JP2008124265A - Low-thermal-expansion ceramic member, and manufacturing method thereof - Google Patents

Low-thermal-expansion ceramic member, and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP2008124265A
JP2008124265A JP2006306848A JP2006306848A JP2008124265A JP 2008124265 A JP2008124265 A JP 2008124265A JP 2006306848 A JP2006306848 A JP 2006306848A JP 2006306848 A JP2006306848 A JP 2006306848A JP 2008124265 A JP2008124265 A JP 2008124265A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thermal expansion
low thermal
expansion ceramic
mass
nitride
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006306848A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akiro Ando
彰朗 安藤
Yutaka Sato
佐藤  裕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Original Assignee
Nippon Steel Materials Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Materials Co Ltd filed Critical Nippon Steel Materials Co Ltd
Priority to JP2006306848A priority Critical patent/JP2008124265A/en
Publication of JP2008124265A publication Critical patent/JP2008124265A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low-thermal-expansion ceramic member and a manufacturing method thereof wherein the method can be applied widely to low-thermal-expansion ceramic materials even though their kinds are miscellaneous, and the member can stabilize in a long term its inner electrodes formed in the surface of its low-thermal-expansion ceramic dielectric portion, and further, the structure of the member is so made hard to damage its dielectric portion too that its performance as an electrostatic chuck can be stabilized in a long term. <P>SOLUTION: The low-thermal-expansion ceramic member has a low-thermal-expansion ceramic base, electrodes provided on the low-thermal-expansion ceramic base, and a low-thermal-expansion ceramic dielectric portion for covering the electrodes. The structure of each electrode is the laminated structure comprising a first layer made of the nitride or composite nitride of periodic-table IVa-group elements, the nitride or composite nitride of periodic-table Va-group elements, or the nitride or composite nitride of periodic-table VIa-group elements, and comprising a second layer made of periodic-table IVa-, Va-, or VIa-group elements. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置の製造装置に使用される半導体基板保持用の静電チャック又はヒーター等に好適な低熱膨張セラミックス部材に関する。   The present invention relates to a low thermal expansion ceramic member suitable for an electrostatic chuck or heater for holding a semiconductor substrate used in a semiconductor device manufacturing apparatus.

従来、半導体装置の製造工程において、ウエハ支持治具等の部材に、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素等のセラミックスが広く用いられていた。   Conventionally, ceramics such as alumina, silicon nitride, and silicon carbide have been widely used for members such as wafer support jigs in the manufacturing process of semiconductor devices.

ところが、半導体装置の微細化に伴い、露光装置に0.01μm未満の位置決め精度が要求され始めると、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素等の熱膨張係数が高いセラミックスでは対処しきれなくなってきている。これは、温度の影響が大きく、このような極めて微細な位置決めが困難だからである。   However, when the exposure apparatus starts to require positioning accuracy of less than 0.01 μm with the miniaturization of the semiconductor device, ceramics having a high thermal expansion coefficient such as alumina, silicon nitride, silicon carbide and the like cannot be dealt with. This is because the influence of temperature is large and such extremely fine positioning is difficult.

このため、上記の要求を満足させるために、近年、0.6ppm/K以下という低い熱膨張率のセラミックを用いた静電チャックの開発が盛んになってきている。このような技術は、例えば特許文献1〜3に記載されている。   For this reason, in order to satisfy the above requirements, in recent years, development of electrostatic chucks using ceramics having a low coefficient of thermal expansion of 0.6 ppm / K or less has become active. Such a technique is described in Patent Documents 1 to 3, for example.

特許文献1には、低熱膨張セラミックスの例として、コーディエライト質が記載され、電極の例として、W及びMo等の耐熱性金属の板が記載されている。また、電極の例として、W、Mo及びTiN等の導電性粉体とコーディエライト粉末とからなるスラリーを印刷して導電層を形成してもよい旨の記載もある。   In Patent Document 1, cordierite quality is described as an example of low thermal expansion ceramics, and plates of heat resistant metals such as W and Mo are described as examples of electrodes. In addition, as an example of the electrode, there is a description that a conductive layer may be formed by printing a slurry made of a conductive powder such as W, Mo and TiN and cordierite powder.

特許文献2には、低熱膨張セラミックスの例として、負の熱膨張係数の化合物(例えば、β―ユークリプタイト及びコーディエライト等)と正の熱膨張係数の化合物(例えば、炭化珪素及び窒化珪素等)との複合体が記載され、電極の例として、Wメッシュが記載されている。   In Patent Document 2, as examples of low thermal expansion ceramics, compounds having a negative thermal expansion coefficient (for example, β-eucryptite and cordierite) and compounds having a positive thermal expansion coefficient (for example, silicon carbide and silicon nitride) are disclosed. Etc.) and W mesh is described as an example of the electrode.

特許文献3には、低熱膨張セラミックの平均粒径を6μm以下とすると共に、低熱膨張セラミックとの熱膨張差が少ない金属であるW及びMoの箔又はメッシュ状シートを用いて内部電極を形成することが記載されている。   In Patent Document 3, an internal electrode is formed using a W or Mo foil or mesh sheet which is a metal having a low thermal expansion ceramic with an average particle size of 6 μm or less and a small thermal expansion difference from the low thermal expansion ceramic. It is described.

特開2001−313332号公報JP 2001-313332 A 特開2003−273203号公報JP 2003-273203 A 特開2005―228934号公報JP 2005-228934 A

特許文献1又は2に記載されている技術のように、内部電極として金属板又はメッシュ電極等の電極材を用いて、低熱膨張セラミックスと同時焼成により静電チャック構造を得る方法としては、一般的に次の2つが挙げられる。一方は、低熱膨張セラミックス板に、電極材を埋め込むための溝を掘るという方法である。もう一方は、静電チャックの厚み分のセラミックス原料粉により、電極材を挟み込んで焼結するという方法である。   As a technique described in Patent Document 1 or 2, a method of obtaining an electrostatic chuck structure by using an electrode material such as a metal plate or a mesh electrode as an internal electrode and simultaneously firing with a low thermal expansion ceramic is generally used. There are the following two. One is a method of digging a groove for embedding an electrode material in a low thermal expansion ceramic plate. The other is a method of sandwiching and sintering an electrode material with ceramic raw material powder having a thickness of the electrostatic chuck.

但し、溝を掘るという方法では、溝が電極材の厚さよりも深くなると、電圧を印加されて静電チャックとして機能する部分(以下、誘電体部と記す)と電極材との間に隙間が生じてしまい、誘電体部が印加電圧通りに駆動しない虞がある。このため、溝を電極材の厚さよりも浅めに形成し、誘電体部の内部に、誘電体部よりも熱膨張の大きな電極材を押し付けている。しかしながら、本発明者らの検討によると、誘電体部に残留応力が作用しているために、焼結直後は問題がないように見えても、長時間(例えば200時間程度)の使用により、割れが起こるという問題があることがわかった。   However, in the method of digging a groove, when the groove is deeper than the thickness of the electrode material, a gap is formed between the electrode material and a portion that functions as an electrostatic chuck by applying a voltage (hereinafter referred to as a dielectric portion). As a result, the dielectric portion may not be driven according to the applied voltage. For this reason, the groove is formed shallower than the thickness of the electrode material, and an electrode material having a thermal expansion larger than that of the dielectric portion is pressed into the dielectric portion. However, according to the study by the present inventors, since the residual stress is acting on the dielectric portion, even if it seems that there is no problem immediately after sintering, by using it for a long time (for example, about 200 hours), It turns out that there is a problem of cracking.

また、特許文献3に記載されている技術は、電極材を起因とする割れをセラミックスの粒径を限定させることで抑制しようとしたものであるため、各種の低熱膨張セラミックスに広く適用することはできない。また、セラミックスの粒径制御が必要なため、製造条件が制限され、製造コストが高くなることが懸念される。   In addition, since the technique described in Patent Document 3 is intended to suppress cracks caused by the electrode material by limiting the particle size of the ceramic, it is widely applied to various low thermal expansion ceramics. Can not. Moreover, since it is necessary to control the particle size of the ceramic, there are concerns that the manufacturing conditions are limited and the manufacturing cost is increased.

