(57)【要約】【課題】  製造工程が簡単で安価であり、熱応力などにより破損することがないシャワーヘッドを提供する。【解決手段】  半導体製造装置内に導入するガスをウエハに対して噴射するためのシャワーヘッドであり、複数の貫通孔を有するセラミックスプレート１と、セラミックスプレート１を保持する金属製支持体２とが、バネ３で機械的に接続されている。また、セラミックスプレート１内の導電層は、バネ３及び金属製支持体２と電気的に接続することができる。バネ３は板材をレーザー加工又は放電加工で切り抜いた板バネで、厚さ及びバネ幅が共に０.３〜２.０ｍｍであることが好ましい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造装置内に導入するガスをウエハに対して噴射するためのシャワーヘッドであって、複数の貫通孔を有するセラミックスプレートと、セラミックスプレートを保持する金属製支持体と、セラミックスプレートと金属製支持体を機械的に接続する複数のバネとを有することを特徴とするシャワーヘッド。
【請求項２】
前記セラミックスプレート内に導電層を有し、該導電層と前記バネ及び前記金属製支持体が電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のシャワーヘッド。
【請求項３】
前記バネは、前記シャワーヘッドの円周方向にほぼ等配間隔で３個以上配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のシャワーヘッド。
【請求項４】
前記バネの可動距離が１.０ｍｍ以上であることを特徴とする、請求１〜３のいずれかに記載のシャワーヘッド。
【請求項５】
前記バネの向きが、シャワーヘッド中心からバネとセラミックスプレートとの接続点を通る法線方向に対する角度で３０°以上であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のシャワーヘッド。
【請求項６】
前記バネの材質は、アルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のシャワーヘッド。
【請求項７】
前記セラミックスプレートは、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素のいずれかを主成分とすることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のシャワーヘッド。
【請求項８】
前記金属製支持体の材質は、アルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のシャワーヘッド。
【請求項９】
前記バネは、板材をレーザー加工又は放電加工で切り抜いたもの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シャワーヘッド。
【請求項１０】
前記板状バネの厚さが０.３〜２.０ｍｍであることを特徴とする、請求項９に記載のシャワーヘッド。
【請求項１１】
前記板状バネのバネ幅が０.３〜２.０ｍｍであることを特徴とする、請求項９又は１０に記載のシャワーヘッド。
【請求項１２】
前記請求項１〜１１のいずれかに記載のシャワーヘッドを搭載した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、半導体製造装置に使用さら、装置内に導入するガスをウエハに対して噴射するための可能なシャワーヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハを処理する枚葉式の半導体製造装置においては、半導体ウエハの表面にエッチング処理を施したり、あるいは膜形成を実施したりする際に、装置内でのガスの流れの不均一さに起因して、エッチングや形成された膜の品質がばらつくことが問題となっている。
【０００３】
そこで、半導体製造装置内に導入するガスを予備加熱し、ウエハに対して均一に噴射するためのシャワーヘッドが提案されている。例えば特許第３２２４６２９号公報には、セラミックスからなる盤状基体に複数のガス導入孔を設け、抵抗発熱体を盤状基体に埋設したガス供給用部材が開示されている。具体的には、窒化ケイ素やアルミナ、サイアロン、窒化アルミニウムなどのセラミックス中に抵抗発熱体を設け、多数のガス導入孔を設けることで、ＴｉＣｌ４などの常温で液体の材料を含むガスを成膜装置内へ導入するのに際し、ＴｉＣｌ４などが凝結するのを防止し、安定してウエハ上への成膜やクリーニングが行えるとしている。
【０００４】
