JP2007055853A - Method of manufacturing ceramic composite material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体・液晶製造装置、特に、プラズマ処理装置に好適に用いることができるセラミックス複合材料の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic composite material that can be suitably used in a semiconductor / liquid crystal manufacturing apparatus, in particular, a plasma processing apparatus.
従来、半導体製造装置に用いられる耐プラズマ性セラミックス部材としては、アルミナセラミックスが用いられていた。
しかしながら、アルミナセラミックス部材は、プラズマ処理工程において、腐食性ガス雰囲気下でプラズマに曝されると、徐々に腐食が進行し、表面を構成する結晶粒子が脱落し、半導体ウエハに付着し、半導体の性能や信頼性が損なわれるという課題を有していた。
CVD処理工程においても、処理後のクリーニング時に、窒化フッ素等のフッ素系ガス雰囲気下でプラズマに曝されることから、同様に、腐食性ガスおよびプラズマに対する耐食性が求められる。
Conventionally, alumina ceramics have been used as plasma-resistant ceramic members used in semiconductor manufacturing equipment.
However, when the alumina ceramic member is exposed to plasma in a corrosive gas atmosphere in the plasma processing step, the corrosion gradually proceeds, the crystal particles constituting the surface fall off, adhere to the semiconductor wafer, It had the subject that performance and reliability were impaired.
Also in the CVD process, since it is exposed to plasma in a fluorine-based gas atmosphere such as fluorine nitride at the time of cleaning after the process, similarly, corrosion resistance against corrosive gas and plasma is required.
このため、腐食性ガスに対する耐食性にも優れたセラミックスとして、イットリアセラミックスも用いられていたが、イットリアセラミックスは、高価であり、また、アルミナセラミックスに比べて強度に劣り、大きさや形状によっては、製造が困難な場合もあった。 For this reason, yttria ceramics were also used as ceramics with excellent corrosion resistance against corrosive gases. However, yttria ceramics are expensive and inferior in strength to alumina ceramics. It was sometimes difficult.
これに対しては、例えば、アルミニウム、ステンレスまたは窒化アルミニウム等からなる基材表面に、イットリア等の耐プラズマ性セラミックスの溶射薄膜を形成した部材も提案されているが、基材表面に均一な密着力で溶射被膜を形成することは、必ずしも容易ではなかった(特許文献1参照)。 In response to this, for example, a member in which a sprayed thin film of plasma-resistant ceramic such as yttria is formed on the surface of a base material made of aluminum, stainless steel, aluminum nitride or the like has been proposed. It was not always easy to form a sprayed coating by force (see Patent Document 1).
その他にも、基材とイットリアセラミックス等の耐プラズマ性セラミックスを組み合わせた接合体を得るために、例えば、焼嵌め等の機械的接合、ロウ付け、接着剤による貼り合わせ等により、強固に接合する方法が検討されている。
これらの方法のうち、接着剤を用いたセラミックスの接合は、簡便であり、使用環境に応じて接着剤を選択することが可能であることから、多用されている。
In addition, in order to obtain a joined body in which a base material and a plasma-resistant ceramic such as yttria ceramics are combined, for example, mechanical joining such as shrink fitting, brazing, bonding with an adhesive, and the like are firmly joined. A method is being considered.
Among these methods, joining of ceramics using an adhesive is simple and frequently used because an adhesive can be selected according to the use environment.
有機系接着剤としては、エポキシまたはシリコンゴム系の接着剤が一般的に用いられるが、これらの接着剤は、ガラス転移温度が200℃未満であるため、使用温度が200℃以上となる半導体装置用部材には、接着強度の低下やチャンバ内の汚染等の観点から、不向きであった。
このため、耐熱性に優れた接着剤としては、ガラス転移温度が200〜400℃程度のポリイミド系接着剤が用いられていた(例えば、特許文献2参照)。
As the organic adhesive, an epoxy or silicon rubber adhesive is generally used. Since these adhesives have a glass transition temperature of less than 200 ° C., a semiconductor device having a use temperature of 200 ° C. or higher. It was unsuitable for a member for use from the viewpoint of a decrease in adhesive strength and contamination in the chamber.
For this reason, as an adhesive excellent in heat resistance, a polyimide adhesive having a glass transition temperature of about 200 to 400 ° C. has been used (for example, see Patent Document 2).
また、無機系接着剤として、例えば、特許文献3に、ケイ酸ナトリウムを主成分とするアルカリ金属シリケートと無定形シリカ粉末をセラミックス骨材とが配合されたセラミックス用接着剤が開示されている。
しかしながら、前記ポリイミド系接着剤は、液状であり、塗布する際、他の有機系接着剤と同様に、接着層に気泡を生じやすく、均一に塗布することが困難であり、被着体の形状によっては、接着剤がはみ出す場合があった。 However, the polyimide-based adhesive is in a liquid state, and when applied, like other organic adhesives, bubbles are easily generated in the adhesive layer, and it is difficult to apply uniformly, and the shape of the adherend Depending on the case, the adhesive sometimes protrudes.