本発明は、各種の低熱膨張セラミックス材料に広く適用可能であり、また、低熱膨張セラミックスの誘電体部表面に形成した内部電極を長期間安定した構造とすることができ、更に、誘電体部にも製造起因の残留応力を与え難い構造とすることで静電チャックとしての性能を長期間安定させることを可能とした低熱膨張セラミックス部材及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention can be widely applied to various low thermal expansion ceramic materials, and the internal electrode formed on the surface of the dielectric portion of the low thermal expansion ceramic can have a stable structure for a long period of time. Another object of the present invention is to provide a low thermal expansion ceramic member capable of stabilizing the performance as an electrostatic chuck for a long period of time by using a structure in which residual stress due to manufacturing is difficult to be applied, and a manufacturing method thereof.

本願発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor has come up with the following aspects of the invention.

(1) 低熱膨張セラミックス基体と、前記低熱膨張セラミックス基体上に設けられた電極と、前記電極を覆う低熱膨張セラミックス誘電体部と、を有し、前記電極の構造は、周期律表IVa属元素の窒化物若しくは複合窒化物、周期律表Va属元素の窒化物若しくは複合窒化物、又は周期律表VIa属元素の窒化物若しくは複合窒化物からなる第1の層と、周期律表IVa、Va又はVIa属元素からなる第2の層と、の積層構造であることを特
徴とする低熱膨張セラミックス部材。
(1) It has a low thermal expansion ceramic substrate, an electrode provided on the low thermal expansion ceramic substrate, and a low thermal expansion ceramic dielectric portion covering the electrode, and the structure of the electrode is a group IVa element of the periodic table A first layer composed of a nitride or a composite nitride of the periodic table Va group element, or a nitride or a composite nitride of the periodic table group VIa element, and a periodic table IVa, Va Alternatively, a low thermal expansion ceramic member characterized by having a laminated structure of a second layer made of a VIa group element.

(2) 前記第1の層は、Tiの窒化物又は複合窒化物からなり、前記第2の層は、Tiからなることを特徴とする(1)に記載の低熱膨張セラミックス部材。   (2) The low thermal expansion ceramic member according to (1), wherein the first layer is made of a nitride of Ti or a composite nitride, and the second layer is made of Ti.

(3) 前記第1の層は、Crの窒化物又は複合窒化物からなり、前記第2の層は、Crからなることを特徴とする(1)に記載の低熱膨張セラミックス部材。   (3) The low thermal expansion ceramic member according to (1), wherein the first layer is made of Cr nitride or composite nitride, and the second layer is made of Cr.

(4) 前記電極の厚さは、3μm以上であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の低熱膨張セラミックス部材。   (4) The low thermal expansion ceramic member according to any one of (1) to (3), wherein the electrode has a thickness of 3 μm or more.

(5) 前記低熱膨張セラミックス誘電体部及び低熱膨張セラミックス基体は、MgO:8〜17.2質量%、Al23:22〜38質量%、SiO2:49.5〜70質量%、及びLi2O:0.1〜2.5質量%、を含有することを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の低熱膨張セラミックス部材。 (5) The low thermal expansion ceramic dielectric part and the low thermal expansion ceramic base are MgO: 8 to 17.2% by mass, Al 2 O 3 : 22 to 38% by mass, SiO 2 : 49.5 to 70% by mass, and li 2 O: 0.1 to 2.5 wt%, characterized in that it contains (1) to the low thermal expansion ceramic member according to any one of (4).

(6) 前記低熱膨張セラミックス誘電体部及び低熱膨張セラミックス基体は、更に、Tiを除く遷移金属の1種又は2種以上の化合物(酸化物換算):0.1〜2質量%を含有し、SiO2の質量を[SiO2]、LiO2の質量を[LiO2]、MgOの質量を[MgO]、Al23の質量を[Al23]と表したとき、([SiO2]−8×[Li2O])/[MgO]≧3の関係、及び([SiO2]−8×[Li2O])/[Al23]≧1.2の関係が満たされていることを特徴とする(5)に記載の低熱膨張セラミックス部材。 (6) The low thermal expansion ceramic dielectric part and the low thermal expansion ceramic base further contain one or more compounds of transition metals excluding Ti (as oxides): 0.1 to 2% by mass, the mass of SiO 2 [SiO 2], mass [LiO 2] of LiO 2, the mass of MgO [MgO], when representing the mass of the Al 2 O 3 and [Al 2 O 3], ( [SiO 2 ] −8 × [Li 2 O]) / [MgO] ≧ 3 and ([SiO 2 ] −8 × [Li 2 O]) / [Al 2 O 3 ] ≧ 1.2 are satisfied. The low thermal expansion ceramic member according to (5), wherein

(7) 前記低熱膨張セラミックス誘電体部及び低熱膨張セラミックス基体は、更に、希土類元素の1種又は2種以上の化合物(酸化物換算):10質量%以下を含有することを特徴とする(5)又は(6)に記載の低熱膨張セラミックス部材。   (7) The low thermal expansion ceramic dielectric portion and the low thermal expansion ceramic base further contain one or more rare earth elements (as oxides): 10% by mass or less (5 Or a low thermal expansion ceramic member according to (6).

(8) 前記低熱膨張セラミックス誘電体部及び低熱膨張セラミックス基体は、更に、Ti化合物(TiO2換算):1質量%以下、及びC:5質量%以下からなる群から選択された少なくとも1種類を含有することを特徴とする(5)〜(7)のいずれかに記載の低熱膨張セラミックス部材。 (8) The low thermal expansion ceramic dielectric portion and the low thermal expansion ceramic base further include at least one selected from the group consisting of a Ti compound (in terms of TiO 2 ): 1% by mass or less and C: 5% by mass or less. The low thermal expansion ceramic member according to any one of (5) to (7), which is contained.

(9) 第1の低熱膨張セラミックス材上に電極を形成する工程と、前記第1の低熱膨張セラミックス材に第2の低熱膨張セラミックス材を接合することにより、前記第1及び第2の低熱膨張セラミックス材との間に前記電極を挟み込む工程と、を有し、前記電極として、周期律表IVa属元素の窒化物若しくは複合窒化物、周期律表Va属元素の窒化物若しくは複合窒化物、又は周期律表VIa属元素の窒化物若しくは複合窒化物からなる第1の層と、周期律表IVa、Va又はVIa属元素からなる第2の層と、の積層構造を有するものを形成することを特徴とする低熱膨張セラミックス部材の製造方法。   (9) Forming an electrode on the first low thermal expansion ceramic material, and joining the second low thermal expansion ceramic material to the first low thermal expansion ceramic material, thereby providing the first and second low thermal expansion ceramic materials. Sandwiching the electrode with a ceramic material, and as the electrode, a nitride or composite nitride of a periodic table group IVa element, a nitride or composite nitride of a group Va element of the periodic table, or Forming a layer having a laminated structure of a first layer made of a nitride or a composite nitride of a group VIa element of the periodic table and a second layer made of a group IVa, Va or VIa element of the periodic table A method for producing a low thermal expansion ceramic member.

(10) 前記第1の層として、Tiの窒化物又は複合窒化物からなるものを形成し、前記第2の層として、Tiからなるものを形成することを特徴とする(9)に記載の低熱膨張セラミックス部材の製造方法。   (10) As described in (9), the first layer is formed of Ti nitride or composite nitride, and the second layer is formed of Ti. A method for producing a low thermal expansion ceramic member.

(11) 前記第1の層として、Crの窒化物又は複合窒化物からなるものを形成し、前記第2の層として、Crからなるものを形成することを特徴とする(9)に記載の低熱膨張セラミックス部材の製造方法。   (11) As described in (9), the first layer is made of Cr nitride or composite nitride, and the second layer is made of Cr. A method for producing a low thermal expansion ceramic member.

(12) 前記電極の厚さを、3μm以上とすることを特徴とする(9)〜(11)のいずれかに記載の低熱膨張セラミックス部材の製造方法。   (12) The method for producing a low thermal expansion ceramic member according to any one of (9) to (11), wherein the thickness of the electrode is 3 μm or more.

(13) 前記第1及び第2の低熱膨張セラミックス材として、MgO:8〜17.2質量%、Al23:22〜38質量%、SiO2:49.5〜70質量%、及びLi2O:0.1〜2.5質量%、を含有するものを使用することを特徴とする(9)〜(12)のいずれかに記載の低熱膨張セラミックス部材の製造方法。 (13) as said first and second low thermal expansion ceramic materials, MgO: from 8 to 17.2 wt%, Al 2 O 3: 22 to 38 wt%, SiO 2: 49.5 to 70 wt%, and Li The method for producing a low thermal expansion ceramic member according to any one of (9) to (12), wherein a material containing 2 O: 0.1 to 2.5% by mass is used.