また、特開２００１−２７４１０３公報には、基材の厚みを５ｍｍ以下とし、複数の貫通孔を有するセラミックス焼結体基材と、このセラミックス焼結体基材に形成された導電層とを備えるガスシャワー体が開示されている。また、ガスシャワー体の製造方法として、導電層を形成したセラミックス焼結体基材に第２のセラミックス基材を接着する手法が開示されている。
【特許文献１】特許第３２２４６２９号公報
【特許文献２】特開２００１−２７４１０３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したシャワーヘッドは、供給するガスの流れを均一にする手段として非常に有用なものである。しかし、シャワー基板又はガスシャワー体はセラミックス基板から形成されているため、シャワーヘッドを構成する場合には、そのセラミックス基板の外周部を金属製支持体で保持あるいは支持する必要がある。
【０００６】
そのため、セラミックス基板の外周部を金属製支持体に直接固定してシャワーヘッドとすると、製造工程が煩雑でコストが高くなりやすいうえ、セラミックス基板と金属製支持体の熱膨張係数の違いから、熱応力によってセラミック基板が破損してしまうといった問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記した従来の事情に鑑み、安価で破損しにくいシャワーヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明者らは、複数の貫通孔を有するセラミックスプレートを金属製支持体にバネを用いて機械的に接続することで、安価で破損しにくいシャワーヘッドを考案した。特にバネを介することによって、セラミックスプレート内の導電層と金属製支持体を電気的に接続することが可能となる。
【０００９】
即ち、本発明が提供するシャワーヘッドは、半導体製造装置内に導入するガスをウエハに対して噴射するためのシャワーヘッドであって、複数の貫通孔を有するセラミックスプレートと、セラミックスプレートを保持する金属製支持体と、セラミックスプレートと金属製支持体を機械的に接続するバネとを有することを特徴とするものである。
【００１０】
上記本発明のシャワーヘッドは、特に好ましい態様として、前記セラミックスプレート内に導電層を有し、該導電層と前記バネ及び前記金属製支持体が電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１１】
上記本発明のシャワーヘッドにおいて、前記バネが前記シャワーヘッドの円周方向にほぼ等配間隔で３個以上配置されていることが好ましい。また、前記バネの可動距離は、１.０ｍｍ以上あることが好ましい。更に、前記バネの向きは、シャワーヘッド中心からバネとセラミックスプレートとの接続点を通る法線方向に対する角度で３０°以上とすることが好ましい。
【００１２】
上記本発明のシャワーヘッドにおいて、前記バネの材質は、アルミニウム又はアルミニウム合金であることが好ましい。また、前記セラミックスプレートは、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素のいずれかを主成分とすることが好ましい。更に、前記金属製支持体の材質は、アルミニウム又はアルミニウム合金であることが好ましい。
【００１３】
上記本発明のシャワーヘッドにおいて、前記バネは、板材をレーザー加工又は放電加工で切り抜いたものであることが好ましい。また、前記板状バネの厚さは０.３〜２.０ｍｍであることが好ましく、前記板状バネのバネ幅は０.３〜２.０ｍｍであることが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、上記したシャワーヘッドのいずれかを搭載した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】
【００１５】
本発明によれば、セラミックスプレートを用いたシャワー基板と金属製支持体とを、複数個のバネにより機械的に、更には電気的に接続することで、構造が簡単で非常に安価であると共に、ハンドリングや振動、熱膨張率差などによって破損することのないシャワーヘッドを提供することができる。従って、本発明のシャワーヘッドを使用することにより、ウエハのエッチングや成膜を均一にでき、しかも長期にわたって実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のシャワーヘッドにおいては、例えば図１に示すように、セラミックスプレート１と金属製支持体２とを複数のバネ３によって機械的に接続する。具体的には、バネ３の両端を、それぞれセラミックスプレート１と金属製支持体２にネジ４ａを用いて固定する。このようにバネを用いてセラミックスプレート１と金属製支持体２を接続することで、両者の熱膨張率の違いをバネにより吸収しながら、極めて簡単に保持することができる。また、このような構成にすることによって、セラミックスプレートの破損をなくすことができるだけでなく、簡単に製造でき、安価なシャワーヘッドを提供することが可能となる。
