(57)【要約】【課題】  半導体プロセスのスループットを向上させることができるように、電極の接続構造を大幅に改善した半導体製造装置用のセラミックス基板、特にシャワー基板を提供する。【解決手段】  半導体製造装置のチャンバー内に設置され、内部に導電体２を埋設したセラミックス基板１であって、導電体２に接続された外部端子接続用の電極部材３と、電極部材３に接続され且つ電極部材３を被覆する導電性のカバー部材４と、カバー部材４で被覆されている電極部材３をチャンバー内雰囲気から遮断するＯ−リング５とを有し、電極部材３とセラミックス基板１及び電極部材３とカバー部材４とがネジなどにより機械的に接続されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造装置のチャンバー内に設置され、内部に導電体を埋設したセラミックス基板であって、該導電体に接続された外部端子接続用の電極部材と、電極部材に接続され且つ電極部材を被覆する導電性のカバー部材と、カバー部材で被覆されている電極部材をチャンバー内雰囲気から遮断する封止構造とを有することを特徴とするセラミックス基板。
【請求項２】
前記電極部材と前記セラミックス基板とが機械的に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のセラミックス基板。
【請求項３】
前記電極部材と前記カバー部材とが機械的に接続されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のセラミックス基板。
【請求項４】
前記電極部材と前記カバー部材の間に応力緩和部材を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のセラミックス基板。
【請求項５】
前記電極部材と前記セラミックス基板の間に応力緩和部材を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のセラミックス基板。
【請求項６】
前記カバー部材と前記セラミックス基板の間に空隙を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のセラミックス基板。
【請求項７】
前記セラミックス基板が窒化アルミニウムであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のセラミックス基板。
【請求項８】
前記電極部材がタングステン、モリブデン、コバール、ステンレス、ニッケルのいずれかであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のセラミックス基板。
【請求項９】
前記カバー部材がアルミニウム、ニッケル、ステンレスのいずれかであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のセラミックス基板。
【請求項１０】
前記応力緩和部材が、前記電極部材と前記カバー部材又は前記電極部材と前記セラミックス基板に機械的に結合されていることを特徴とする、請求項４又は５に記載のセラミックス基板。
【請求項１１】
前記応力緩和部材がヘリサートであることを特徴とする、請求項１０に記載のセラミックス基板。
【請求項１２】
前記応力緩和部材が円筒体であって、該円筒体の内周面に前記電極部材と接続するための雌ネジを有し、且つ外周面に前記カバー部材又はセラミックス基板と接続するための雄ネジを有することを特徴とする、請求項１０に記載のセラミックス基板。
【請求項１３】
前記セラミックス基板内に接合された金属部材を備え、該金属部材を貫通して雌ネジが形成され、その雌ネジに前記電極部材に設けた雄ネジが螺合貫通していることを特徴とする、請求項１〜３、６〜９のいずれかに記載のセラミックス基板。
【請求項１４】
前記封止構造が、前記セラミックス基板と前記カバー部材の間に装着したＯ−リングであることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載のセラミックス基板。
【請求項１５】
前記Ｏ−リングと接触する前記セラミックス基板及び前記カバー部材の表面粗さがＲａ≦２.０μｍであることを特徴とする、請求項１４に記載のセラミックス基板。
【請求項１６】
前記セラミックス基板が複数の貫通孔を有するシャワー基板であることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれかに記載のセラミックス基板。
【請求項１７】