(14) 前記第1及び第2の低熱膨張セラミックス材として、更に、Tiを除く遷移金属の1種又は2種以上の化合物(酸化物換算):0.1〜2質量%を含有し、SiO2の質量を[SiO2]、LiO2の質量を[LiO2]、MgOの質量を[MgO]、Al23の質量を[Al23]と表したとき、([SiO2]−8×[Li2O])/[MgO]≧3の関係、及び([SiO2]−8×[Li2O])/[Al23]≧1.2の関係が満たされているものを使用することを特徴とする(13)に記載の低熱膨張セラミックス部材の製造方法。 (14) As said 1st and 2nd low thermal expansion ceramic material, 1 type or 2 types or more of transition metals except Ti (in oxide conversion): 0.1-2 mass% is further contained, SiO. the second mass [SiO 2], the mass of the LiO 2 [LiO 2], the mass of MgO [MgO], when representing the mass of the Al 2 O 3 and [Al 2 O 3], ( [SiO 2] −8 × [Li 2 O]) / [MgO] ≧ 3 and ([SiO 2 ] −8 × [Li 2 O]) / [Al 2 O 3 ] ≧ 1.2 are satisfied. What is used is a manufacturing method of the low thermal expansion ceramic member as described in (13) characterized by the above-mentioned.

(15) 前記第1及び第2の低熱膨張セラミックス材として、更に、希土類元素の1種又は2種以上の化合物(酸化物換算):10質量%以下を含有するものを使用することを特徴とする(13)又は(14)に記載の低熱膨張セラミックス部材の製造方法。   (15) The first and second low thermal expansion ceramic materials further include one or two or more rare earth element compounds (as oxides): those containing 10% by mass or less. The method for producing a low thermal expansion ceramic member according to (13) or (14).

(16) 前記第1及び第2の低熱膨張セラミックス材として、更に、Ti化合物(TiO2換算):1質量%以下、及びC:5質量%以下からなる群から選択された少なくとも1種類を含有するものを使用することを特徴とする(13)〜(15)のいずれかに記載の低熱膨張セラミックス部材の製造方法。 (16) The first and second low thermal expansion ceramic materials further include at least one selected from the group consisting of a Ti compound (in terms of TiO 2 ): 1% by mass or less and C: 5% by mass or less. The method for producing a low thermal expansion ceramic member according to any one of (13) to (15), wherein:

(17) 前記第1及び第2の層を物理蒸着法により形成することを特徴とする(9)〜(16)のいずれかに記載の低熱膨張セラミックス部材の製造方法。   (17) The method for producing a low thermal expansion ceramic member according to any one of (9) to (16), wherein the first and second layers are formed by physical vapor deposition.

本発明によれば、電極を長期間安定して使用することができ、また誘電体部にも製造起因の残留応力を与え難い構造となっており、静電チャックとしての吸着特性を長期間安定して発揮することができる。   According to the present invention, the electrode can be used stably for a long period of time, and it has a structure in which residual stress due to manufacturing is hardly applied to the dielectric part. Can be demonstrated.

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図1は、本発明の実施形態に係る低熱膨張セラミックス部材を示す断面図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a low thermal expansion ceramic member according to an embodiment of the present invention.

本実施形態では、図1に示すように、低熱膨張セラミックス基体2の表面に溝4が形成され、その内部に電極3が埋め込まれている。そして、これらの上に、低熱膨張セラミックスからなる誘電体部1が配置されている。   In this embodiment, as shown in FIG. 1, the groove | channel 4 is formed in the surface of the low thermal expansion ceramic base | substrate 2, and the electrode 3 is embedded in the inside. And the dielectric part 1 which consists of low thermal expansion ceramics is arrange | positioned on these.

誘電体部1及び低熱膨張セラミックス基体2は、いずれも低熱膨張セラミックスで構成されている。低熱膨張セラミックスの材料は、熱膨張率が小さければ特に規定するものではないが、工業的な要求から、0.6ppm/K以下のものを使用することが好ましい。この熱膨張率を満たす低熱膨張セラミックとしては、例えば、コーディエライト、ユークリプタイト、スポンジューメン、リン酸ジルコニル等を主成分としたものを用いることができる。   The dielectric part 1 and the low thermal expansion ceramic substrate 2 are both made of low thermal expansion ceramics. The material of the low thermal expansion ceramic is not particularly specified as long as the coefficient of thermal expansion is small, but it is preferable to use a material of 0.6 ppm / K or less because of industrial demand. As the low thermal expansion ceramic satisfying this thermal expansion coefficient, for example, a ceramic mainly composed of cordierite, eucryptite, sponge turumene, zirconyl phosphate, or the like can be used.

電極3は、(A)少なくとも1つの「周期律表IVa、Va又はVIa属元素の窒化物又は複合窒化物」からなる層(第1の層)と、(B)少なくとも1つの「周期律表IVa、Va又はVIa属元素」からなる層(第2の層)とが互いに積層されて構成されている。つまり、第1の層は、周期律表IVa属元素の窒化物若しくは複合窒化物、周期律表Va属元素の窒化物若しくは複合窒化物、又は周期律表VIa属元素の窒化物若しくは複合窒化物から構成されている。例えば、「周期律表IVa、Va又はVIa属元素の窒化物又は複合窒化物」の層である金属窒化物層又は複合窒化物層と、「周期律表IVa、Va又はVIa属元素」の層である金属層と、金属窒化物層又は複合窒化物層とがこの順で積層されている。   The electrode 3 includes (A) a layer (first layer) composed of at least one “nitride or compound nitride of periodic table IVa, Va or VIa group element”, and (B) at least one “periodic table”. A layer (second layer) made of “IVa, Va or VIa group element” is laminated on each other. That is, the first layer is composed of a nitride or composite nitride of group IVa element of the periodic table, a nitride or composite nitride of group Va of the periodic table, or a nitride or composite nitride of group VIa of the periodic table It is composed of For example, a metal nitride layer or composite nitride layer that is a layer of “nitride or composite nitride of Group IVa, Va, or VIa element” and a layer of “Group IVa, Va, or VIa group element” And a metal nitride layer or a composite nitride layer are laminated in this order.

電極3は、誘電体部1と基体2との間に固定して配置されているため、電極3が金属窒化物層又は複合窒化物層のみからなる場合、長期間の安定性を確保するために電極3を厚くすると、密着性が低下したり、変形に対する耐性が低下したりする。これは、電極3を構成する金属窒化物層又は複合窒化物層の内部応力が高くなるからである。一方、内部応力を抑制するために電極3を薄くすると、長期間の安定性を確保できなくなる。   Since the electrode 3 is fixedly disposed between the dielectric portion 1 and the base 2, when the electrode 3 is composed only of a metal nitride layer or a composite nitride layer, long-term stability is ensured. If the electrode 3 is made thicker, the adhesiveness is lowered and the resistance to deformation is lowered. This is because the internal stress of the metal nitride layer or the composite nitride layer constituting the electrode 3 is increased. On the other hand, if the electrode 3 is thinned to suppress internal stress, long-term stability cannot be ensured.

これらの点を両立させるべく、本願発明者等が鋭意検討を行ったところ、電極3の構造を、上述のような積層構造とすることにより、金属層を応力緩和層として機能させ、電極3の内部応力を低減することができ、この結果、電極3を厚くしても密着性の低下及び変形耐性の低下を防止できることを見出した。   In order to make these points compatible, the inventors of the present application have made extensive studies. As a result, the electrode 3 has a laminated structure as described above, so that the metal layer functions as a stress relaxation layer. It has been found that the internal stress can be reduced, and as a result, even if the electrode 3 is thickened, it is possible to prevent a decrease in adhesion and a decrease in deformation resistance.