【００１７】
一般にシャワーヘッドに関しては、シャワーヘッド自身に発熱体を備えることで熱膨張し、あるいは、シャワーヘッドの下部に存在するウエハを搭載加熱するためのサセプタからの熱により加熱されて熱膨張する。また、近年のウエハの大口径化に伴い、シャワーヘッドに関しても大型化が進んでいる。このため、シャワーヘッドのセラミックスオウレートと、それを支持する金属製支持体との熱膨張量の差が非常に大きいため、この熱膨張量の差を上記のごとくバネで吸収することが有効となるのである。
【００１８】
また、シャワーヘッドのセラミックスプレート内に導電層を形成し、電圧を印加して高周波発生用電極回路の上部電極として機能させる、あるいは通電して抵抗発熱体によるヒータとして機能させることができる。このとき、セラミックスプレート内の導電層と金属製支持体とをバネを用いて電気的に接続し、給電の導入部とすることができる。また、シャワーヘッドの多数のガス噴射口に対して、その外側にバネを配置することで、ガスシャワーの噴流を乱すことはない。
【００１９】
セラミックスプレートと金属製支持体を機械的且つ電気的にバネ接続する場合は、円形のセラミックスプレートの外周部に円周方向に沿って概ね等配間隔で３個以上のバネを配置することが好ましい。例えば、１２０°ずつ３等配、９０°ずつ４等配、６０°ずつ６等配、４５°ずつ８等配などに設置することが好ましい。これにより、熱膨張と熱収縮がバランス良く行われるばかりではなく、導電層内の電位を可能な限り一定に保つことができる。例えば、高周波電極への給電をバラツキなく行うことで、プラズマを均一に発生させ、均一な成膜を実現することができる。
【００２０】
また、バネの可動距離を１.０ｍｍ以上とすることで、セラミックスプレートと金属製支持体の熱膨張係数差を確実に吸収することができる。例えば、可動距離が０.５ｍｍ程度のバネの場合には、バネの伸縮によって熱膨張量の差をカバーしきれず、セラミックスプレートが破損してしまう可能性がある。
【００２１】
セラミックスプレートと金属製支持体を接続するバネの向きは、図１に示すように、シャワーヘッド中心からバネ３とセラミックスプレート１との接続点を通る法線方向に対する角度θが３０°以上であることが好ましい。このようにバネの向きを法線方向に対して３０°以上の角度とすることで、セラミックスプレートの外側に伸びるバネ長さをできるだけ短くすることができ、従って金属製支持体を大きくする必要がなく、コンパクトな設計とすることができる。また、バネの向きを法線方向に対して６０°以上の角度とすると、一層コンパクトな設計とすることができ更に好ましい。
【００２２】
本発明で用いるバネの材質は、ＣＶＤ等の半導体プロセスに悪影響を及ぼすことがないよう、ニッケル又はニッケル合金、アルミニウム又はアルミニウム合金、ステンレスのいずれかが好ましい。これらの金属は、フッ素化合物等の腐食性ガスに対して比較的安定であり、耐食性に優れているからである。特にアルミニウム又はアルミニウム合金は、金属の中で最も耐食性が高く、パーティクルの発生が少ないため最も好ましい。その理由は、アルミニウムが最近特に使用されているフッ素系ガスと反応してフッ化アルミニウムを生成するが、このフッ化アルミニウムは比較的融点も高いため、フッ素系ガスに腐食されることが少なく、不動態膜化するためである。
【００２３】
また、近年では、シャワーヘッドに付着した膜を除去するために、フッ素系ガスを用いて、シャワーヘッドを含めたチャンバー内をクリーニングする。このため、シャワーヘッドの基板の材質としてはセラミックスが望ましい。即ち、セラミックスプレートは、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ムライト、窒化ホウ素などを主成分とすることにより、腐食性ガスへの耐性が強く、製品の寿命を長くすることができるため好ましい。特に窒化アルミニウムは熱伝導率が高く、プレート内の温度分布が発生しにくく、局所的な熱が加わっても破損することが少ないため好ましい。更に窒化アルミニウムは、アルミニウムと同様にフッ化アルミニウムが表面に不動態膜として生成しやすいため、比較的耐食性に優れている点でも好ましい。