前記請求項１〜１６のいずれかに記載のセラミックス基板が搭載されていることを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＶＤ装置、プラズマＣＶＤ装置、エッチング装置、プラズマエッチング装置等の半導体製造装置に使用されるセラミックス基板に関し、特に腐食性ガスにさらされるセラミックス基板内埋設した導電体の給電構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハの表面をエッチングし又はその表面上に膜を形成する際には、半導体ウエハをラックに多数個保持して、バッチ式でエッチング用や膜形成用のガスを流し、必要に応じてヒーターで加熱する（ホットウォール式）という手法が用いられてきた。
【０００３】
しかし、近年では、半導体装置の高集積化や高速化の要求が厳しくなるに伴い、半導体製造装置内の場所による温度やガスの流れの不均一に起因して、エッチングや形成される膜の品質がばらつくことが問題になってきた。そこで、複数のエッチング装置や膜形成装置を並べて、それらの装置間にローダーを用いて半導体ウエハを１枚ずつ自動送りして処理する枚葉式に切換わりつつある。
【０００４】
枚葉式の半導体製造装置では、半導体ウエハをセラミックス製や金属製のウエハ保持体の表面上に載置し、ウエハ保持体に内蔵した電極に電圧を付加して静電力でチャックすること等によって半導体ウエハを保持する。保持された半導体ウエハは、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、エッチング、プラズマエッチング等における膜形成速度やエッチング速度を調整するために、その表面温度が厳密に制御される。その温度制御のために、ウエハ保持体に内蔵したヒーターによりウエハ保持体を加熱して、半導体ウエハを加熱するようになっている。
【０００５】
また、半導体製造装置のチャンバーに取付けたパイプから反応ガスを単に送り込むだけでは、ガスが直接吹き込まれる箇所と間接的に吹き込まれる箇所との間でガスの流れが不均一になり、半導体ウエハの表面において反応ガスの濃度がばらつくことになる。その結果、半導体ウエハの表面において、膜形成やエッチングを均一に制御することが困難になる。
【０００６】
そこで、半導体ウエハの表面上においてガスの吹き込みを均一にし、反応ガスの濃度を一定にするために、板状の基材に多数の貫通孔を形成したシャワー基板を半導体ウエハの直上の位置に設置する方法が採用されている。この方法によれば、ガスがシャワー状に吹き出し、半導体ウエハの表面上においてできるだけ均一なガス濃度が得られる。
【０００７】
例えば特許第３６５４１４２号公報には、セラミックス製のガスシャワー体が開示されている。この公報によれば、セラミックス基板の厚みを１〜５ｍｍとし、導電体を印刷にて形成している。そして、このガスシャワー体を用いることで、均一なガスの流れが形成できるとしている。
【特許文献１】特許第３６５４１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年の半導体プレセスでは、コストをできるだけ低減するために、スループットの向上が求められている。シャワー基板を使用する枚葉式のＣＶＤ装置、エッチング装置、プラズマＣＶＤ装置などにおいても同様である。特に成膜装置においては、成膜時にウエハ以外の部分にも必然的に膜形成されてしまうため、この膜が場合によっては剥がれ落ち、パーティクルとなってウエハに付着してしまい、歩留まりを低下させる原因となる。
【０００９】
そこで、枚葉式の成膜装置では、所定数量のウエハの処理を終えた段階で、ウエハ以外に付着した膜を除去するためのクリーニングを実施する。このクリーニングの際には、チャンバー内に付着した膜を分解、除去できるクリーニングガスを流し、必要に応じてチャンバー内を加熱する。このとき使用するクリーニングガスは、クリーニング時間を短くするために、腐食性が非常に強いガス、例えばＣＦ４、ＮＦ３、ＣｌＦ３などのフッ素系のガスがよく使用される。
【００１０】
しかし、チャンバー内に配置して使用されるセラミックス基板においては、セラミックス基板内に埋設された導電体に外部から給電するための電極の接続構造が、セラミックス基板の熱膨張係数と電極接続部の熱膨張係数との差が大きいため、耐食性について十分信頼性のある接続構造となっていない。特にシャワー基板では、耐食性の高いセラミックスも用いられてきているが、シャワー基板に設置されるヒーター回路や高周波発生用のＲＦ回路の電極接続構造に対する検討が十分ではないため、一部の分野にしか採用されていないのが現状である。
【００１１】
