(57)【要約】【課題】静電チャックやヒータ等の半導体処理用部材であって、内部電極の酸化や該部材の強度の低下等の不具合を生じることなく、内部電極への導通を確実に得ることができ、かつ、給電端子を任意の位置に設定することができる電極埋め込み石英部材及びその製造方法を提供する。【解決手段】石英ガラス板１，３，６の内部に、該石英ガラス板の一主面から異なる深さに配置された第１の電極７及び第２の電極２と、第１の電極７と第２の電極２に挟まれた柱状の通電体４とが埋設され、通電体４は、石英ガラス柱状体４１の内部には貫通体４３が埋設され、石英ガラス柱状体４１の表面には導電性材料からなる被覆層４２が形成され、天面及び底面がそれぞれ、第１の電極７及び第２の電極２と接合されている電極埋め込み石英部材を作製する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス板の内部に、該石英ガラス板の一主面から異なる深さに配置された第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極に挟まれた柱状の通電体とが埋設され、
前記通電体は、石英ガラス柱状体の表面に導電性材料からなる被覆層が形成され、天面及び底面がそれぞれ前記第１の電極及び前記第２の電極と接合され、かつ、前記石英ガラス柱状体の内部に天面と底面を導通する導電性材料からなる貫通体が埋設されていることを特徴とする電極埋め込み石英部材。
【請求項２】
前記貫通体が、前記石英ガラス柱状体全体の５〜３０ｖｏｌ％を占めていることを特徴とする請求項１記載の電極埋め込み石英部材。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電極埋め込み石英部材を製造する方法であって、
第１の石英ガラス板の一主面上に第２の電極を形成する工程と、
厚さ方向に貫通孔が設けられた第２の石英ガラス板を前記第１の石英ガラス板の前記第２の電極形成面に載せる工程と、
石英ガラス柱状体の内部に天面と底面を導通する導電性材料からなる貫通体を埋設し、さらに、該石英ガラス柱状体の表面を導電性材料で被覆して通電体を作製する工程と、
前記通電体を前記第２の石英ガラス板の貫通孔に挿入する工程と、
第３の石英ガラス板の一主面上に第１の電極を形成する工程と、
前記第２の石英ガラス板上に、前記第１の電極形成面を対向させるように前記第３の石英ガラス板を載せる工程と、
積層された前記第１の石英ガラス板、前記第２の石英ガラス板及び前記第３の石英ガラス板を熱圧着する工程と
を備えていることを特徴とする電極埋め込み石英部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体プロセスにおいて用いられる静電チャックやヒータ等の電極埋め込み石英部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体処理装置では、ウェーハ等を保持・固定するための静電チャックや、熱処理に用いられるヒータ、あるいはまた、これらの両者の機能を兼ね備えた部材として、電極埋め込み部材が用いられている。
このような部材においては、埋め込まれた内部電極に外部から給電するための給電端子が必要であり、通常、該部材の裏面に設けられた給電端子用穴において、内部電極と給電端子とがロウ付け固定等によって接続されていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、内部電極と給電端子とを直接接続する場合、内部電極の一部の露出により構成材料が酸化したり、内部電極パターンによっては給電端子の位置が制限されたりすることがあった。
また、上記のような部材の多くは、強度やコスト、加工性等の観点から、セラミックスを基材としているが、セラミックス基材は、給電端子との接合部近傍において、両者の熱膨張差に起因する破損を生じやすいという課題を有していた。
【０００４】