【００２４】
また、金属性支持体の材質は、バネの材質と同じく、ＣＶＤ等の半導体プロセスに悪影響を及ぼすことがないよう、ニッケル又はニッケル合金、アルミニウム又はアルミニウム合金、ステンレスのいずれかであることが好ましい。これらの金属は、フッ素化合物等の腐食性ガスに対して比較的安定であり、耐食性に優れているからである。特にアルミニウム又はアルミニウム合金は、金属の中で最も耐食性が高く、パーティクルの発生が少ないため最も好ましい。また、金属製支持体がアルミニウム又はアルミニウム合金の場合、必要に応じてアルマイト処理を施すことで絶縁被覆を形成することができる。
【００２５】
本発明で用いるバネは、板材をレーザー加工又は放電加工で切り抜いた板状構造であることが好ましい。コイルバネを使用すると、取り付けたときコイルの直径分がシャワーヘッドの高さ方向に突出してしまうため、コンパクトな設計ができなくなる。バネ強度を保持するために断面積を確保しながらコンパクト設計を行うためには、板状材料からのバネ切り出しが最も有効であり、安価に精度良く仕上げるためにはレーザー加工又は放電加工を用いることが好ましい。特にアルミニウムなどは比較的やわらかい金属であるため、機械加工で作製すると変形などを起こしやすく、形状が制約されることが多い。
【００２６】
上記板状構造のバネが適度な弾性を保つためには、板厚は０.３〜２.０ｍｍであることが好ましい。また、バネ幅（バネ部の幅）に関しても、同様に０.３〜２.０ｍｍであることが好ましい。上記板厚やバネ幅が２.０ｍｍを超えると、剛性が強くなり、バネとして弾性変形するよりも塑性変形を起こしてしまい、熱膨張が生じたあと元に戻らなくなる。また、上記板厚やバネ幅が０.３ｍｍ未満では、バネ形状を自身で保持することができず、垂れ下がったり、バネの各部でひっかかったりするばかりでなく、給電部としても不安定で好ましくない。
【００２７】
このように、本発明においては、シャワーヘッドを、セラミックスプレートと金属製支持体とに機能を分け、両者をバネ構造で接続することによって、全てをセラミックスで作製するよりも安価で且つ破損しにくく、また全てを金属で作製するよりも長寿命の製品を提供することが可能となり、しかも長期使用により損耗した時には損耗部分のみを交換することも可能となる。
【００２８】
また、本発明において、バネをセラミックスプレート及び金属製支持体に接続する手法としては、リベットで固定するか、あるいはネジ止めするなどの手法を選択することができるが、特にその手法に対して制約はない。このときのリベットやネジは、金属製支持体やバネと同材質であることが好ましい。その理由は、金属製支持体部を含めて全体に熱が加わることが多いため、それぞれの部品間で熱膨張係数の大きく異なる材料を使用すると、破損や接触不良などを起こす恐れがあるからである。
【００２９】
セラミックスプレート内に埋設する導電層の材質としては、熱膨張係数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、ニクロムなどを用いることができる。特に耐食性と均熱性に優れる窒化アルミニウムのセラミックスプレートの場合には、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。これらの材質は融点が非常に高いため、窒化アルミニウムと同時に焼結することができる。また、これらの材質はメッシュや箔に加工して、成形体中に埋設し、焼結することができる。
【００３０】
また、セラミックスプレートに形成する導電層として、高周波発生用電極（ＲＦ電極）や抵抗発熱体はタングステンを主成分とすることが好ましく、タングステン回路は厚膜印刷により形成されていることが好ましい。タングステンを主成分とするＲＦ電極や抵抗発熱体は、１２インチ又はそれ以上の大きさのウエハに対しても、窒化アルミニウムなどのセラミックスとの熱膨張係数差が少ないことから、製造時や使用時の反り又は変形などを最も低く抑えることができるため好ましい。
【００３１】
また、タングステンからなる導電層のシート抵抗値は、５０ｍΩ／□以下であることが好ましい。シート抵抗値を５０ｍΩ／□以下とすることによって、ＲＦ電極では一層均一なプラズマを発生できるようになると共に、抵抗発熱体に関してはより低い電圧で容易に温度を制御することができるため好ましい。シート抵抗値は、３０ｍΩ／□がより好ましく、１０ｍΩ／□であれば更に好ましい。
【００３２】