また、前記無機系接着剤によれば、発泡しない均一な接着層を形成することが可能であるが、半導体装置用部材においては、アルカリ金属は含まれていないことが望ましいため、適した接着剤であるとは言えない。 In addition, according to the inorganic adhesive, it is possible to form a uniform adhesive layer that does not foam, but it is desirable that the alkali metal is not contained in the semiconductor device member. I can't say that.
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、均一で、気泡のない接着層で接合され、200℃以上の高温下での接着強度にも優れ、半導体・液晶製造装置等、特に、プラズマ処理装置用の部材として好適に使用することができるセラミックス複合部材の製造方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above technical problem, and is bonded with an adhesive layer that is uniform and free of bubbles, and has excellent adhesive strength at a high temperature of 200 ° C. or higher. In particular, an object of the present invention is to provide a method for producing a ceramic composite member that can be suitably used as a member for a plasma processing apparatus.
本発明に係るセラミックス複合材料の製造方法は、セラミックス基材とイットリアセラミックス焼結体との間に、熱分解温度が300℃以上、ガラス転移温度が180℃以上である熱融着型ポリイミドフィルムを挟んで加圧・加熱し、250℃以下での引張強度が0.3MPa以上である接着面を形成することを特徴とする。
上記方法により、加工が比較的容易なセラミックス基材と、耐プラズマ性に優れたイットリアセラミックス焼結体とを接合させることによって、均一で、気泡のない状態の接着層を形成することができるとともに、200℃以上の高温下でも優れた接着強度が得られる。
In the method for producing a ceramic composite material according to the present invention, a thermal fusion-type polyimide film having a thermal decomposition temperature of 300 ° C. or higher and a glass transition temperature of 180 ° C. or higher is provided between a ceramic substrate and a yttria ceramic sintered body. It is characterized in that an adhesive surface having a tensile strength of not less than 0.3 MPa at 250 ° C. or less is formed by pressing and heating between the layers.
By bonding a ceramic base material that is relatively easy to process and a yttria ceramic sintered body with excellent plasma resistance by the above method, an adhesive layer that is uniform and free of bubbles can be formed. Excellent adhesive strength can be obtained even at a high temperature of 200 ° C. or higher.
前記フィルムは、芳香族ポリイミドからなるフィルム基材の表面にポリイミド系接着剤が塗布されたもの、または、ポリイミド系接着剤のみからなるものが好適に用いられる。
液状の接着剤ではなく、熱融着するポリイミドを予めフィルム状に形成しておくことにより、接着層を均一で、気泡のない状態で形成することが可能となる。
As the film, those obtained by applying a polyimide adhesive to the surface of a film substrate made of aromatic polyimide, or those made only of a polyimide adhesive are preferably used.
It is possible to form the adhesive layer in a uniform and bubble-free state by preliminarily forming a film to be thermally fused polyimide instead of a liquid adhesive.
上述したとおり、本発明に係るセラミックス複合材料の製造方法によれば、均一で、気泡のない接着層で接合され、200℃以上の高温下での接着強度にも優れたセラミックス複合材料が得られる。
したがって、前記セラミックス複合材料は、半導体・液晶製造装置等、特に、プラズマ処理装置用の部材として好適に使用することができる。
また、耐プラズマ性セラミックス部材を作製するにあたり、本発明に係る製造方法を用いれば、高価で、かつ、複雑な形状の加工が困難であるなイットリアセラミックスの使用量を抑制することができるため、コスト面においても有利である。
As described above, according to the method for producing a ceramic composite material according to the present invention, a ceramic composite material that is bonded with an adhesive layer that is uniform and free of bubbles and has excellent adhesive strength at a high temperature of 200 ° C. or higher can be obtained. .
Therefore, the ceramic composite material can be suitably used as a member for a semiconductor / liquid crystal manufacturing apparatus or the like, particularly a plasma processing apparatus.
Further, in producing a plasma-resistant ceramic member, if the production method according to the present invention is used, the amount of yttria ceramics that are expensive and difficult to process complicated shapes can be suppressed. This is also advantageous in terms of cost.