本願は、このような従来の事情に鑑み、耐食性が高いセラミックスからなる基板、特にシャワー基板について、半導体プロセスのスループットを向上させることができるように、その電極の接続構造を大幅に改善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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明が提供するセラミックス基板は、半導体製造装置のチャンバー内に設置され、内部に導電体を埋設したセラミックス基板であって、該導電体に接続された外部端子接続用の電極部材と、電極部材に接続され且つ電極部材を被覆する導電性のカバー部材と、カバー部材で被覆されている電極部材をチャンバー内雰囲気から遮断する封止構造とを有することを特徴とするものである。
【００１３】
上記本発明のセラミックス基板においては、前記電極部材と前記セラミックス基板とが機械的に接続されているか、あるいは、前記電極部材と前記カバー部材とが機械的に接続されている。
【００１４】
また、上記本発明のセラミックス基板においては、前記電極部材と前記カバー部材の間に応力緩和部材を有するか、あるいは、前記電極部材と前記セラミックス基板の間に応力緩和部材を有している。
【００１５】
上記本発明のセラミックス基板において、前記応力緩和部材は、前記電極部材と前記カバー部材又は前記セラミックス基板と機械的に結合されていることが好ましい。また、前記応力緩和部材はヘリサートであることが好ましい。
【００１６】
上記本発明のセラミックス基板においては、前記応力緩和部材が円筒体であって、該円筒体の内周面に前記電極部材と接続するための雌ネジを有し、且つ外周面に前記カバー部材又はセラミックス基板と接続するための雄ネジを有することができる。
【００１７】
また、上記本発明のセラミックス基板においては、前記セラミックス基板内に接合された金属部材を備え、該金属部材を貫通して雌ネジが形成され、その雌ネジに前記電極部材に設けた雄ネジが螺合貫通していることができる。
【００１８】
更に、上記本発明のセラミックス基板において、前記封止構造が、前記セラミックス基板と前記カバー部材の間に装着したＯ−リングであることが好ましい。この場合、前記Ｏ−リングと接触する前記セラミックス基板及び前記カバー部材の表面粗さが、Ｒａ≦２.０μｍであることが好ましい。
【００１９】
本発明は、また、上記した本発明によるセラミックス基板として、複数の貫通孔を有するシャワー基板を提供するものである。更に、本発明は、上記した本発明によるセラミックス基板又はシャワー基板が搭載されていることを特徴とする半導体製造装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、耐食性が高いセラミックスからなる基板であって、その基板内に埋設された導電体に外部から給電するための電極の接続構造を改善し、セラミックスの熱膨張係数と電極接続部の熱膨張係数との差が大きくても、腐食性が強いガスに対して十分な信頼性を有するセラミックス基板、特にシャワー基板を提供することができる。従って、本発明のセラミックス基板を搭載した半導体製造装置を使用することによって、半導体プロセスのスループットを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明のセラミックス基板は、内部に導電体が埋設されている。導電体の機能としてはヒーターや高周波発生用電極（ＲＦ電極）が挙げられ、これらの内のどちらか一方ないしは両方を具備することができる。かかる導電体を埋設するセラミックス基板として、シャワー基板を例にして以下に説明する。
【００２２】
シャワー基板に埋設する導電体がヒーターである場合、シャワー基板の役割はウエハに対して反応ガスを均一に分散すること以外に、均一な温度にガスを予熱することが挙げられる。また、シャワー基板に形成されたガスの通り道である貫通孔が塞がらないように、シャワー基板自体を加熱する意味合いもある。また、導電体がＲＦ電極である場合は、シャワー基板の下部に設置された下部電極との間に、例えば１３.５６ＭＨｚの高周波を印加してプラズマを発生させ、比較的低温でウエハ上に成膜することができる。
【００２３】
このような導電体を有するシャワー基板において、導電体に給電するための電極の接続構造としては、まず、基板内部の導電体に外部端子接続用の電極部材を接続する。接続方法としては、特に制約はなく、ロウ材などで導電体と電極部材を接合する方法、あるいはネジなどの機械的な手段で接続する方法が挙げられる。しかし、いずれの方法においても、セラミックス基板と熱膨張係数が比較的近いことが必要であるため、好ましい電極部材材料としてはタングステン、モリブデン、コバール、ステンレス、ニッケルなどを主成分とするものが好ましい。更に好ましくは、セラミックス基板と電極部材の熱膨張係数差が５.０×１０−６／Ｋ以下であることが好ましい。
【００２４】