ＲＦ電極及び抵抗発熱体など導電層の厚みは、３〜１００μｍであることが好ましい。３μｍ未満であれば、ＲＦ電極や発熱体の抵抗が大きくなるので、ＲＦ電極の場合は電極自身が発熱してウエハにまで影響し、ウエハの均熱性が損なわれる。また発熱体の場合は、発熱体に加わる電圧が高くなるため、絶縁破壊などが高温領域で発生することがある。また、導電層の膜厚が１００μｍを超えると、セラミックスとＲＦ電極や発熱体との密着性が悪くなり、隙間が生じて均一なプラズマを発生できなくなったり、発熱体の断線などが発生したりするため好ましくない。
【００３３】
上記のようなシャワーヘッドは、ＲＦ電極や抵抗発熱体を埋設した未焼成のセラミックス成形体を、９.８ｋＰａ以上の圧力を加えて焼結することにより得ることができる。また、ＲＦ電極や抵抗発熱体を形成したセラミックス焼結体と、その上に接合するセラミックス焼結体とを重ね合わせて、接合層を介して加熱接合する際に、両方のセラミックス焼結体に９８ｋＰａ以上の圧力を加えて接合することによっても得ることができる。更に、ＲＦ電極や抵抗発熱体を埋設したセラミックス焼結体を、９８ｋＰａ以上の圧力を加えて加熱することによっても得ることができる。
【００３４】
また、ＲＦ電極や抵抗発熱体の形状としては、特に制約はなく、メッシュ状の金属や、膜状や箔状の金属などを選択することができる。このため、埋設するＲＦ電極の場合、材質や厚み、表面積などによってインピーダンスが決まる。しかしながら、最もインピーダンスの低いメッシュの場合であっても、セラミックス内に埋設できるメッシュの線径には限界があり、例えばホットプレスなどの手法で埋設する場合のメッシュの線径が１ｍｍ以下である。１ｍｍを超える線径の場合は、シャワーヘッドに加わる温度サイクルによって、セラミックスとメッシュとの間が剥離することがあるため好ましくない。また、抵抗発熱体に関しても、上記ＲＦ電極と同様に、埋設するメッシュの線径が１ｍｍを超えると、やはり剥離する場合があるため好ましくない。
【００３５】
尚、金属メッシュをＲＦ電極として使用した場合、ウエハ載置面の直下に金属メッシュを構成する金属ワイヤーが存在する場合と存在しない場合とで、ウエハ載置面からＲＦ電極までの距離が微妙に異なるため、プラズマの不均一を生じることがある。また、金属メッシュでは、アース線に対して同一の距離にあるウエハ載置面であっても、金属ワイヤーを編んでいるために、一直線でアース線に繋がっている部分と、２直線で繋がっている部分とで、インピーダンスが異なることなる。この現象は、メッシュが粗いと特に顕著であり、５メッシュ以下では特に顕著である。しかし、ＲＦ電極を金属箔で形成すれば、上記のような問題を解消することができる。
【００３６】
即ち、シャワーヘッドのどの場所においても、その直上にＲＦ電極が存在し、且つアース線までどの場所をとっても直線で結ぶことができる。しかし、金属箔をセラミックスプレート中に挿入する場合、例えばセラミックス成形体中に金属箔を配置し、ホットプレスなどの手法でセラミックスを焼結させるが、金属箔とセラミックスとの間に充分な密着強度が得られないことがある。このような事情から、ＲＦ電極や抵抗発熱体は、スクリーン印刷などの方法で形成することも可能である。スクリーン印刷においては、面内で比較的均一な膜を形成することができるため、上記のような問題が生じにくい利点がある。
【００３７】
上記したセラミックスプレートの作製方法としては、３通りある。先ず一つの方法は、セラミックスのグリーンシートを準備する。例えば、グリーンシートの厚みを０.５ｍｍとし、ここにスクリーン印刷でＲＦ電極や抵抗発熱体を印刷して形成する。その上に、印刷していないシートを積層してラミネートする。このとき、発熱体回路を印刷したシートとＲＦ電極を印刷したシートの両方を積層することも可能である。これを脱脂し、焼結してセラミックスプレートとする。
【００３８】
そのとき使用する治具を形成したいＲＦ電極の形状とし、その上に成形体をセットし、更にその上に成形体の下側にセットした治具とは反対の形状を有する治具をセットして、脱脂、焼結することで、所定のＲＦ形状を有するセラミックスプレートを形成することが可能である。このとき、焼結時に成形体に所定の圧力を加えることで、所定の形状に形成することができる。
【００３９】
このとき加える温度は、焼結温度よりも低い温度から加えるが、焼結温度より５００℃以上低い温度で圧力を加えると、成形体が破損することがあるため好ましくない。焼結時に加える圧力は９.８ｋＰａ以上であれば良い。これより低い圧力の場合、焼結時に所定の形状に変形しない場合があるため好ましくない。また、加える圧力は、焼結温度より２００℃以上低い温度まで加え続けることが好ましい。これより高い温度で圧力を開放すると、所定の形状に変化しないことがあるため好ましくない。