また、電極3が金属窒化物層又は複合窒化物層のみからなる場合には、その抵抗が高いため、長時間の使用時に抵抗による発熱が起こり、熱変形に起因すると思われるひび割れが電極3に起こる可能性がある。これに対し、本実施形態では、金属窒化物層又は複合窒化物層において熱が発生しても、この熱は、熱伝導率が高い金属層を通って抜熱されるため、熱変形を抑制することが可能である。つまり、発熱が生じても、その熱は金属層を介して電極3の全体に拡散し、局所的な温度上昇を抑制し、熱変形を抑制することができるのである。この点からも、本実施形態によれば、電極3の安定性が向上するといえる。   Further, when the electrode 3 is composed only of a metal nitride layer or a composite nitride layer, its resistance is high, so that heat is generated due to resistance during long-time use, and cracks that may be caused by thermal deformation are generated in the electrode 3. Can happen. On the other hand, in this embodiment, even if heat is generated in the metal nitride layer or the composite nitride layer, this heat is extracted through the metal layer having a high thermal conductivity, so that thermal deformation is suppressed. It is possible. In other words, even if heat is generated, the heat is diffused throughout the electrode 3 through the metal layer, and local temperature rise can be suppressed and thermal deformation can be suppressed. Also from this point, according to the present embodiment, it can be said that the stability of the electrode 3 is improved.

なお、「金属窒化物層又は複合窒化物層」を構成する金属元素としては、低熱膨張セラミックスである誘電体部1及び基体2と反応し難く、かつ熱膨張による変形にも強く、低熱膨張セラミックスとの密着性が高いという性質を具えている必要がある。この点から、周期律表IVa、Va又はVIa属元素である必要がある。ここで、周期律表IVa、Va又はVIa属元素としては、特に規定するものではないが、夫々Ti、Ta、Crが挙げられる。   The metal element constituting the “metal nitride layer or composite nitride layer” is a low thermal expansion ceramic that hardly reacts with the dielectric portion 1 and the substrate 2 which are low thermal expansion ceramics and is resistant to deformation due to thermal expansion. It is necessary to have the property of having high adhesiveness. From this point, it must be a periodic table IVa, Va or VIa group element. Here, the elements in the periodic table IVa, Va or VIa are not particularly specified, but Ti, Ta, and Cr can be mentioned respectively.

また、「金属層」を構成する金属元素としては、「金属窒化物層又は複合窒化物層」と同一の金属元素を用いることが好ましい。複合窒化物層が用いられている場合には、複合金属層とするか、複合窒化物の主成分である金属の層とすることが好ましい。例えばTiAlN層が用いられている場合には、TiAl層又はTi層とすることが好ましい。このように、金属窒化物層等と同一の金属元素を用いることにより、後述の物理蒸着法(PVD法)によってこれらの層を形成する場合に、ターゲットを付け替えることなく雰囲気ガスを置換するのみでよくなるため、好適であるといえる。   Further, as the metal element constituting the “metal layer”, the same metal element as that of the “metal nitride layer or composite nitride layer” is preferably used. When a composite nitride layer is used, it is preferably a composite metal layer or a metal layer that is a main component of the composite nitride. For example, when a TiAlN layer is used, a TiAl layer or a Ti layer is preferable. Thus, by using the same metal element as that of the metal nitride layer or the like, when these layers are formed by a physical vapor deposition method (PVD method) described later, the atmosphere gas is simply replaced without changing the target. Since it improves, it can be said that it is suitable.

また、TiN若しくはCrN等の導電性の金属窒化物層又はTiAlN等の複合窒化物層は、低熱膨張セラミックス基体2と反応し難く、PVD法で成膜しやすい。また、これらの層の低熱膨張セラミック基体2との密着性も良好である。従って、TiN若しくはCrN等の導電性の金属窒化物層又はTiAlN等の複合窒化物層は好適である。   Further, a conductive metal nitride layer such as TiN or CrN or a composite nitride layer such as TiAlN hardly reacts with the low thermal expansion ceramic substrate 2 and is easily formed by the PVD method. Also, the adhesion of these layers to the low thermal expansion ceramic substrate 2 is good. Therefore, a conductive metal nitride layer such as TiN or CrN or a composite nitride layer such as TiAlN is preferable.

また、電極3の厚さは、3μm以上とすることが好ましい。電極3の厚さが3μm未満の場合、長時間使用しているうちに電極3の抵抗により発熱し、熱変形に起因すると思われるひび割れが電極3に起こり易くなる。この結果、電極3の抵抗が上昇し、使用時に更に発熱する虞がある。また、更に使用を継続すると亀裂が進展し、電極3で導通し難くなる虞もある。   The thickness of the electrode 3 is preferably 3 μm or more. When the thickness of the electrode 3 is less than 3 μm, heat is generated due to the resistance of the electrode 3 during long-time use, and cracks that are thought to be caused by thermal deformation are likely to occur in the electrode 3. As a result, the resistance of the electrode 3 increases, and there is a risk of further heat generation during use. Further, if the use is further continued, cracks may develop and it may be difficult for the electrode 3 to conduct.

また、電極3の厚さの上限は、特に規定するものではないが、例えば80μmとすることが好ましい。電極3は厚い方が電極の安定性という観点からは好ましいが、工業的に製造を考慮した場合、後述のPVD法で80μmよりも厚く形成しようとすると時間が掛かり過ぎ、また、ターゲット材が損傷して膜の均一性が損なわれ易くなる。従って、電極3の厚さは、例えば80μm以下とすることが好ましい。   Further, the upper limit of the thickness of the electrode 3 is not particularly defined, but is preferably set to 80 μm, for example. The thicker electrode 3 is preferable from the viewpoint of the stability of the electrode. However, when manufacturing is considered industrially, it takes too much time to form a thicker than 80 μm by the PVD method described later, and the target material is damaged. As a result, the uniformity of the film tends to be impaired. Therefore, the thickness of the electrode 3 is preferably 80 μm or less, for example.

また、電極3を構成する金属層の厚さは、特に規定するものではないが、0.01μm〜0.06μmとすることが好ましい。金属層の厚さが0.01μm未満であると、内部応力が緩和されにくくなり、このため、実験的知見による内部応力の許容値である2GPaを超える虞がある。また、低熱膨張セラミックス基体2との密着性が悪くなり、変形に対しても弱くなりやすくなることが懸念される。一方、金属層の厚さが0.06μmを超えると、これを挟んで金属窒化物層又は複合窒化物層を形成する場合、これらの層の構造(柱状晶)が連続しにくくなり、応力を緩和することは可能であるものの、熱膨張による変形に対して金属層と金属窒化物又は複合窒化物層との界面の部分から剥がれやすくなる。従って、応力の緩和及び密着性の向上を両立させるためには、金属層の厚さを0.01μm〜0.06μmとすることが好ましい。   Moreover, the thickness of the metal layer constituting the electrode 3 is not particularly specified, but is preferably 0.01 μm to 0.06 μm. When the thickness of the metal layer is less than 0.01 μm, the internal stress is hardly relaxed, and therefore there is a possibility that it exceeds 2 GPa, which is an allowable value of internal stress based on experimental knowledge. Moreover, there is a concern that the adhesiveness with the low thermal expansion ceramic substrate 2 is deteriorated and it is likely to be weak against deformation. On the other hand, when the thickness of the metal layer exceeds 0.06 μm, when a metal nitride layer or a composite nitride layer is formed with the metal layer interposed therebetween, the structure of these layers (columnar crystals) becomes difficult to be continued, and stress is applied. Although it can be relaxed, it is easily peeled off from the interface portion between the metal layer and the metal nitride or composite nitride layer against deformation due to thermal expansion. Therefore, in order to achieve both relaxation of stress and improvement of adhesion, the thickness of the metal layer is preferably 0.01 μm to 0.06 μm.

また、複数の金属層を用いる場合には、これらの間に、厚さが1.5μm〜4.5μmの金属窒化物層又は複合窒化物層を挟み込むことが好ましい。つまり、金属層同士の間隔を1.5μm〜4.5μmとすることが好ましい。金属層同士の間隔が1.5μm未満であるか又は4.5μmを超えていると、内部応力の大きさが2GPaを超え、低熱膨張セラミックス基体2との密着性が低下しやすく、耐変形性も弱くなりやすい。従って、金属層の間隔は1.5μm〜4.5μmとすることが好ましい。なお、内部応力は、例えばX線回折により求めることができる。   When a plurality of metal layers are used, it is preferable to sandwich a metal nitride layer or composite nitride layer having a thickness of 1.5 μm to 4.5 μm between them. That is, the interval between the metal layers is preferably 1.5 μm to 4.5 μm. If the distance between the metal layers is less than 1.5 μm or more than 4.5 μm, the internal stress exceeds 2 GPa, the adhesion to the low thermal expansion ceramic substrate 2 is likely to be reduced, and the deformation resistance It tends to be weak. Therefore, the interval between the metal layers is preferably 1.5 μm to 4.5 μm. The internal stress can be obtained by, for example, X-ray diffraction.