上記した電極部材は、半導体プロセスで使用されるガスに対して耐食性がほとんどないため、このまま使用することはできない。そこで、本発明では、この電極部材を覆うカバー部材を新たに設置する。カバー部材としては、導電性があり、比較的腐食性が強く、半導体プロセスに対してコンタミネーションなどの影響を与えない物質から選ばれる。具体的には、ニッケル、アルミニウム、ステンレスなどを挙げることができる。そして、このカバー部材とセラミックス基板とを封止して、電極部材がチャンバー内に露出しないようにする。この封止構造としては、使用温度にもよるが、使用温度が３００℃程度までなら耐熱性の高いフッ素系のＯ−リングを使用することができる。
【００２５】
このとき、Ｏ−リングと接触するカバー部材及びセラミックス基板の各接触面の表面粗さは、Ｒａ≦２.０μｍであることが好ましい。これよりも表面粗さが粗いと、Ｏ−リングとセラミックス又はカバー部材の間から腐食性のガスが侵入し、電極部材が腐食されることがあるため好ましくない。電極部材が腐食されると電気抵抗値が高くなり、更に腐食が進めば導通不良を起こす。特にＲａ≦１.０μｍであれば、封止性がより一層向上し、電極部材自体の変色もほとんどなくなるため、信頼性の面で特に好ましい。
【００２６】
このような電極接続構造の代表的な具体例を図１に示す。この電極接続構造では、セラミックス基板１の内部に埋設された導電体２を所定の深さ位置までスルーホール等で上部に伸ばしておき、そこに電極部材３を例えばネジ止めのような手段で機械的に接続する。即ち、電極部材３の外周面に設けた雄ネジを、セラミックス基板１内に設けた雌ネジと螺合して接続する。尚、この電極部材３は、セラミックス基板１のウエハ載置面とは反対側の面に露出させる。
【００２７】
このままの状態では、使用する腐食性ガスによって電極部材３が腐食されるため、導電性のカバー部材４を電極部材３に対して、例えばネジ止めのような手段で機械的に接続して電極部材３覆う。即ち、カバー部材４内に設けた雌ネジを、電極部材３の外周面に設けた雄ネジと螺合して接続する。そして、セラミックス基板１とカバー部材４の間をＯ−リング５などの封止部材で封止すれば、比較的簡単な構造で電極部材３を封止して、耐久性の高い電極接続構造とすることができる。
【００２８】
上記の電極接続構造においては、セラミックス基板１内の導電体２と、電極部材３と、導電性のカバー部材４とが電気的に接続されている。従って、カバー部材４に外部端子の給電部６を固定ネジ７で接続して、簡単に給電することができるのである。また、カバー部材４はセラミックス基板１には直接接続されていないため、カバー部材４としてセラミックス基板１に対して非常に熱膨張係数が大きいニッケル、アルミニウム、ステンレスなどを使用することができる。特に、これらの金属は上記のような腐食性ガスに対する耐食性が比較的強い材料であるため、信頼性の高い電極接続構造とすることができる。
【００２９】
電極部材とセラミックス基板との接続方法としては、ロウ付けなどの接合も採用することができるが、電極部材とセラミックス基板との間にどうしても熱膨張係数差が存在するため、機械的な接続方法が好ましい。機械的な接続方法としては、上記したネジによる螺合、即ち電極部材の外周面に設けた雄ネジとセラミックス基板内に設けた雌ネジとの螺合のほか、バネなどで電極部材を押さえ付ける方法などを挙げることができる。
【００３０】
また、電極部材とセラミックス基板は熱膨張係数が比較的一致しているが、カバー部材として例えばアルミニウムなどを使用し、電極部材としてタングステンやモリブデン、コバールなどを使用すると、電極部材とカバー部材との間の熱膨張係数は非常に大きなものとなる。このため、ロウ付けなどの手法で両者を接合すると温度サイクルなどによって外れることがあるため、機械的な手段で接続することが好ましい。この場合の機械的手段としては、上記と同様に、例えばネジ止めやバネなどの手段で接続することが挙げられる。
【００３１】
上記したネジ止めやバネなどの機械的な接続手段の中では、特にネジ止めが好適である。本発明のセラミックス基板ように温度が加わる部材では、バネによる接続の場合、バネ自身が高温時にバネ性を喪失することがあり、それによって電気的な接続が不安定になることがあるため、特に２００℃を超える高温で使用する場合にはネジで接続することが好ましい。ネジによる接続は、各部材間に熱膨張係数差が存在していても、雄ネジと雌ネジの間には若干のクリアランスが存在するために、ある程度の熱膨張量の差を吸収できると共に、バネのように電気的な接続に対する不安定さが少ないために好ましい。
【００３２】