【００４０】
また、脱脂の際に使用する治具は、多孔質の治具が好ましく、例えばカーボンやグラファイト、窒化ホウ素（ＢＮ）の成形体等が挙げられる。また、焼結時に使用する治具に関しては、常圧焼結する場合は、ＢＮ成形体などの潤滑性を有する治具が好ましく、ホットプレスなどを使用する場合には、カーボンやグラファイトの治具が好ましい。
【００４１】
また、積層するシートの間に、金属箔や、メッシュを挟み込んでラミネートし、ホットプレスすることで作製することもできる。このようにして得られた焼結体の表面を加工することで、セラミックスプレートとすることができる。
【００４２】
別の方法として、成形体や脱脂体を平坦な治具を使用して焼結し、その焼結体を上記と同様にＲＦ電極形状になるように設計された治具を用いてホットプレスする。ホットプレス時に焼結体に圧力を加え始める温度は、焼結体が焼結された温度より２００℃低い温度以上の温度が必要である。この程度の温度であれば、セラミックス自身も比較的軟化しており、ホットプレスによる加重でセラミックス焼結体が破損しないため好ましい。２００℃を越えて低い温度で急激に圧力を加えると、焼結体が破損する恐れがあるため好ましくない。
【００４３】
また、このとき加える圧力は９８ｋＰａ以上であることが好ましい。９８ｋＰａ未満の低い圧力の場合、焼結体が所定の形状に変形しないことがある。このような製造方法をとることで、ＲＦ電極のセラミックス中における埋設位置は、設計値に対し０.５ｍｍ以下のバラツキに抑えることができる。上記のように高温中でセラミックス焼結体を変形させるため、容易に治具の形状に沿って変形することができるためである。更に４９０ｋＰａ以上の圧力を加えると、所定の設計値に対して埋設位置を０.１ｍｍ以下のバラツキに形成できるため特に好ましい。
【００４４】
また、予めプレス成形などの手法を用いて成形体を作製し、この成形体の間に金属箔や金属メッシュを挟み込み、ホットプレスする方法もある。このとき、成形体の形状を予め設計したＲＦ電極の形状に合わせて変形させ、ホットプレスすればよい。加える圧力は金属メッシュや箔を挟み込んでいるため、９８ｋＰａ以上の圧力が必要である。９８ｋＰａ未満の圧力では、メッシュや金属箔などがセラミックスに十分に密着しない場合があるため好ましくない。
【００４５】
このような方法をとることにより、ＲＦ電極のセラミックス中における埋設位置を、設計値に対して０.５ｍｍ以下のバラツキに抑えることができる。これは、上記のように高温中でセラミックスを変形させるため、容易に治具の形状に沿って変形することができるためである。更に４９０ｋＰａ以上の圧力を加えると、所定の設計値に対して埋設位置を０.１ｍｍ以下のバラツキに形成できるため特に好ましい。
【実施例】
【００４６】
［実施例１］
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末９９.５重量部と、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）０.５重量部を添加し、アクリルバインダーと有機溶剤を加え、ボールミルにて２４時間混合して、ＡｌＮスラリーを作製した。このスラリーをスプレードライにて顆粒を作製し、プレス成形した後、窒素雰囲気中にて７００℃で脱脂し、窒素雰囲気中にて１９００℃で焼結した。このようにして、直径３３０ｍｍで、厚み２ｍｍの焼結体１枚と、厚み１０ｍｍの焼結体１枚を作製した。
【００４７】
厚さ１０ｍｍのＡｌＮ焼結体の片面に、スクリーン印刷にてＷペーストでＲＦ電極用回路を形成した。使用したＷペーストは、平均粒径が２.０μｍのＷ粉末にＹ２Ｏ３を０.５重量％加え、更にバインダーと溶剤を加えて作製した。混合にはポットミルと三本ロールを用いた。回路の印刷後、窒素雰囲気中で脱脂を行い、窒素雰囲気中にて１８５０℃で焼成した。焼成後のＲＦ電極の厚みは２０μｍであった。
【００４８】
このＡｌＮ焼結体のＲＦ電極形成側の面に、厚み２ｍｍのＡｌＮ焼結体を重ね合わせ、ホットプレスにて１８００℃の熱処理を行って接合した。このときホットプレスに使用するＢＮ冶具やカーボン治具、グラファイト治具などのＡｌＮ焼結体との接触面の形状を管理しながら、ＲＦ電極の埋設位置を制御した。また、接合時に１７５０℃までは圧力を加えず、１７５０℃から圧力を加え、最終的に２.２ＭＰａ（２０ｔ）の圧力を加え、圧力を加えたままで常温まで冷却した。
【００４９】
得られたＡｌＮプレートに研磨等の加工を施し、またシャワー用の貫通孔などを形成して、シャワーヘッド用のセラミックスプレートとした。また、金属製支持体とバネを介して機械的且つ電気的に接続できるように、セラミックスプレートの外周ＰＣＤ１６０ｍｍ部に、バネをネジ止めするための直径３.２ｍｍのネジ止め穴を等間隔に８箇所形成した。