また、誘電体部1及び低熱膨張セラミックス基体2を構成する低熱膨張セラミックスとしては、熱膨張率が0.6ppm/K以下のものを用いることが好ましい。但し、この低熱膨張セラミックス部材を半導体装置の製造装置用の部材として用いる場合には、半導体装置の製造装置のスループットを向上させるために、軽量化及び共振周波数の高周波化を満たすことが好ましい。従って、熱膨張率が0.6ppm/K以下とするだけでなく、高い剛性を得ることが好ましい。   Further, as the low thermal expansion ceramic constituting the dielectric portion 1 and the low thermal expansion ceramic substrate 2, it is preferable to use one having a thermal expansion coefficient of 0.6 ppm / K or less. However, when this low thermal expansion ceramic member is used as a member for a semiconductor device manufacturing apparatus, it is preferable to satisfy weight reduction and increase in resonance frequency in order to improve the throughput of the semiconductor device manufacturing apparatus. Therefore, it is preferable not only to have a coefficient of thermal expansion of 0.6 ppm / K or less, but also to obtain high rigidity.

そこで、この観点に基づいて本発明者らは種々の試験及び検討を行った。この結果、低熱膨張セラミックスとして、化学組成が、MgO:8〜17.2質量%、Al23:22〜38質量%、SiO2:49.5〜70質量%、Li2O:0.1〜2.5質量%の範囲内にあるものが、高剛性の材料として安定して製造できることが見出された。例えば、100GPa以上の高いヤング率、及び0.02ppm/K程度の十分に低い熱膨張係数を併せ持ち、ポア及びマイクロクラックが少なく、高い面精度が得られる。ここで、これらの成分の範囲をはずれると、熱膨張率が大きくなってしまったり、剛性が低下したりする。 Therefore, the present inventors conducted various tests and studies based on this viewpoint. As a result, as a low thermal expansion ceramic, the chemical composition is MgO: 8 to 17.2 mass%, Al 2 O 3 : 22 to 38 mass%, SiO 2 : 49.5 to 70 mass%, Li 2 O: 0.00. It has been found that those in the range of 1 to 2.5% by mass can be stably produced as a highly rigid material. For example, it has a high Young's modulus of 100 GPa or more and a sufficiently low thermal expansion coefficient of about 0.02 ppm / K, and there are few pores and microcracks, and high surface accuracy can be obtained. Here, if these components are out of the range, the coefficient of thermal expansion becomes large or the rigidity is lowered.

更に、この低熱膨張セラミックス部材を、半導体装置を製造する際の露光又は特性の測定等を行う際の部材として用いる場合には、光の乱反射を回避するために、本部材を黒色化しておくことが好ましい。この観点に基づいて本発明者らが種々の試験及び検討を行ったところ、上記組成に、更に、Tiを除く遷移金属の1種又は2種以上の化合物(酸化物換算):0.1〜2質量%が追加され、且つ、化学組成の質量比に関し、([SiO2]−8×[Li2O])/[MgO]≧3の関係、及び([SiO2]−8×[Li2O])/[Al23]≧1.2の関係が満たされる場合に、十分な黒色色調を得ることができることが見出された。ここで、[SiO2]はSiO2の質量を表し、[LiO2]はLiO2の質量を表し、[MgO]はMgOの質量を表し、[Al23]はAl23の質量を表している。なお、Tiを除く遷移金属としては、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等の第1遷移金属を用いることが好ましい。また、これらの化合物としては、酸化物、窒化物、炭化物等が挙げられ、上記の0.1〜2質量%という値は、これらを全て酸化物に換算した場合の値である。 Furthermore, when this low thermal expansion ceramic member is used as a member for exposure or measurement of characteristics when manufacturing a semiconductor device, this member should be blackened to avoid irregular reflection of light. Is preferred. Based on this viewpoint, the present inventors conducted various tests and examinations. As a result, one or more compounds of transition metals excluding Ti were further added to the above composition (as oxides): 0.1 2 mass% is added, and regarding the mass ratio of the chemical composition, the relationship of ([SiO 2 ] −8 × [Li 2 O]) / [MgO] ≧ 3 and ([SiO 2 ] −8 × [Li It has been found that a sufficient black color tone can be obtained when the relationship of 2 O]) / [Al 2 O 3 ] ≧ 1.2 is satisfied. Here, [SiO 2] represents the mass of SiO 2, [LiO 2] represents the mass of LiO 2, [MgO] represents the mass of MgO, the mass of [Al 2 O 3] is Al 2 O 3 Represents. In addition, it is preferable to use 1st transition metals, such as Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, as a transition metal except Ti. Examples of these compounds include oxides, nitrides, carbides and the like, and the above values of 0.1 to 2% by mass are values when these are all converted to oxides.

ここで、上記の関係「([SiO2]−8×[Li2O])/[MgO]≧3」、及び「([SiO2]−8×[Li2O])/[Al23]≧1.2」は、低熱膨張セラミックスの主成分であるMgO−Al23−SiO2においては、SiO2が少なくなると黒色発色が薄くなるため、黒色化を良好に発揮させるためのSiO2の量をMgO及びAl23の量に対する比率で定めたものである。この関係は実験的に導き出したものであるが、LiO2は焼結途中でLiO2−Al23−SiO2焼結体としてSiO2を固定するため、このことを考慮して、その分のSiO2を差し引いている。 Here, the above relations “([SiO 2 ] −8 × [Li 2 O]) / [MgO] ≧ 3” and “([SiO 2 ] −8 × [Li 2 O]) / [Al 2 O”. 3 ] ≧ 1.2 ”means that in the case of MgO—Al 2 O 3 —SiO 2 which is a main component of low thermal expansion ceramics, the black color becomes lighter when the amount of SiO 2 is reduced. The amount of SiO 2 is determined by the ratio to the amount of MgO and Al 2 O 3 . This relationship has been experimentally derived, but LiO 2 fixes SiO 2 as a LiO 2 —Al 2 O 3 —SiO 2 sintered body during sintering. Of SiO 2 is subtracted.

更に、高い剛性が要求とされる場合には、上記組成に、更に、希土類元素の1種又は2種以上の化合物(酸化物換算):10質量%以下が追加されていることが好ましいことも本願発明者らにより見出された。なお、希土類元素としては、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLu等が挙げられる。また、これらの化合物としては、酸化物、窒化物、炭化物等が挙げられる。上記の10質量%以下という値は、これらを全て酸化物に換算した場合の値である。これらの希土類元素の中でも、Yが容易に入手でき安価な点で好ましい。なお、希土類元素の添加量の下限値は特に規定するものではなく、添加されていれば剛性が向上する。   Furthermore, when high rigidity is required, it is preferable that one or more of rare earth elements (as oxide): 10% by mass or less is added to the above composition. It was discovered by the present inventors. Examples of rare earth elements include Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu. Examples of these compounds include oxides, nitrides, and carbides. The value of 10% by mass or less is a value when all of these are converted into oxides. Among these rare earth elements, Y is preferable because it is easily available and inexpensive. In addition, the lower limit value of the addition amount of the rare earth element is not particularly specified, and if it is added, the rigidity is improved.

また、静電チャックに用いられる場合等、誘電体部1の電荷の移動の高速化が要求される場合には、誘電体部1を低抵抗化することが好ましい。この観点に基づいて本発明者らが種々の試験及び検討を行ったところ、上記組成に、更に、Ti化合物(TiO2換算):1質量%以下、C:5質量%以下の少なくともいずれかが追加されている場合に、誘電体部1の抵抗を下げることができることが見出された。ここで、Ti化合物としては、酸化チタン、窒化チタン、炭化チタン等が挙げられる。また、上記の1質量%以下という値は、これらを全て酸化チタンに換算した場合の値である。なお、Ti化合物(TiO2換算)の添加量の下限値は特に規定するものではなく、添加されていれば低抵抗化及び電荷の移動の高速化が可能である。また、Cについても、その添加量の下限値は特に規定するものではなく、添加されていれば低抵抗化及び電荷の移動の高速化が可能である。 Further, when it is required to speed up the movement of charges in the dielectric part 1 such as when used in an electrostatic chuck, it is preferable to reduce the resistance of the dielectric part 1. Based on this viewpoint, the present inventors conducted various tests and examinations. As a result, the composition further includes at least one of a Ti compound (in terms of TiO 2 ): 1% by mass or less and C: 5% by mass or less. It has been found that the resistance of the dielectric part 1 can be lowered when added. Here, examples of the Ti compound include titanium oxide, titanium nitride, and titanium carbide. Moreover, said value of 1 mass% or less is a value when these are all converted into titanium oxide. In addition, the lower limit value of the addition amount of the Ti compound (in terms of TiO 2 ) is not particularly defined, and if added, the resistance can be reduced and the movement of charges can be accelerated. Further, the lower limit value of the addition amount of C is not particularly specified, and if C is added, the resistance can be reduced and the movement of charges can be accelerated.