上記した本発明の電極接続構造においては、カバー部材と電極部材との間に応力緩和材を設けることができる。例えば、セラミックス基板の電極部付近が高温になると、当然のことながらカバー部材も高温になる。このとき、例えばカバー部材の方が電極部材よりも熱膨張係数が大きい場合、カバー部材が電極部材を上方に持ち上げるような力が働く。従って、電極部材とセラミックス基板の間の熱膨張係数差が小さくても、電極部材とセラミックス基板のネジ止め部分、即ちネジ山にも上向きの力が働くことになる。そして、この上向きの力が大きければ大きいほど、ネジ山に加わる応力も大きくなるため、場合によってはネジ山が破損する危険がある。
【００３３】
このため、電極部材とカバー部材との間に大きな熱膨張係数差が存在する場合や、セラミックス基板の使用温度が高い場合には、セラミックス基板に加わる応力を低減するために、カバー部材と電極部材の間に応力緩和部材を挿入することが好ましい。また、電極部材とセラミックス基板の間に応力緩和部材を設置することによっても、セラミックス基板に加わる応力を低減することができる。
【００３４】
具体的には、例えば図２に示すように、カバー部材４と電極部材３の間に、円筒体の内周面に雌ネジを有し且つ外周面に雄ネジを有する応力緩和部材８を配置し、カバー部材４及び電極部材３と螺合することが可能である。このような応力緩和部材８を配置した構造においては、電極部材３とカバー部材４の熱膨張量の差を、応力緩和部材８の変形や、それぞれのネジ山間のクリアランスによって吸収することができるため、セラミックス基板１側に加わる応力を低減することができる。
【００３５】
上記応力緩和部材は、導電性を有する材料であって、比較的変形能の大きな軟質金属、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、銀、金などが好ましい。また、主に応力緩和部材の変形能によって応力を吸収する場合には、応力緩和部材の厚みをできるだけ薄くすることが必要である。例えば、応力緩和部材の外側のネジ山、即ちカバー部材と螺合されるネジ山をＭ６とし、内側の雌ネジ、即ち電極部材と螺合されるネジ山をＭ３とすれば、比較的薄い厚みの応力緩和部材でカバー部材と電極部材を接続することができる。この場合の応力緩和部材のネジ山は、設置する寸法に応じて変えることができ、外ネジがＭ５で内ネジがＭ２などあらゆる組み合わせが考えられる。
【００３６】
また、カバー部材と電極部材の中間の熱膨張係数を有する応力緩和部材を挿入することもできる。この場合の応力緩和部材の材質としては、熱膨張係数がカバー部材と電極部材の中間の熱膨張係数を有しておれば特に問題はなく、ニッケルやステンレス、あるいはアルミニウムと炭化ケイ素又はシリコンの複合体、シリコンと炭化ケイ素の複合体などを挙げることができる。このように電極部材とカバー部材の間に応力緩和部材を設けることで、セラミックス基板に加わる応力を低減し、電極接続構造に対する信頼性を向上させることができる。
【００３７】
上記応力緩和部材は、電極部材とカバー部材又は電極部材とセラミックス基板に機械的に結合されていることが好ましい。例えば、上記した図２に示すように内周面と外周面にネジ山を有する円筒体のほか、ヘリサートを用いることができる。例えば図３に示すように、ヘリサート９は電極部材３の外周面の雄ネジのネジ山とセラミックス基板１の間に挿入され、カバー部材４が上方に伸びようとするときに、その熱膨張を吸収することによって、セラミックス基板１や電極部材３に働く応力を緩和することができる。
【００３８】
また、カバー部材とセラミックス基板の間に、空隙を設けることも有効な手段である。例えば上述したようにカバー部材の温度が上昇したとき、カバー部材と電極部材の熱膨張量の差によって、電極部材を引っ張り上げようとする力が働く。このとき、セラミックス基板とカバー部材の間に空隙が存在すれば、カバー部材の熱膨張量を空隙で吸収することができるからである。
【００３９】
必要な空隙の量は、電極部材とカバー部材の接触長さ、即ちネジで螺合されている長さと、使用温度及び各部材の熱膨張係数差によって決まる。例えば、カバー部材がアルミニウム（熱膨張係数２３×１０−６／Ｋ）、電極部材がタングステン（熱膨張係数４.５×１０−６／Ｋ）、螺合長さが５ｍｍ、使用温度が２００℃の場合、必要な空隙量は５ｍｍ×（１８.５×１０−６）×２００（℃）＝０.０１８５ｍｍとなり、約２０μｍ程度の空隙が存在すれば、電極部材に加わる応力を大幅に低減することができる。
【００４０】
更に、応力を緩和する別の方法として、図４に示す構造がある。即ち、貫通して形成された雌ネジ部を有する金属部材１０をセラミックス基板１内に接合し、この金属部材１０の雌ネジに電極部材３の雄ネジを螺合して貫通させる。金属部材１０としては、セラミックス基板１に対して比較的熱膨張係数の近い材質、例えば、コバール、モリブデン、タングステンなどが好ましい。また、金属部材１０は、ガラスやロウ材などの接合層１１により、セラミックス基板１に接合することができる。