このようなセラミックス部材に関しては、例えば、特許文献２に、２層の内部電極を備えたウェーハ支持部材において、導体ペーストによる厚さ５０〜１０００μｍの筒状体の通電部を介して２層の内部電極を接続することにより、内部電極の数が増加しても給電端子を増加させる必要がなくなり、通電部の周囲の強度を低下させることなく、各内部電極間の導通を図ることができることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１８９６９６号公報
【特許文献２】特開２００２−２３１７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、セラミックス製電極埋め込み部材は、セラミックスが多結晶体であるため、表面を平坦化するために研磨加工処理しても、結晶粒界や残留気孔等に起因する凹凸が表面に生じたり、セラミックスを構成する微粒子によるパーティクルが生じたりすることがある。
このため、微細加工や高精度処理に使用する場合には、電極埋め込み部材の表面は、より平滑であることが求められ、近年、石英ガラスを基材とした電極埋め込み部材も用いられている。石英ガラス製電極埋め込み部材は、特に、石英ガラス自体が高純度であり、セラミックスよりも平坦性及び絶縁性に優れていることから、半導体プロセスに好適である。
【０００７】
しかしながら、このような石英ガラス製電極埋め込み部材においても、給電端子と内部電極との接続に関しては、上述したようなセラミックス部材の場合と同様の課題を生じていた。
そこで、上記特許文献２に記載された技術は、セラミックス部材に関するものであるが、これに基づいて、石英部材において、同様にして、厚さ５０〜１０００μｍの筒状体の通電部により２層の内部電極を接続することを試みたところ、該通電部近傍でクラックが生じるという不具合が認められた。
【０００８】
したがって、石英部材においても、通電部の周囲の強度を低下させることなく、複数の内部電極間を確実に導通させるための手段が求められる。
【０００９】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、静電チャックやヒータ等の半導体処理用部材であって、内部電極の酸化や該部材の強度の低下等の不具合を生じることなく、内部電極への導通を確実に得ることができ、かつ、給電端子を任意の位置に設定することができる電極埋め込み石英部材及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る電極埋め込み石英部材は、石英ガラス板の内部に、該石英ガラス板の一主面から異なる深さに配置された第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極に挟まれた柱状の通電体とが埋設され、前記通電体は、石英ガラス柱状体の表面に導電性材料からなる被覆層が形成され、天面及び底面がそれぞれ前記第１の電極及び前記第２の電極と接合され、かつ、前記石英ガラス柱状体の内部に天面と底面を導通する導電性材料からなる貫通体が埋設されていることを特徴とする。
このような構成によれば、内部電極の酸化を防ぐことができ、また、強度を低下させることなく、内部電極への導通を確実に得ることができ、しかも、給電端子の位置を任意に設定することが可能となる。
【００１１】
前記貫通体は、前記石英ガラス柱状体全体の５〜３０ｖｏｌ％を占めていることが好ましい。
貫通体が、石英ガラス柱状体内に上記範囲の体積を占めていることにより、該通電体と電極との接合部近傍での破損が防止され、確実な導通を得ることができる。
【００１２】
また、本発明によれば、上記の電極埋め込み石英部材を製造する方法であって、第１の石英ガラス板の一主面上に第２の電極を形成する工程と、厚さ方向に貫通孔が設けられた第２の石英ガラス板を前記第１の石英ガラス板の前記第２の電極形成面に載せる工程と、石英ガラス柱状体の内部に天面と底面を導通する導電性材料からなる貫通体を埋設し、さらに、該石英ガラス柱状体の表面を導電性材料で被覆して通電体を作製する工程と、前記通電体を前記第２の石英ガラス板の貫通孔に挿入する工程と、第３の石英ガラス板の一主面上に第１の電極を形成する工程と、前記第２の石英ガラス板上に、前記第１の電極形成面を対向させるように前記第３の石英ガラス板を載せる工程と、積層された前記第１の石英ガラス板、前記第２の石英ガラス板及び前記第３の石英ガラス板を熱圧着する工程とを備えている電極埋め込み石英部材の製造方法が提供される。
