成形体管状成形体とを成形した。円板状成形体の内部にはRF電極としてMoメッシュ、ヒータ電極としてMoコイルを埋設した。

0070

2.焼成工程
円板状成形体を窒素ガス中でホットプレス法により1860℃で6時間焼成することにより、円板状焼成体とした。また、管状成形体を窒素ガス中で常圧焼成により1860℃で6時間焼成することにより、管状焼成体とした。

実施例

0071

3.接合工程
円板状焼成体の接合面と管状焼成体の接合面を平面研削盤及び高速ラップ盤で加工し、接合面の中心線平均粗さ及び平面度を0.1μmとした。各接合面にイットリウム濃度が2.61×10-4mol/ccの硝酸イットリウム溶液を塗布し、両接合面を重ね合わせて1860℃で1時間熱処理することにより、実験例3のセラミックヒータを得た。熱処理の際には、両焼成体の位置が大幅にずれることがないように、治具によって各焼成体を保持し、固定した。接合時には、両焼成体に対して圧力を加えず、焼成体の自重のみを負荷した。熱処理時の雰囲気は窒素ガスとした。実験例3のセラミックヒータは、強度290MPa、平均粒子径4.9μm、焼成後の反り0.15mmであった。得られたセラミックヒータは、円板状焼成体と管状焼成体との接合界面がSEMで判別できる状態で一体化されていた。

0072

本発明は、半導体製造装置に用いられる部材、例えばセラミックヒータ、静電チャックヒータ静電チャックなどに利用可能である。

0073

10セラミックヒータ、10a 壁面、10b境界面、12円板、12aウエハ載置面、12b 下面、12c 円環層、14ヒータ電極、14a電極露出穴、16RF電極、16a 電極露出穴、18ガス通路、19ガス供給路、19a 空洞、19b 空洞、20シャフト、20b 開口部、20c下端面、20p 位置、30基礎成形体、30a 壁面、30b 境界面、32 未焼成円環層、32a,32b 表面、34 未焼成シャフト、36貫通孔、36a,36b 開口部、36c中途位置、40成形型、40a注入口、40b 排出口、41大円板部、41a 貫通孔、42 本体部、421,422分割体、43小円板部、44 第1芯棒、44a 端面、44bテーパ面、45 第2芯棒、45a,45b 端面、45c テーパ面、46 内部空間、47 円環層成形空間、47a,47b円環面、47c外周面、48シャフト成形空間、50円板成形体、50a,50b 表面、51 未焼成円板下層、51a ヒータ電極用溝、52 未焼成円板中層、52a RF電極用溝、53 未焼成円板上層、60 成形型、61 第1上型、62 第2上型、63 第3上型、64下型、70最終成形体、72有機系接着剤、74仮焼体、76水平支持板、78錘、80 セラミックヒータ、110 セラミックヒータ、130 基礎成形体、150 円板成形体、170 最終成形体、174 仮焼体、180 セラミックヒータ、361 第1テーパ孔、362 第2テーパ孔、A1 シャフト内側領域、A2 シャフト外側領域、S 内部空間、S1 第1空間、S2 第2空間。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