【００４１】
上記した図４の接続構造によれば、例えば電極部材３に働く上向きの応力は、封止した金属部材１０に伝えられ、セラミックス基板１との封止部に分散されて働くことになる。セラミックス基板１のネジ山が電極部材３のネジ山に直接接触している場合には、セラミックス基板１と電極部材３の接触部分に応力が集中してネジ山に比較的大きな応力が加わるが、この図４の接続構造によれば、Ｏ−リング５などの封止部材が応力緩和部材となり、応力を分散させる効果があるため好ましい。
【００４２】
本発明のセラミックス基板の材質に関しては、特に制約はなく、アルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ムライト、窒化アルミニウムなど、各種のセラミックスを使用することができる。その中でも窒化アルミニウムやアルミナなどのセラミックスはフッ素系ガスに対する耐食性がケイ素を含むセラミックスよりも高いため好ましく、特に窒化アルミニウムは熱伝導率も高く熱衝撃に対しても強いため特に好ましい。
【００４３】
また、カバー部材に関しては、フッ素系ガスに対する耐食性を考えると、アルミニウム、ニッケル、ステンレスが好ましい。これらの金属材料は、フッ素系ガスと反応して、それぞれフッ化アルミニウムやフッ化ニッケルを生成するが、これらの物質はフッ素系ガスに対して不動態の膜となるため、パーティクルの発生などを抑えることができるため特に好ましい。尚、アルミニウムやニッケルなどは、セラミックス基板と熱膨張係数がマッチングしないため直接には接続できないが、本発明によればカバー部材としてセラミックス基板に接続して信頼性の高い電極接続構造とすることができる。
【００４４】
導電体は、セラミックス基板中に埋設するか、セラミックスを主成分とする膜で被覆して、腐食性ガスなどのチャンバー内雰囲気に露出しないようにする必要がある。埋設する方法としては、セラミックスのグリーンシートに所定の導電パターンをスクリーン印刷などの手法で形成し、更にその上にグリーンシートをラミネートすることで埋設することができる。また、セラミックスの成形体をプレス成形などの手法で作製し、その成形体中に金属箔やコイルなどを埋設した後、ホットプレスなどの手法で焼成することで埋設することができる。更に、セラミックスの焼結体に、スクリーン印刷で導電体を形成し、その後接合剤を用いて別のセラミックス焼結体を接合することもできる。
【００４５】
尚、上記したセラミックスを主成分とする膜で導電体を被覆する方法としては、セラミックス焼結体上にスクリーン印刷等の手法で導電体を形成した後、セラミックスのペーストを塗布し、焼成することで被覆することができる。また、前記と同様にセラミックス基板上に導電体を形成した後、セラミックスの溶射などの方法で導電体を被覆することも可能である。
【００４６】
シャワー基板には、導電体として複数の電極を形成することができる。シャワー基板の電極の位置は、通常はガスの流れに影響を与えない外周部に近い部分に設置される。例えば、シャワー基板に設置する導電体が高周波発生用電極（ＲＦ電極）である場合、１箇所に電極を設置することも可能であるが、設置した導電体自身が有するインピーダンスによって電極から遠い部分と近い部分とでインピーダンスに違いが生じ、プラズマの発生強度にバラツキが生じることがある。
【００４７】
このため、複数の電極の位置は、ガスの流れに対して比較的影響の少ないシャワー基板の外周部の部分に、均等に配置することが好ましい。配置する個数としては特に制約はないが、４個以上が特に好ましく、６個以上が更に好ましい。このような配置にすることで、より均一にプラズマを発生させることができ、例えば成膜の際にウエハ上の膜厚分布をより均一にすることができる。
【００４８】
ＲＦ電極の材質としては、セラミックス基板に埋設するため、熱膨張がセラミックスに近いものが好ましい。例えば、タングステン、モリブデン、タンタルなどの高融点金属や、ステンレス、ニクロムなどを挙げることができる。また、特に耐食性に優れる窒化アルミニウムをシャワー基板として使用する場合には、熱膨張係数の差が比較的少ないモリブデンやタンタルが好ましい。また、これらは融点が非常に高いため、窒化アルミニウムなどのセラミックスと同時に焼結することができる。これらの材質は、また、メッシュや箔に加工して、成形体の中に埋設した後、焼結することでシャワー基板とすることができる。
【００４９】