このような本実施形態に係る低熱膨張セラミックス部材は、上述のように、100GPa以上の高いヤング率、及び0.02ppm/K程度の十分に低い熱膨張係数を併せ持ち、ポア及びマイクロクラックが少なく、高い面精度が得られる。また、希土類元素が添加され、遷移金属が添加され、且つTi又はCが添加されている場合には、熱膨張率は0.6ppm/K程度となるが、120GPa以上の高いヤング率を示し、黒色を呈すると共に、体積抵抗率が1×1010Ωcm以上1×1012Ωcm未満となる。この結果、光の乱反射が抑制され、低電圧で駆動することが可能となり、応答時間が短縮されるため、静電吸着を行う静電チャックに好適な部材といえる。 Such a low thermal expansion ceramic member according to this embodiment has a high Young's modulus of 100 GPa or more and a sufficiently low thermal expansion coefficient of about 0.02 ppm / K as described above, and there are few pores and microcracks, High surface accuracy can be obtained. In addition, when a rare earth element is added, a transition metal is added, and Ti or C is added, the coefficient of thermal expansion is about 0.6 ppm / K, but exhibits a high Young's modulus of 120 GPa or more, While exhibiting black color, the volume resistivity is 1 × 10 10 Ωcm or more and less than 1 × 10 12 Ωcm. As a result, irregular reflection of light is suppressed, it is possible to drive at a low voltage, and the response time is shortened. Therefore, it can be said that the member is suitable for an electrostatic chuck that performs electrostatic attraction.

ここで、ヤング率はJIS−R1602により、超音波パルス法にて常温で測定可能である。熱膨張係数はJIS−R3251に基づき、二重光路マイケルソン型レーザー干渉計方式の熱膨張測定器にて常温(25℃)の値を測定可能である。体積抵抗率はハイレジスタンスメータ4339B(アジレントテクノロジー製)を用いて測定可能である。   Here, the Young's modulus can be measured at room temperature by an ultrasonic pulse method according to JIS-R1602. The coefficient of thermal expansion can be measured at room temperature (25 ° C.) with a double optical path Michelson laser interferometer type thermal expansion measuring instrument based on JIS-R3251. The volume resistivity can be measured using a high resistance meter 4339B (manufactured by Agilent Technologies).

次に、本発明の実施形態に係る低熱膨張セラミックス部材の製造方法の概要について説明する。   Next, an outline of a method for manufacturing a low thermal expansion ceramic member according to an embodiment of the present invention will be described.

この方法では、先ず、誘電体部1用の低熱膨張セラミックス材の表面に、上記の積層構造の電極3を形成する。電極3としては、例えば所定のパターンのものを形成する。次に、電極3のパターンに沿う溝4が形成された低熱膨張セラミックス基体2に、前記の誘電体部1用の低熱膨張セラミックス材を接合させる。この結果、電極3が内部電極となる。このような方法により、低熱膨張セラミックス部材を製造することができる。   In this method, first, the electrode 3 having the above laminated structure is formed on the surface of the low thermal expansion ceramic material for the dielectric portion 1. For example, a predetermined pattern is formed as the electrode 3. Next, the low thermal expansion ceramic material for the dielectric portion 1 is bonded to the low thermal expansion ceramic base 2 on which the grooves 4 along the pattern of the electrode 3 are formed. As a result, the electrode 3 becomes an internal electrode. By such a method, a low thermal expansion ceramic member can be manufactured.

次に、上記の方法における各処理の詳細について説明する。   Next, details of each process in the above method will be described.

誘電体部1用の低熱膨張セラミックス材の表面に電極3を形成する方法としては、例えば、ペーストの焼付け、気相法等が挙げられる。また、気相法としては、蒸着法、スパッタ法、及びイオンプレーティング法(IP法)等の物理蒸着法(PVD法)、化学蒸着法(CVD法)、並びに溶射法等が挙げられる。   Examples of the method for forming the electrode 3 on the surface of the low thermal expansion ceramic material for the dielectric part 1 include paste baking and vapor phase method. Examples of the vapor phase method include a vapor deposition method, a sputtering method, a physical vapor deposition method (PVD method) such as an ion plating method (IP method), a chemical vapor deposition method (CVD method), and a thermal spraying method.

電極3(内部電極)を長期安定化させるためには、電極3の面方向での均一性のみならず、厚さ方向での均一性も重要である。なぜなら、電極3の均一性が低く空隙が存在する場合、空隙が存在する部分では他の部分より抵抗が高くなるため、使用時にその部分において他の部分より発熱が大きくなり、熱膨張の影響により電極3内に亀裂を生じる可能性が高いためである。従って、長期間安定な電極3(内部電極)を形成するためには、面方向及び厚さ方向の両方について良好な均一性を得ることが重要であり、この観点からはPVD法が最も好ましい。   In order to stabilize the electrode 3 (internal electrode) for a long time, not only the uniformity in the surface direction of the electrode 3 but also the uniformity in the thickness direction is important. Because, when the uniformity of the electrode 3 is low and there is a gap, the portion where the gap is present has higher resistance than the other portions. This is because there is a high possibility of cracks in the electrode 3. Therefore, in order to form the electrode 3 (internal electrode) that is stable for a long period of time, it is important to obtain good uniformity in both the surface direction and the thickness direction. From this viewpoint, the PVD method is most preferable.

上述のように、電極3の厚さは3μm以上とすることが好ましい。これは、電極3の厚さが3μm未満であると、使用時に発熱により変形が生じた場合の耐性が低く、変形による影響を受けやすくなるからである。そして、このような厚さの電極3を形成するためには、スパッタ法又はイオンプレーティング法等のPVD法を適用することが好ましい。特に、イオンプレーティング法は、数十μm程度の厚い膜を形成する場合には、成膜速度がスパッタ法よりも速いことから、工業的観点からより好ましい方法と考えられる(例えば、「表面改質技術」精密工学会表面改質に関する調査研究分科会編を参照)。   As described above, the thickness of the electrode 3 is preferably 3 μm or more. This is because if the thickness of the electrode 3 is less than 3 μm, the resistance to deformation caused by heat generation during use is low, and the electrode 3 is easily affected by the deformation. In order to form the electrode 3 having such a thickness, it is preferable to apply a PVD method such as a sputtering method or an ion plating method. In particular, the ion plating method is considered to be a more preferable method from an industrial point of view when forming a thick film of about several tens of μm because the film formation rate is faster than the sputtering method (for example, “surface modification”). "Quality Technology" (see the Research Subcommittee on Surface Modification of the Japan Society for Precision Engineering).

電極3の形成に際しては、予め誘電体部1用の低熱膨張セラミックス材の電極パターンを形成する予定の領域以外を覆うマスクを形成しておく。そして、PVD法により、この電極パターンに対応させて、金属窒化物層又は複合窒化物層、金属層、金属窒化物層又は複合窒化物層を順次形成する。なお、PVD法によりこれらの層を形成する場合には、同一元素のターゲットを用いることが可能である。この場合には、金属窒化物層又は複合窒化物層を形成する際には雰囲気ガスを窒素とし、金属層を形成する際には雰囲気ガスをアルゴンとすればよい。このように雰囲気ガスを変更するのみで、ターゲットを交換することなく、2種類の層を簡便に作り分けることが可能である。敢えてターゲットに用いる元素を変更することも可能ではあるが、その場合には、チャンバ内の真空を一旦解除してターゲットを付け替える作業が必要となり、工業的な生産を考慮すると効率がよいとはいえない。従って、同一元素のターゲットを用いてガス種のみを変更する方法が好ましい。   In forming the electrode 3, a mask is formed in advance to cover a region other than the region where the electrode pattern of the low thermal expansion ceramic material for the dielectric portion 1 is to be formed. Then, a metal nitride layer or a composite nitride layer, a metal layer, a metal nitride layer, or a composite nitride layer are sequentially formed by the PVD method so as to correspond to the electrode pattern. Note that when these layers are formed by the PVD method, it is possible to use targets of the same element. In this case, the atmospheric gas may be nitrogen when forming the metal nitride layer or the composite nitride layer, and the atmospheric gas may be argon when forming the metal layer. In this way, it is possible to easily create two types of layers by simply changing the atmosphere gas and without changing the target. It is possible to dare to change the element used for the target, but in that case, it is necessary to release the vacuum in the chamber and replace the target, which is efficient in consideration of industrial production. Absent. Therefore, a method of changing only the gas type using a target of the same element is preferable.