以下、本発明について、より詳細に説明する。
本発明に係るセラミックス複合材料の製造方法は、セラミックス基材とイットリアセラミックス焼結体との間に、熱分解温度が300℃以上、ガラス転移温度が180℃以上である熱融着型ポリイミドフィルムを挟んで加圧・加熱し、接着する方法に関するものである。
そして、これにより、セラミックス基材とイットリアセラミックス焼結体との接着面が、250℃以下での引張強度が0.3MPa以上であるセラミックス複合材料を得ることを特徴とする。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
In the method for producing a ceramic composite material according to the present invention, a thermal fusion-type polyimide film having a thermal decomposition temperature of 300 ° C. or higher and a glass transition temperature of 180 ° C. or higher is provided between a ceramic substrate and a yttria ceramic sintered body. The present invention relates to a method of adhering by pressurizing and heating.
As a result, a ceramic composite material in which the adhesive surface between the ceramic base material and the yttria ceramic sintered body has a tensile strength at 250 ° C. or less of 0.3 MPa or more is obtained.
すなわち、本発明に係るセラミックス複合材料は、耐熱性に優れた熱融着型ポリイミドフィルムを接着剤として用いて、加工が比較的容易なセラミックス基材に、耐プラズマ性に優れたイットリアセラミックス焼結体を接合させたものである。
このような方法でセラミックス同士を接合させることにより、均一で、気泡のない状態の接着層を形成することができ、しかも、200℃以上の高温下でも優れた接着強度を得ることができる。
また、上記方法によりセラミックス複合材料を製造すれば、高価で、かつ、複雑な形状の加工が困難であるなイットリアセラミックスの使用量を抑制することができるため、コスト面においても有利である。
That is, the ceramic composite material according to the present invention uses a heat-fusion type polyimide film excellent in heat resistance as an adhesive, and a yttria ceramic sintered excellent in plasma resistance on a ceramic substrate that is relatively easy to process. The body is joined.
By bonding ceramics by such a method, an adhesive layer that is uniform and free of bubbles can be formed, and excellent adhesive strength can be obtained even at a high temperature of 200 ° C. or higher.
In addition, if a ceramic composite material is manufactured by the above method, the amount of yttria ceramics that are expensive and difficult to process complicated shapes can be suppressed, which is advantageous in terms of cost.
前記イットリアセラミックスは、半導体・液晶製造装置等、特に、プラズマ処理装置用の部材として好適に用いるためには、腐食性ガス、プラズマに対する耐食性が求められるため、純度99.9%以上であることが好ましい。
また、セラミックス基材およびイットリアセラミックス焼結体の接合面は、接着強度を高めるため、表面粗さRaを接着層の厚さ以下となるように、研削加工しておくことが好ましい。
The yttria ceramic is required to have a corrosion resistance against corrosive gas and plasma in order to be suitably used as a member for a semiconductor / liquid crystal manufacturing apparatus or the like, particularly a plasma processing apparatus. preferable.
Moreover, it is preferable to grind the joining surface of the ceramic base material and the yttria ceramic sintered body so that the surface roughness Ra is equal to or less than the thickness of the adhesive layer in order to increase the adhesive strength.
また、本発明において用いられる熱融着型ポリイミドフィルムは、芳香族ポリイミドからなるフィルム基材の表面にポリイミド系接着剤が塗布されたものが好適に用いられる。あるいはまたは、フィルム状のポリイミド系接着剤のみからなるものであってもよい。
いずれの場合であっても、本発明においては、液状の接着剤ではなく、熱融着するポリイミドを予めフィルム状に形成しておくことにより、接着層を均一で、気泡のない状態で形成することが可能となる。
In addition, as the heat fusion type polyimide film used in the present invention, a film base material made of an aromatic polyimide with a polyimide adhesive applied thereto is preferably used. Alternatively, it may be composed only of a film-like polyimide adhesive.
In any case, in the present invention, the adhesive layer is formed in a uniform and bubble-free state by previously forming a polyimide film to be thermally fused instead of a liquid adhesive. It becomes possible.
本発明に係る複合セラミックス材料は、半導体製造装置等において、150〜200℃程度で使用されることから、前記ポリイミドフィルムは、耐熱性の指標となる熱分解温度が300℃以上であることが好ましく、より好ましくは、350℃以上である。
また、ガラス転移温度は、180℃以上であることが好ましく、より好ましくは、250℃以上である。
Since the composite ceramic material according to the present invention is used at about 150 to 200 ° C. in a semiconductor manufacturing apparatus or the like, it is preferable that the polyimide film has a thermal decomposition temperature of 300 ° C. or more as an index of heat resistance. More preferably, it is 350 ° C. or higher.
The glass transition temperature is preferably 180 ° C. or higher, and more preferably 250 ° C. or higher.