また、セラミックス基板中に形成するＲＦ電極のシート抵抗値としては、５０ｍΩ／□以下が好ましい。これを超えると、近年のウエハの大型化（１２インチ化）に伴い、ＲＦ電極からシャワー基板の電極部材までの距離が相対的に長くなっているため、シャワー基板の中心部から電極部材までのインピーダンスの絶対値が大きくなってしまう。このためウエハ上に発生するプラズマの強度が弱くなり、所定の膜厚に成膜する時間が長くなって、スループットの低下を引き起こすことがあるため好ましくない。シート抵抗値が１０ｍΩ／□以下であれば、充分に低いインピーダンスとすることが出来るため特に好ましい。
【００５０】
また、ＲＦ電極の膜厚は、３μｍ以上が好ましい。近年のウエハの大型化に伴い、電極に印加される電力が大きくなり、場合によっては数アンペア（Ａ）を超える電流が電極に流れる。そのため、３μｍ未満の膜厚では、ＲＦ電極自身が発熱してウエハの均熱性を損なうことがあり、最悪の場合はＲＦ回路自体が焼き切れることがある。
【００５１】
好ましいＲＦ電極の膜厚は５μｍ以上であり、更には１０μｍ以上である。１０μｍ以上の膜厚であれば、２０Ａ程度の電流が流れても、発熱量は比較的小さいため好ましい。しかし、膜厚が１００μｍを超えると、今度はセラミックスに対する電極の密着性が低下しはじめ、場合によってはセラミックス基板と電極の間に空隙が生じることがあり、所定のインピーダンス値が大きくなってしまうことがある。最も好ましい膜厚としては１０〜５０μｍ程度である。
【００５２】
本発明の電極接続構造を有するセラミックス基板は、シャワー基板として好適であるが、当然のことながら、導電体を埋設し且つ腐食性雰囲気にさらされるセラミックス基板、例えばサセプタなど、あらゆる用途のセラミックス基板に対して適用可能である。
【実施例】
【００５３】
［実施例１］
厚さ２ｍｍ、直径３５０ｍｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板１枚と、厚さ６ｍｍ、直径３５０ｍｍのＡｌＮ基板１枚を用意した。厚さ６ｍｍのＡｌＮ基板にＲＦ電極としてＷペーストをスクリーン印刷し、窒素雰囲気中にて１８００℃で焼成した。このとき、ＲＦ電極は、ガスが通過する貫通穴となる部分を避けて印刷した。尚、ＲＦ電極は、基板外周部の６箇所に均等に配置した。
【００５４】
このＷペーストの上に窒化アルミニウムペーストを塗布し、窒素雰囲気中にて１８００℃で焼成した。このとき、厚さ６ｍｍのＡｌＮ基板には、外部電源に接続する電極形成部に直径３ｍｍの貫通孔を形成し、内部にＷペーストを塗布し、ＲＦ電極焼成時に同時に焼成した。
【００５５】
その後、他方の厚さ２ｍｍのＡｌＮ基板にＡｌＮ−Ａｌ２Ｏ３−Ｙ２Ｏ３系ペーストを塗布し、上記厚さ６ｍｍのＡｌＮ基板の電極印刷面と接合した。このＡｌＮ基板の接合条件は、窒素雰囲気中１８００℃にて、２０ｔの荷重をかけてホットプレス接合を行った。また、シャワー基板とするため、機械加工により直径１ｍｍの貫通孔を１０００形成した。
【００５６】
得られたシャワー基板となるＡｌＮ基板の電極形成部に、深さ５ｍｍの位置までＭ５の雌ネジ加工を行い、電極部材の挿入部を形成した。そして、コバール、タングステン、モリブデンからなる円柱体の外周面に雄ネジを形成し、その外周面にニッケルメッキを施して電極部材とした。この電極部材を上記電極部材の挿入部に螺合して、ＡｌＮ基板内のＲＦ電極部と電気的に接続した。
【００５７】
その後、ＡｌＮ基板表面から突き出た電極部材に、内部に雌ネジを形成したアルミニウム又はニッケルからなるカバー部材を螺合して接続した。その際、カバー部材とシャワー基板の間にＯ−リングを装着し、カバー部材をＡｌＮ基板にネジ止めして密着させることでＯ−リングを押しつぶし、電極部材をチャンバー内雰囲気から隔絶できるように封止した。また、ＡｌＮ基板とカバー部材のＯ−リングとの接触面は、いずれも表面粗さをＲａ＝１.０μｍとした。
【００５８】
このようにして、図１の構造を有するＡｌＮ製のシャワー基板を製造した。これらのシャワー基板について、１００〜２５０℃の温度を加え、常温に戻す温度サイクルを１０回繰り返した後、その信頼性を確認した。尚、電極部材とカバー部材、電極部材とＡｌＮ基板の螺合長さは、いずれも５ｍｍとした。得られた結果を下記表１に示す。
【００５９】
【表１】
2008294016.tif 000003
【００６０】
上記の結果から、カバー部材の材質と、温度サイクル試験で加える温度によっては、窒化アルミニウム基板のネジ山にクラックが発生することが分る。
【００６１】
［実施例２］
上記実施例１と同様にしてＡｌＮ製のシャワー基板を製造したが、カバー部材とＡｌＮ基板との間に２０μｍの空隙を設けた。得られた各シャワー基板について、上記実施例１と同じ条件で実験を行い、その結果を下記表２に示した。
【００６２】
【表２】
2008294016.tif 000004
【００６３】
上記の結果から、ＡｌＮ基板とカバー部材の間に空隙を設けることによって、温度サイクル試験においてクラックの発生や導通不良は起こらなくなり、上記実施例１のシャワー基板よりも信頼性が向上したことが分る。