このような製造方法は、本発明に係る電極埋め込み石英部材を得る上で好適な方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る電極埋め込み石英部材は、内部電極の酸化や該部材の強度の低下等の不具合を生じることなく、内部電極への導通を確実に得ることができ、かつ、給電端子を任意の位置に設定することができる。したがって、本発明に係る電極埋め込み石英部材によれば、静電チャックやヒータ等の半導体処理装置の設計における制約が軽減される。
また、本願発明に係る製造方法によれば、上記のような電極埋め込み石英部材を好適に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る電極埋め込み石英部材の構成を示す部分概略断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る電極埋め込み石英部材の製造工程を説明するための部分概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を、図面を参照して、より詳細に説明する。
図１に、本発明に係る電極埋め込み石英部材の概略構成を示す。図１に示すように、本発明に係る電極埋め込み石英部材は、石英ガラス板１，３，６の内部に、該石英ガラス板の一主面から異なる深さに配置された第１の電極７及び第２の電極２と、第１の電極７と第２の電極２に挟まれた柱状の通電体４とが埋設されているものである。そして、前記通電体４は、石英ガラス柱状体４１の表面に導電性材料からなる被覆層４２が形成されており、天面及び底面がそれぞれ、第１の電極７及び第２の電極２と接合されている。さらに、石英ガラス柱状体４１の内部に天面と底面を導通する導電性材料からなる貫通体４３が埋設されている。なお、図１でいう第１の石英ガラス板１には、給電端子用穴８が形成されている。
ここで、石英ガラス板１，３，６は、区分して記載されているが、実際には、下層の第１の石英ガラス板１、中間層の第２の石英ガラス板３及び上層の第３の石英ガラス板６は、熱圧着により一体化されており、１枚の板状をなしている。
【００１６】
第１の電極７は、静電チャックの場合は、載置されたウェーハ等を吸着するための静電力を発生させるものであり、また、ヒータの場合は、載置されたウェーハ等を加熱するための発熱体として機能する。必要に応じて、これらの両機能を具備するようにしてもよい。なお、電極パターンは、任意であり、用途に応じて適宜定められ、双極タイプであっても単極タイプであってもよい。
第１の電極７が、モリブデンやタングステン等の酸化しやすい材料により構成されている場合であっても、本発明に係る構成によれば、露出することなく、第２の電極２と給電端子（図示せず）との接続によって、確実な導通を確保することができる。
【００１７】
通電体４は、石英ガラス柱状体４１を基材とし、その表面全体を被覆する導電性材料からなる被覆層４２と、石英ガラス柱状体４１の天面と底面の導電性材料からなる被覆層４２とを電気的に導通するように埋設された導電性材料からなる貫通体４３により構成されている。
通電体４の基材となる柱状体４１を該石英部材の基材と同一の材質である石英ガラスで構成することにより、異なる材料間の熱膨張差に起因する破損を防止することができる。
【００１８】
ここで、通電体４が、柱状体４１の側周面のみを導電性材料で被覆した態様の場合においても、第１の電極７又は第２の電極２との各接合部における強度は十分であり、破損は生じ難い。しかしながら、この場合、導電性材料からなる被覆層と第１の電極７又は第２の電極２とは、被覆層の厚さ分でしか接触しておらず、接触面積が小さい。このため、石英ガラス板１，３，６を一体化させるための熱圧着処理時に、異なる材質同士の熱膨張係数の違いによって生じる熱応力により、被覆層と第１の電極７又は第２の電極２との接触部において、被覆層の断線や剥離が生じ、確実な導通が得られないおそれがある。