フィルム基材と接着剤とにより構成されるポリイミドフィルムを用いる場合は、該フィルム基材は、セラミックス同士を接着させることから、加熱による収縮がないことが好ましく、熱膨張係数が小さいものが好適に用いられる。
このフィルム基材の厚さは、外観上の点から、50μm以下であることが好ましい。
When using a polyimide film composed of a film substrate and an adhesive, the film substrate adheres ceramics to each other. Therefore, it is preferable that there is no shrinkage due to heating, and a material having a low thermal expansion coefficient is suitable. Used.
The thickness of the film substrate is preferably 50 μm or less from the viewpoint of appearance.
また、前記ポリイミド系接着剤層の厚さは、上記のようなセラミックス焼結体の研削加工面同士を接着させることから、1μm以上であることが好ましく、より好ましくは、10μm以上である。
前記ポリイミド系接着剤は、熱融着性であり、加圧・加熱により、接着面内において均一に融着するものである限り、特に種類は限定されない。
Further, the thickness of the polyimide adhesive layer is preferably 1 μm or more, more preferably 10 μm or more, because the ground surfaces of the ceramic sintered bodies are bonded to each other.
The type of the polyimide-based adhesive is not particularly limited as long as it is heat-fusible and can be uniformly fused in the bonding surface by pressing and heating.
接着時の加熱温度は、前記ポリイミドフィルムが接着面内において均一に融着する温度に適宜設定され、また、接着時の加圧圧力は、被着体であるセラミックス焼結体の強度を考慮して、適宜調整される。 The heating temperature at the time of bonding is appropriately set to a temperature at which the polyimide film is uniformly fused in the bonding surface, and the pressure at the time of bonding is determined in consideration of the strength of the ceramic sintered body that is the adherend. And adjusted as appropriate.
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、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
[実施例]
アルミナセラミックス焼結体(純度99.5%)からなる基材と、イットリアセラミックス焼結体(純度99.9%)とをそれぞれ、6面平面研削加工し、接着面20mm×20mm、表面粗さRa0.9〜1.3μm、Ry7.9〜11.1μm)の試験片とした。
この両試験片の間に、フレキシブルプリント回路(FPC)基板用の熱融着型ポリイミドフィルム(宇部興産(株)製ユーピレックスVT;熱分解温度:350〜400℃、ガラス転移温度:240℃)を挟み、加熱温度350℃、加圧圧力4.8×10-3MPaで、両試験片を接着させた。
形成された接着面は、均一であり、室温での引張強度は0.4MPaであった。
また、加熱状態における引張強度は、230℃までは0.4MPaであり、270℃を超えると低下し、320℃において、接着面に部分的な剥離が認められ、このときの引張強度は0.1MPaであった。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example, this invention is not restrict | limited by the following Example.
[Example]
A base material made of an alumina ceramic sintered body (purity 99.5%) and a yttria ceramic sintered body (purity 99.9%) were each subjected to 6-side surface grinding, and an adhesive surface 20 mm × 20 mm, surface roughness Ra 0.9 to 1.3 μm, Ry 7.9 to 11.1 μm).
Between these two test pieces, a heat-sealable polyimide film for a flexible printed circuit (FPC) substrate (Upilex VT manufactured by Ube Industries, Ltd .; thermal decomposition temperature: 350 to 400 ° C., glass transition temperature: 240 ° C.) The test pieces were sandwiched and bonded at a heating temperature of 350 ° C. and a pressure of 4.8 × 10 −3 MPa.
The formed adhesive surface was uniform and the tensile strength at room temperature was 0.4 MPa.
In addition, the tensile strength in the heated state is 0.4 MPa up to 230 ° C., and decreases when it exceeds 270 ° C., and at 320 ° C., partial peeling is observed on the adhesive surface. 1 MPa.
なお、加熱温度が310℃以下の場合は、加圧圧力が1.2×10-3〜4.8×10-3MPaでは接着しなかった。
また、加熱温度が330℃の場合は、加圧圧力4.8×10-3MPaで、部分的な接着は認められた。
The heating temperature in the case of 310 ° C. or less, applied pressure was not adhered in 1.2 × 10 -3 ~4.8 × 10 -3 MPa.
Further, when the heating temperature was 330 ° C., partial adhesion was recognized at a pressurization pressure of 4.8 × 10 −3 MPa.
[比較例]
実施例と同様のセラミックス焼結体の試験片をエポキシ系接着剤を用いて、常温で硬化接着させた。
形成された接着面は、室温での引張強度が0.7MPaであったが、200℃に加熱すると剥離した。
[Comparative example]
A test piece of a ceramic sintered body similar to that of the example was cured and bonded at room temperature using an epoxy adhesive.
The formed adhesive surface had a tensile strength at room temperature of 0.7 MPa, but peeled off when heated to 200 ° C.
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2005
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