【００６４】
［実施例３］
上記実施例１と同様にＡｌＮ基板、電極部材、カバー部材を用いたが、ＡｌＮ基板にはＭ５ネジが挿入できるようにステンレス製のヘリサートを挿入し、そこに電極部材を捻じ込むことにより、図３の構造を有するＡｌＮ製のシャワー基板を製造した。
【００６５】
得られた各シャワー基板について、上記実施例１と同じ条件で実験を行ったところ、上記実施例２と同様に全てのサンプルについて良好な結果が得られた。
【００６６】
［実施例４］
上記実施例１と同様にしてＡｌＮ製のシャワー基板を製造したが、カバー部材と電極部材の間に、外周に長さ５ｍｍ、外径Ｍ５の雄ネジ、内周にＭ２の雌ネジを形成した応力緩和部材を挿入した。応力緩和部材の材質は、アルミニウム、ニッケルの２種類を準備した。
【００６７】
得られた図２の構造を有する各シャワー基板について、上記実施例１と同じ条件で実験を行ったところ、上記実施例２及び３と同様に全てのサンプルについて良好な結果が得られた。
【００６８】
［実施例５］
上記実施例１と同様にＡｌＮ基板、電極部材、カバー部材を用いたが、金属部材として直径１０ｍｍ、厚さ４ｍｍのタングステン板の中心部にＭ５のネジ穴を形成し、Ｎｉメッキを施したものを準備した。この金属部材をＡｌＮ基板内にガラスを用いて接合し、Ｍ５のネジ穴に電極部材を捻じ込み、更にカバー部材を電極部材に捻じ込んでＯ−リングと共に装着した。
【００６９】
得られた図４の構造を有する各シャワー基板について、上記実施例１と同じ条件で実験を行ったところ、上記実施例２及び３と同様に全てのサンプルについて良好な結果が得られた。
【００７０】
［実施例６］
上記実施例２と同様にして、カバー部材とＡｌＮ基板との間に２０μｍの空隙を設けたシャワー基板を製造した。その際、カバー部材はアルミニウム、電極部材は比較的腐食されやすいタングステンを使用した。また、セラミックス基板とカバー部材は、Ｏ−リングとの接触面の表面粗さＲａを変化させた。
【００７１】
得られた各シャワー基板について、加える温度を２５０℃とした以外は上記実施例１と同じ条件で実験を行い、電極の腐食程度を確認した。得られた結果を下記表３に示した。この結果から、Ｒａ≦２.０μｍでは電気抵抗値に変化はなく、更にＲａ≦１.０μｍになると変色も電気抵抗値の変化もなくなり、極めて良好であることが分る。
【００７２】
【表３】
2008294016.tif 000005
【００７３】
［実施例７］
上記実施例１のシャワー基板に対し、ＡｌＮ基板の電極部材挿入部にステンレス製のヘリサートを挿着し、ニッケルメッキしたモリブデンの電極部材のネジを螺合してＲＦ電極部と接続した。次に、電極部材にアルミニウムのカバー部材を螺合し、カバー部材とシャワー基板の間をＯ−リングで密着封止して、電極部材をチャンバー内雰囲気から隔絶させた。
【００７４】
得られたシャワー基板について、カバー部材を高周波電源に接続してプラズマを発生させた。このとき、シャワー基板の外周に均等に配置した電極部材の数、即ちカバー部材の数を１〜１０個として、それぞれ発生したプラズマの分布を確認した。
【００７５】
その結果、電極部材の数が１個では、電極部付近にプラズマが偏り、電極部の反対側との差が大きかった。電極部材の数が２個になると１個の場合よりも緩和されるが、電極間の外周部付近におけるプラズマ密度が低かった。また、電極部材の数が３個では比較的良好であるが、電極間の外周部付近におけるプラズマ密度が若干低かった。これに対して電極部材の数が４〜１０個の場合は、均一で良好なプラズマの発生が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明のセラミックス基板における電極接続構造の一具体例を示す概略の断面図である。
【図２】本発明のセラミックス基板における電極接続構造の応力緩和材を設けた具体例を示す概略の断面図である。
【図３】本発明のセラミックス基板における電極接続構造のヘリサートを設けた具体例を示す概略の断面図である。
【図４】本発明のセラミックス基板における電極接続構造の金属部材を接合した具体例を示す概略の断面図である。
【符号の説明】
【００７７】
１      セラミックス基板
２      導電体
３      電極部材
４      カバー部材
５      Ｏ−リング
６      給電部
７      取付ネジ
８      応力緩和部材
９      ヘリサート
１０      金属部材
１１      接合層
【図１】
2008294016.tif 000006
【図２】
2008294016.tif 000007
【図３】
2008294016.tif 000008
【図４】
2008294016.tif 000009