誘電体部1用の低熱膨張セラミックス材と、溝4が形成された低熱膨張セラミックス基体2との接合では、例えば、これらの位置合わせを行った上で、ホットプレス(HP)又は熱間静水圧プレス(HIP)等の加圧熱処理を行えばよい。なお、この加圧熱処理の際に、誘電体部1用の低熱膨張セラミックス材と低熱膨張セラミックス基体2との間に、これらと同一の材料からなるセラミックスの粉末を介在させ、加圧熱処理の際に焼結させることが好ましい。   In the joining of the low thermal expansion ceramic material for the dielectric portion 1 and the low thermal expansion ceramic substrate 2 in which the grooves 4 are formed, for example, after these positions are aligned, hot pressing (HP) or hot isostatic pressure is performed. What is necessary is just to perform pressurization heat processing, such as a press (HIP). In this pressurizing heat treatment, a ceramic powder made of the same material is interposed between the low thermal expansion ceramic material for the dielectric portion 1 and the low thermal expansion ceramic substrate 2 so that the pressurizing heat treatment is performed. It is preferable to sinter.

なお、低熱膨張セラミックス基体2に、電極パターンに倣う溝4を形成する方法としては、電極パターンに対応する部分を除いた部分をマスキングしてブラスト処理を施すという方法、及び精密機械加工にて溝加工を施すという方法等が挙げられ、特に限定されるものではない。   In addition, as a method of forming the groove 4 following the electrode pattern in the low thermal expansion ceramic substrate 2, a method of masking a portion excluding a portion corresponding to the electrode pattern and performing a blast treatment, and a groove by precision machining. Examples of the method include processing, and the method is not particularly limited.

また、誘電体部1用の低熱膨張セラミックス材及び低熱膨張セラミックス基体2を構成する低熱膨張セラミックスとして、更に、黒色、高剛性、低抵抗のものを用いる要求がある場合には、前述の元素を所定の含有量となるように各原料を配合すればよい。特に、高剛性の低熱膨張セラミックスを用いた場合には、加圧熱処理の際に固相拡散接合を行うこともでき、接合面に空隙等のない均質な静電チャックを得ることができる。具体的には、誘電体部1用の低熱膨張セラミックス材及び低熱膨張セラミックス基体2は、これらを面合わせして加圧熱処理するだけでも十分に接合できるが、高剛性の低熱膨張セラミックスを用いた場合には、位置合わせ後に重しを乗せて熱処理を行うのみでも十分に接合することができる。従って、加圧処理設備を備えていない加熱炉を使用しての接合も十分なものとすることができる。   In addition, when there is a demand to use a low thermal expansion ceramic material for the dielectric portion 1 and a low thermal expansion ceramic constituting the low thermal expansion ceramic substrate 2, the above-mentioned elements are used. What is necessary is just to mix | blend each raw material so that it may become predetermined | prescribed content. In particular, when high-rigidity low thermal expansion ceramics are used, solid phase diffusion bonding can be performed during the pressure heat treatment, and a homogeneous electrostatic chuck having no gaps or the like on the bonding surface can be obtained. Specifically, the low thermal expansion ceramic material and the low thermal expansion ceramic substrate 2 for the dielectric portion 1 can be sufficiently joined by simply performing a pressure heat treatment by bringing them together, but using a highly rigid low thermal expansion ceramic. In some cases, sufficient bonding can be achieved simply by applying a weight after the alignment and performing heat treatment. Therefore, the joining using the heating furnace which is not equipped with the pressurization processing equipment can also be made sufficient.

また、誘電体部1用の低熱膨張セラミックス材及び低熱膨張セラミックス基体2は、各酸化物原料を混合し、得られた混合粉を成形し、焼結することにより得ることができる。なお、必要に応じて、原料粉の仮焼及び/又は造粒等を更に行ってもよい。   Moreover, the low thermal expansion ceramic material and the low thermal expansion ceramic base 2 for the dielectric part 1 can be obtained by mixing each oxide raw material, forming the obtained mixed powder, and sintering it. In addition, you may further perform calcination and / or granulation of raw material powder as needed.

なお、低熱膨張セラミックスの面出しが容易な場合には、電極3を誘電体部1用の低熱膨張セラミックス材上ではなく、溝4内に形成してもよい。この場合には、低熱膨張セラミックス基体2の電極パターンに倣う溝4内に電極3を形成した後に、低熱膨張セラミックス基体2と電極3との面出しを行い、その後、誘電体部1用の低熱膨張セラミックス材と低熱膨張セラミックス基体2と接合させればよい。この方法によっても、電極3が内部電極となる。   If the surface of the low thermal expansion ceramic is easy, the electrode 3 may be formed in the groove 4 instead of on the low thermal expansion ceramic material for the dielectric portion 1. In this case, after the electrode 3 is formed in the groove 4 that follows the electrode pattern of the low thermal expansion ceramic substrate 2, the low thermal expansion ceramic substrate 2 and the electrode 3 are surfaced, and then the low thermal expansion for the dielectric portion 1 is performed. What is necessary is just to join the expansion ceramic material and the low thermal expansion ceramic substrate 2. Also by this method, the electrode 3 becomes an internal electrode.

以下、実施例に基づいて、本発明について更に説明する。   Hereinafter, based on an Example, this invention is further demonstrated.

(実施例1)
実施例1では、先ず、MgO:13質量%、Al23:32質量%、SiO2:54質量%、Li2O:0.6質量%、TiN(TiO2換算):0.1質量%、Fe23:0.2質量%、C:0.1質量%、となる配合の低熱膨張セラミックス焼結体を50mm×50mm×0.5mmの直方体に加工し、これを誘電体部1用の低熱膨張セラミックス材11とした。次に、50mm×50mmの面の表面に、図2に示すような30mm×30mmとなる櫛型状の電極パターン12を形成する予定の領域以外を覆うマスクを形成し、神港精機社製のイオンプレーティング装置AIF−1675SBT内に載置した。次いで、装置のチャンバ内を10-6Torrまで真空到達させ、その後、雰囲気ガスを8×10-4Torrまで導入し、ヒーター加熱により低熱膨張セラミックス材11に密着させたヒーターの基板温度を350℃程度まで昇温させた。そして、TiN層及びTi層が繰り返し積層されて構成された櫛型状の電極パターン12を形成した。続いて、マスキングに用いたマスクを除去した。
(Example 1)
In Example 1, first, MgO: 13 wt%, Al 2 O 3: 32 wt%, SiO 2: 54 wt%, Li 2 O: 0.6 wt%, TiN (TiO 2 basis): 0.1 %, Fe 2 O 3 : 0.2 mass%, C: 0.1 mass%, a low thermal expansion ceramic sintered body having a composition of 50 mm × 50 mm × 0.5 mm is processed into a dielectric part. The low thermal expansion ceramic material 11 for No. 1 was used. Next, on the surface of the surface of 50 mm × 50 mm, a mask is formed covering the area other than the region where the comb-shaped electrode pattern 12 to be 30 mm × 30 mm as shown in FIG. 2 is to be formed. It mounted in ion plating apparatus AIF-1675SBT. Next, the inside of the chamber of the apparatus is made to reach a vacuum of 10 −6 Torr, and then the atmospheric gas is introduced to 8 × 10 −4 Torr, and the substrate temperature of the heater that is brought into close contact with the low thermal expansion ceramic material 11 by heater heating is 350 ° C. The temperature was raised to the extent. Then, a comb-shaped electrode pattern 12 constituted by repeatedly laminating a TiN layer and a Ti layer was formed. Subsequently, the mask used for masking was removed.