【００５０】
一方、アルミニウム合金Ａ６０６１材を機械加工し、シャワーヘッドの外枠となる金属製支持体を作製した。この金属製支持体の枠内側部に、上記セラミックスプレートを嵌め合わせ可能なつば構造を形成すると共に、セラミックスプレート接続のためのネジ止め穴（Ｍ３雌ネジ）を８箇所等間隔に設けた。
【００５１】
上記セラミックスプレートと金属製支持体を接続するバネは、幅８ｍｍ、全長５０ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム合金Ａ６０６１材を、レーザー加工又は放電加工して形成した。バネの形状は、図２に示すように、平面上で４０°の角度に屈曲を８回繰り返した構造とし、屈曲したバネ部のバネ幅は１ｍｍとした。バネ３の両側端部には、直径３.２ｍｍのネジ止め穴を設けた。このバネ３は、バネの弾性範囲内で長手方向に１ｍｍ以上、長手方向に対し９０°方向に１ｍｍ以上動くことが可能な構造となっている。
【００５２】
次に、図１に示すように、上記セラミックスプレート１を金属製支持体２に嵌め込み、双方のネジ止め穴に上記バネ３の両側端部のネジ止め穴をそれぞれ合わせて、Ａｌ製のＭ３のネジ４ａで固定した。その際、８個のバネ３を使用し、バネ３の内側ネジ止め穴をセラミックスプレート１の外周部のネジ止め穴に固定して、且つバネ３の取り付け長さによって金属製支持体２が大きくなり過ぎないように、バネ３の向きがシャワーヘッド中心からバネ３の内側ネジ止め穴（セラミックスプレート１との接続点）を通る法線方向に対する角度θ＝６５°となるように取り付けた。
【００５３】
このようにして作製したシャワーヘッドを上部ＲＦ電極として用い、通常のプラズマＣＶＤの成膜条件に従って成膜を実施した。その結果、シャワーヘッドは、プラズマから受ける熱により２５０℃まで温度が上昇したが、シャワーヘッドのセラミックスプレートは破損することなく、形状を保持できることを確認した。
【００５４】
［実施例２］
上記実施例１と同様に、ＡｌＮ粉末９９.５重量部と、Ｙ２Ｏ３０.５重量部を添加し、アクリルバインダーと有機溶剤を加え、ボールミルにて２４時間混合して、ＡｌＮスラリーを作製した。このスラリーをスプレードライにて顆粒を作製し、プレス成形した後、窒素雰囲気中にて７００℃で脱脂し、窒素雰囲気中にて１９００℃で焼結した。このようにして、直径３３０ｍｍで、厚み２ｍｍの焼結体１枚と、厚み１０ｍｍの焼結体１枚を作製した。
【００５５】
厚さ１０ｍｍのＡｌＮ焼結体の片面に、スクリーン印刷にてＷペーストで抵抗発熱体回路を形成した。使用したＷペーストは、平均粒径が２.０μｍのＷ粉末にＹ２Ｏ３を０.５重量％加え、更にバインダーと溶剤を加えて作製した。混合にはポットミルと三本ロールを用いた。回路の印刷後、窒素雰囲気中で脱脂を行い、窒素雰囲気中にて１８５０℃で焼成した。焼成後の抵抗発熱体の厚みは２０μｍであった。
【００５６】
このＡｌＮ焼結体の抵抗発熱体形成側の面に、厚み２ｍｍのＡｌＮ焼結体を重ね合わせ、ホットプレスにて１８００℃の熱処理を行って接合した。また、接合時は１７５０℃までは圧力を加えず、１７５０℃から圧力を加え、最終的に２.２ＭＰａ（２０ｔ）の圧力を加え、圧力を加えたままで常温まで冷却した。得られたＡｌＮプレートに研磨等の加工を施し、またシャワー用の貫通孔などを形成して、シャワーヘッド用のセラミックスプレートとした。また、金属製支持体とバネを介して機械的且つ電気的に接続できるように、セラミックスプレートの外周ＰＣＤ１６０ｍｍ部に、バネをネジ止めするための直径３.２ｍｍのネジ止め穴を等間隔に６箇所形成した。
【００５７】
一方、アルミニウム合金Ａ６０６１材を機械加工し、シャワーヘッドの外枠となる金属製支持体を作製した。この金属製支持体の枠内側部に、上記セラミックスプレートを嵌め合わせ可能なつば構造を形成すると共に、セラミックスプレートとの接続のためのネジ止め穴（Ｍ３雌ネジ）を６箇所等間隔に設けた。
【００５８】
上記セラミックスプレートと金属製支持体を接続するバネは、幅８ｍｍ、全長５０ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム合金Ａ６０６１材を、レーザー加工又は放電加工して形成した。バネの形状は、平面上で４０°の角度に屈曲を８回繰り返した構造とし、屈曲したバネ部のバネ幅は１ｍｍとした。バネの両側端部には、直径３.２ｍｍのネジ止め穴を設けた。このバネは、バネの弾性範囲内で長手方向に１ｍｍ以上、長手方向に対し９０°方向に１ｍｍ以上動くことが可能な構造となっている。