このため、本発明においては、被覆層４２は、石英ガラス柱状体４１の側周面のみならず、天面及び底面も含めて、表面全体を被覆するように形成する。
【００１９】
なお、被覆層４２は、第１の電極７と第２の電極２との導通を確実に得る観点から、厚さが０．２〜２００μｍであることが好ましい。
厚さが０．２μｍ未満の場合、十分な導通が得られないおそれがある。一方、２００μｍを超える場合、電極との接合部が破損するおそれがある。
【００２０】
また、通電体４は、上述したように、表面全体に被覆層４２形成し、さらに、基材である石英ガラス柱状体４１の内部に導電性材料からなる貫通体４３を埋設させる。
このような構造とすることにより、通電体４と第１の電極７又は第２の電極２との導電性をより確実に確保することができる。しかも、このような貫通体４３を設けることにより、石英ガラスと導電性材料との体積比率を適度に調節することができ、導電体４が熱応力によって破損しない十分な強度を得る上で効果的な体積比率とすることができる。
また、ヒータへの給電等、大電流を通電する場合、貫通体４３を主体に電流経路が確保されることとなり、石英ガラス柱状体４１の発熱やそれに伴う熱応力の発生を抑制することができるという効果も得られる。
【００２１】
前記貫通体４３は、石英ガラス柱状体４１全体の５〜３０ｖｏｌ％を占めていることが好ましい。
貫通体４３の石英ガラス柱状体４１内に占める体積が５ｖｏｌ％未満の場合は、導電性が十分に確保され難い。一方、３０ｖｏｌ％超では、熱応力により破損する危険性が高くなる。
【００２２】
貫通体４３の形態は、電極埋め込み石英部材の用途に応じて適宜設定することができる。例えば、大電流を通電する場合は、電流経路を十分に確保する観点から、稠密な円柱や角柱を単数又は複数形成することが好ましい。
あるいはまた、効果的に熱応力を抑制するために、予め石英ガラス柱状体４１にあけた貫通孔に、金属の粉体を充填してもよい。このように形成することにより、粉体間でのすべり効果により熱応力が分散されるため、稠密な単体の金属で構成した場合と比較して、より優れた破損防止効果が得られる。大電流印加等の目的で比較的大型の通電体を形成する場合にも好ましい態様である。
【００２３】
第１の電極７と第２の電極２との間に、上記のような構成からなる通電体４を設けることにより、該通電体４近傍においても石英ガラス板にクラックが生じることなく、該石英部材全体の強度を低下させずに、給電端子から第１の電極７への導通を得ることができる。
【００２４】
通電体４の底面と接合している第２の電極２は、所望の給電端子の配置に対応するように任意の電極パターンで形成することができる。これにより、給電端子を任意の位置に設定可能となり、静電チャックやヒータ等において、装置設計における制約が軽減され得る。
【００２５】
上記のような電極埋め込み石英部材の製造方法は、必ずしもこれに限定されるものではないが、本発明に係る製造方法により製造することが好ましい。
図２に、本発明に係る電極埋め込み石英部材の製造工程の概要を示す。以下、図２に基づいて順次説明する。
【００２６】
まず、第１の石英ガラス板１の一主面上に第２の電極２を形成する（図２（ａ））。
なお、第１の石英ガラス板１には、予め、第２の電極２と接続するための給電端子用穴８を設けておくことが好ましい。該電極埋め込み石英部材を作製後、この給電端子用穴８内で、導電ペースト等を用いて、第２の電極２と給電端子及び導線とを接続させることができる。
【００２７】
第２の電極２は、その上に配置される通電体４と給電端子用穴８に設けられる給電端子との間で導通が得られるように配置される。第２の電極２は、第１の石英ガラス板１上に、蒸着やスクリーン印刷等によるパターン形成、あるいはまた、所定形状に加工した金属箔や金属メッシュを配置することにより形成することができる。なお、電極パターンは、任意であり、用途に応じて適宜定められ、双極タイプであっても単極タイプであってもよい。