【００５９】
次に、上記セラミックスプレートを金属製支持体に嵌め込み、双方のネジ止め穴にバネの両側端部のネジ止め穴をそれぞれ合わせて、Ａｌ製のＭ４のネジで固定した。その際、６個のバネ３を使用し、バネの内側ネジ止め穴をセラミックスプレート１の外周部のネジ止め穴に固定し、且つバネの取り付け長さによって金属製支持体が大きくなり過ぎないように、バネの向きがシャワーヘッド中心からバネの内側ネジ止め穴（セラミックスプレートとの接続点）を通る法線方向に対する角度θ＝６５°となるように取り付けた。
【００６０】
このようにして作製したシャワーヘッドを用い、抵抗発熱体に通電して、通常のプラズマＣＶＤの成膜条件に従って成膜を実施した。その際、シャワーヘッドは３００℃まで温度が上昇したが、シャワーヘッドのセラミックスプレートは破損することなく、形状を保持できることを確認した。
【００６１】
［比較例１］
ＲＦ電極を備えたシャワーヘッドを上記実施例１と同様にして製造したが、その際に図３に示すように、バネを用いずに、セラミックスプレート１の外周部ＰＣＤ１６０ｍｍの位置で、セラミックスプレート１と金属製支持体２を８個のＭ３のＡｌ製のネジ４ｂを用いて固定した。
【００６２】
得られたシャワーヘッドを用いて、実施例１と同様に成膜を実施した結果、シャワーヘッドはプラズマから受ける熱により２５０℃まで温度が上昇し、セラミックスプレートは固定用のネジ穴部からクラックが入り、破損してしまった。
【００６３】
［比較例２］
ＲＦ電極を備えたシャワーヘッドを上記実施例１と同様にして製造したが、図４に示すように、セラミックスプレート１と金属製支持体２を接続する際に、セラミックスプレート１の外周部ＰＣＤ１６０ｍｍの位置に概ね１２０°ずつの角度で３ケ所のネジ穴を設け、そのうち２ケ所のみを上記実施例１と同じバネ３を用いて接続し、残り１ケ所をＭ３のＡｌ製のネジ４ｂを用いて固定した。
【００６４】
得られたシャワーヘッドを用いて、実施例１と同様に成膜を実施した結果、シャワーヘッドはプラズマから受ける熱により２５０℃まで温度が上昇しが、セラミックスプレートは破損を免れることができた。しかし、１ケ所の固定ねじを中心に熱膨張したため、プラズマが偏って生成し、均一に成膜することができなかった。
【００６５】
［比較例３］
上記実施例１と同様にしてシャワーヘッドを作製したが、バネは、バネの弾性範囲内で長手方向に０.５ｍｍまで、長手方向と９０°方向に０.５ｍｍまで動くことが可能なバネを使用した。
【００６６】
このシャワーヘッドを用いて、実施例１と同様に成膜を実施した結果、２５０℃まで温度が上昇した際にバネが０.５ｍｍ以上伸ばされて塑性変形していまい、常温状態で元の形状を保持することができなくなった。
【００６７】
［比較例４］
上記実施例１と同様にしてシャワーヘッドを作製したが、バネの向きを、シャワーヘッド中心からバネの内側ネジ止め穴を通る法線方向に対する角度θ＝２０°となるように設計した。しかし、金属製支持体が大きくなり過ぎて、コンパクト性が失われる結果となった。
【００６８】
［比較例５］
上記実施例１と同様にしてシャワーヘッドを作製したが、使用したバネの厚さ又はバネ幅を０.２ｍｍとした。しかし、バネが緩すぎて形状を保つことができないばかりか、給電部としては非常に不安定であることが確認された。
【００６９】
また、バネの厚さ又はバネ幅を２.５ｍｍにすると、バネが強すぎてバネの膨張時に塑性変形をしてしまい、元の形状に戻らなくなってしまった。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明のシャワーヘッドの具体例であり、（ａ）は概略の正面図及び（ｂ）は概略の断面図である。
【図２】実施例で用いた本発明によるバネを示す概略の正面図である。
【図３】比較例１のシャワーヘッドであり、（ａ）は概略の正面図及び（ｂ）は概略の断面図である。
【図４】比較例２のシャワーヘッドを示す概略の正面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１      セラミックスプレート
２      金属製支持体
３      バネ
４ａ、４ｂ      ネジ
【図１】
2008294017.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008294017.tif 000005
【図４】
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