【００２８】
次に、厚さ方向に１以上の貫通孔９が設けられた第２の石英ガラス板３を第１の石英ガラス板１の第２の電極２形成面に載せる。
一方、石英ガラス柱状体４１の天面から底面方向に中心部に貫通孔（例えば、円柱状）をあけ、該貫通孔の孔径とほぼ同径又はやや小径の導電性材料からなる円柱状の棒を貫通体４３として石英ガラスの貫通孔内面との間に隙間ができないように挿入し、さらに、石英ガラス柱状体４１の表面全体を導電性材料で被覆して被覆層４２を形成し、通電体４を作製する。
そして、この通電体４を第２の石英ガラス板３の貫通孔９に挿入する（図２（ｂ））。
第２の石英ガラス板３の貫通孔９は、その上に配置される第１の電極７の電極パターンに対応して、導通を得るために必要な位置、大きさ、数等を決定した上で設けられる。なお、第２の電極２は、この貫通孔９の位置に対応するように設計される。
【００２９】
通電体４は、挿入する貫通孔９に合わせた大きさで作製される。このため、その内部の石英ガラス柱状体４１は、その表面に厚さ０．２〜２００μｍの導電性材料からなる被覆層４２を形成することを考慮して、貫通孔９よりも小さいサイズに調整される。石英ガラス柱状体４１の形状は、特に限定されるものではなく、その天面及び底面は、それぞれ、第１の電極７及び第２の電極２と密着させることができればよく、円形、楕円形、多角形等のいずれの形状であってもよい。
また、被覆層４２の形成方法も特に限定されないが、厚さ０．２〜２００μｍで均質な薄膜で高い密着性で被覆することができることから、蒸着により被覆することが好ましい。
【００３０】
次に、一主面上に第１の電極７を形成した第３の石英ガラス板６を、第１の電極７形成面を対向させるように第２の石英ガラス板３上に載せ、積層された第１の石英ガラス板１、第２の石英ガラス板３及び第３の石英ガラス板６を熱圧着する（図２（ｃ））。
第３の石英ガラス板６の一主面上への第１の電極７の形成は、上述した第１の石英ガラス板１の一主面上に第２の電極２を形成する場合と同様の方法で行うことができる。
なお、第１の電極７の厚さは、静電チャックやヒータとしての機能及び石英ガラス板を熱圧着により一体化させることを考慮して、０．２〜１００μｍであることが好ましい。
【００３１】
積層された各石英ガラス板１，３，６は、熱圧着により互いに融着し、容易に一体化される。
セラミックス基材の場合には、焼結により接合するため、石英ガラスの融着温度よりも高い温度による接合処理を施さなければならず、内部電極や通電体を構成する導電性材料も高温加熱され、周囲のセラミックス基材の構成材料と焼結する場合もあり、確実な導通が得られなくなるおそれがあり、また、導電性材料とセラミックス基材との界面近傍でクラックが生じやすくなる。
これに対して、本発明のように、石英ガラスを基材とする場合には、熱圧着温度は、通常１２００〜１３００℃程度であり、内部電極や通電体は、これにより受ける熱的負荷が比較的小さく、焼結することなく相互に密着することができるため、確実な導通が得られる。また、内部電極や通電体近傍の石英ガラス板もクラックを生じることなく、両者の間で確実な密着状態を得ることができる。
【００３２】
前記各電極を構成する材料は、熱圧着温度が通常１２００〜１３００℃程度であることを考慮して、熱圧着時に融解したり、電極が破断したりすることがないように、融点が１２５０℃以上の金属その他の導電性材料であることが好ましい。前記金属としては、具体的には、マンガン、ベリリウム、スカンジウム、ケイ素、ニッケル、イットリウム、コバルト、鉄、パラジウム、バナジウム、チタン、白金、トリウム、クロム、ロジウム、ジルコニウム、ルテニウム、イリジウム、ニオビウム、モリブデン、オスミウム、タンタル、タングステン、又は、これらの合金が挙げられる。これらのうち、石英ガラス部材の用途に応じて、比抵抗や熱伝導率等を考慮して、適宜選択して用いられる。
通電体４の被覆層４２を構成する導電性材料も、上記のような電極構成材料と同様のものを適用することができる。
【００３３】
前記熱圧着処理においては、上記のように、内部電極やその接合部近傍における破損や導通不良等を生じさせることなく、石英ガラス板を一体化させる観点から、通常、１〜１０ＭＰａの加圧下で、熱圧着温度は、使用される電極構成材料及び導電性材料のうちの最も低い融点よりも２０℃以上低い温度とすることが好ましい。
【００３４】
本発明に係る電極埋め込み石英部材は、熱圧着により一体化された石英ガラス板の内部に電極が埋設されているため、第３の石英ガラス板６の厚さは、セラミックス板の場合より薄くても、電極に対する十分な絶縁性及び平坦性を確保することができ、所望の強度及び静電チャックやヒータとしての機能を考慮して適宜定めることができる。第１の石英ガラス板１及び第２の石英ガラス板３の厚さについても同様である。
【００３５】
本発明において用いられる石英ガラス板は、気泡や不純物の混入が少なく、比較的均質であることから、ＶＡＤ（Vaper-phase Axial Deposition）法や直接法により製造された石英ガラスが好ましい。このような石英ガラスを用いれば、より高電圧を印加しても絶縁破壊しにくく、長期間安定して使用することができる部材を構成することができる。
なお、熱膨張係数の低い石英ガラスが求められる場合には、チタニアがドープされたもの等を用いることができる。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
以下のような工程により、図１に示すような電極埋め込み石英部材を作製した。
直径３００ｍｍ、厚さ５ｍｍの第１の石英ガラス板１の一主面上に、タングステンペーストを用いて第１の電極パターン２をスクリーン印刷した。該電極２は、厚さ１０μｍ、ライン２ｍｍ、間隔０．５ｍｍのくし型状の双極型電極とした。この面に、前記第１の石英ガラス板１の電極端部に対応する位置に、孔径２ｍｍの貫通孔を設けた直径３００ｍｍ、厚さ１ｍｍの第２の石英ガラス板３を載せた。
一方、前記第２の石英ガラス板３の貫通孔に挿入する通電体４を作製した。この通電体４は、円柱状の石英ガラス柱状体４１の天面から底面方向に中心部に孔径０．５ｍｍの円柱状の貫通孔をあけ、ほぼ同径のタングステン棒を貫通体４３として、石英ガラスの貫通孔内面との間に隙間ができないように挿入し、さらに、この石英ガラス柱状体４１の表面を、蒸着により厚さ０．５μｍのモリブデンによる被覆層４２を形成することにより作製した。
この通電体４を、前記第２の石英ガラス板３の貫通孔に挿入した。
次に、直径３００ｍｍ、厚さ５ｍｍの第３の石英ガラス板６の一主面上に、タングステンペーストを用いて、前記第１の電極と同様の第２の電極パターン７をスクリーン印刷した。この第２の電極パターン形成面を合わせるように、前記第２の石英ガラス板３の上に載せた。
積層された前記第１の石英ガラス板１、第２の石英ガラス板３及び第３の石英ガラス板６を、１３００℃、プレス圧６ＭＰａで６０分間保持し、熱圧着して、電極埋め込み石英部材を作製した。
【００３７】
得られた電極埋め込み石英部材は、各石英ガラス板が完全に一体化した状態で圧着され、電圧１．５ｋＶを印加しても、石英ガラスにクラックも生じず、電極に断線も見られず、良好な導通が確認された。
【００３８】
［比較例１］
実施例１において、石英ガラス柱状体４１にタングステン棒の貫通体４３を挿入せず、それ以外は実施例１同様にして、電極埋め込み石英部材を作製した。
得られた電極埋め込み石英部材は、電圧１．５ｋＶを印加した場合には、電極における断線は生じなかったが、印加電圧を２．０ｋＶにしたところ、通電体の上面外周部の一部において断線が生じた。高電圧の印加により局所的に発熱し、熱応力による破損、断線が生じたものと考えられる。
【符号の説明】
【００３９】
１    第１の石英ガラス板
２    第２の電極
３    第２の石英ガラス板
４    通電体
４１  石英ガラス柱状体
４２  被覆層
４３  貫通体
６    第３の石英ガラス板
７    第１の電極
８    給電端子用穴
９    貫通孔
【図１】
2014222697.tif 000003
【図２】
2014222697.tif 000004