なお、TiN層及びTi層の形成に当たっては、Tiターゲットを用い、窒素ガス中で45分間の成膜を行うことにより、厚さが3μmのTiN層を形成した後、Arガス中で70秒間の成膜を行うことにより、厚さが0.05μmのTi層を成膜した。そして、このようなTiN層及びTi層の形成を4回繰り返した後、TiN層のみを形成し、電極パターン12の全体の厚さを約15μmとした。   In forming the TiN layer and the Ti layer, a TiN layer is used to form a TiN layer having a thickness of 3 μm by performing film formation in nitrogen gas for 45 minutes, and then in Ar gas for 70 seconds. By forming the film, a Ti layer having a thickness of 0.05 μm was formed. Then, after such formation of the TiN layer and the Ti layer was repeated four times, only the TiN layer was formed, and the total thickness of the electrode pattern 12 was about 15 μm.

また、低熱膨張セラミックス材11と同じ成分の低熱膨張セラミックス焼結体を50mm×50mm×5mmの直方体に加工し、電極パターン12を逆転写した。次に、電極パターン12が逆転写された部分を除いた部分をマスクによりマスキングし、ブラスト処理により深さが16μmの溝4を形成した後、マスクを除去した。このようにして、深さが16μmの溝4を有する低熱膨張セラミックス基体2を作成した。   Further, a low thermal expansion ceramic sintered body having the same component as the low thermal expansion ceramic material 11 was processed into a 50 mm × 50 mm × 5 mm rectangular parallelepiped, and the electrode pattern 12 was reversely transferred. Next, the portion excluding the portion where the electrode pattern 12 was reversely transferred was masked with a mask, the groove 4 having a depth of 16 μm was formed by blasting, and then the mask was removed. In this way, a low thermal expansion ceramic substrate 2 having grooves 4 having a depth of 16 μm was prepared.

そして、電極パターン12が溝4内に入り込むようにして熱膨張セラミックス材11と低熱膨張セラミックス基体2とを貼り合わせ、ホットプレスにより接合処理を行い、内部電極(電極パターン12)を有する低熱膨張セラミックス部材として静電チャックを製造した。なお、ホットプレスの条件は、図3に示すように、温度:1350℃、圧力:20MPa、時間:1時間とした。また、ホットプレスの際には、カーボン治具を使用し、雰囲気をAr雰囲気とした。   Then, the thermal expansion ceramic material 11 and the low thermal expansion ceramic substrate 2 are bonded together so that the electrode pattern 12 enters the groove 4 and bonded by hot pressing, and the low thermal expansion ceramic having the internal electrode (electrode pattern 12). An electrostatic chuck was manufactured as a member. As shown in FIG. 3, the hot press conditions were as follows: temperature: 1350 ° C., pressure: 20 MPa, time: 1 hour. In addition, a carbon jig was used during hot pressing, and the atmosphere was an Ar atmosphere.

次に、内部電極に低熱膨張セラミックス基体2に空けた端子取り出し部を介して端子を接続し、静電チャックに100Vの電圧を印加したところ、図4に示すように、初期の静電吸着力が55kPaとなり、漏れ電流が0.8μAとなった。更に、この静電チャックに100Vの電圧のON/OFFを繰り返し、200時間経過毎に吸着力及び漏れ電流を測定した。この結果、通算使用時間が1000時間となった時でも、静電吸着力が53kPaとなり、漏れ電流が0.9μAとなった。つまり、1000時間もの使用によっても、特性がほとんど劣化していなかった。また、後述する従来の静電チャックである比較例2と比較して、約5倍以上の長寿命が見込めることも確認できた。   Next, when a terminal was connected to the internal electrode through a terminal lead-out portion opened in the low thermal expansion ceramic substrate 2 and a voltage of 100 V was applied to the electrostatic chuck, as shown in FIG. Was 55 kPa, and the leakage current was 0.8 μA. Further, the electrostatic chuck was repeatedly turned on and off at a voltage of 100 V, and the adsorption force and leakage current were measured every 200 hours. As a result, even when the total usage time was 1000 hours, the electrostatic attractive force was 53 kPa, and the leakage current was 0.9 μA. That is, even after 1000 hours of use, the characteristics were hardly deteriorated. In addition, it was confirmed that the life could be about 5 times longer than that of Comparative Example 2 which is a conventional electrostatic chuck described later.

(実施例2〜4)
実施例2〜4では、図3に示すように、実施例1とは、電極パターン12を構成するTiN層及びTi層の厚さ及び/又は層数を異ならせた。また、実施例3では、接合方法も異ならせた。そして、実施例1と同様の試験を行った。この結果、図4に示すように、いずれの実施例においても特性の劣化はほとんどなく、測定誤差範囲内程度のものであった。
(Examples 2 to 4)
In Examples 2 to 4, as shown in FIG. 3, the thickness and / or the number of layers of the TiN layer and the Ti layer constituting the electrode pattern 12 are different from those in Example 1. In Example 3, the joining method was also changed. And the test similar to Example 1 was done. As a result, as shown in FIG. 4, there was almost no deterioration of the characteristics in any of the examples, and it was within the measurement error range.

(実施例5)
実施例5では、実施例1とは、電極パターン12を構成する層の組成、厚さ及び数を異ならせた。組成については、イオンプレーティングのターゲットをTiからCrに変更し、CrN層及びCr層を形成した。また、図3に示すように、接合を実施例3と同様に熱間静水圧プレスにより行った。そして、実施例1と同様の試験を行った。この結果、図4に示すように、特性の劣化はほとんどなく、測定誤差範囲内程度のものであった。
(Example 5)
In Example 5, the composition, thickness, and number of layers constituting the electrode pattern 12 were different from those in Example 1. As for the composition, the ion plating target was changed from Ti to Cr, and a CrN layer and a Cr layer were formed. Moreover, as shown in FIG. 3, joining was performed by hot isostatic pressing in the same manner as in Example 3. And the test similar to Example 1 was done. As a result, as shown in FIG. 4, there was almost no deterioration of the characteristics, and it was within the measurement error range.

(実施例6)
実施例6では、実施例4とは、電極パターン12を構成する層、厚さ及び数の組成を異ならせた。組成については、イオンプレーティングのターゲットをTiからTaに変更し、TaN層及びTa層を形成した。また、図3に示すように、接合を実施例3と同様に熱間静水圧プレスにより行った。そして、実施例1と同様の試験を行った。この結果、図4に示すように、特性の劣化はほとんどなく、測定誤差範囲内程度のものであった。
(Example 6)
In Example 6, the composition of the layer, thickness, and number constituting the electrode pattern 12 was different from that in Example 4. Regarding the composition, the target of ion plating was changed from Ti to Ta, and a TaN layer and a Ta layer were formed. Moreover, as shown in FIG. 3, joining was performed by hot isostatic pressing in the same manner as in Example 3. And the test similar to Example 1 was done. As a result, as shown in FIG. 4, there was almost no deterioration of the characteristics, and it was within the measurement error range.

(実施例7)
実施例7では、電極パターン12をスパッタ法により形成した。先ず、実施例1と同様に低熱膨張セラミックス材11にマスキングを行った後、ANELVA社製高周波スパッタリング装置SP−430HS内に載置し、チャンバ内を5×10-6Torrまで真空到達させた。その後、雰囲気ガスを3×10-3Torrまで導入し、TiN層及びTi層が繰り返し積層されて構成された櫛型の電極パターン12を形成した。続いて、マスキングに用いたマスクを除去した。
(Example 7)
In Example 7, the electrode pattern 12 was formed by sputtering. First, after masking the low thermal expansion ceramic material 11 as in Example 1, it was placed in a high frequency sputtering apparatus SP-430HS manufactured by ANELVA, and the inside of the chamber was vacuumed to 5 × 10 −6 Torr. Thereafter, the atmosphere gas was introduced up to 3 × 10 −3 Torr, and a comb-shaped electrode pattern 12 constituted by repeatedly stacking the TiN layer and the Ti layer was formed. Subsequently, the mask used for masking was removed.

なお、TiN層及びTi層の形成に当たっては、Tiターゲットを用い、窒素ガス中で90分間の成膜を行うことにより、厚さが1.66μmのTiN層を形成した後、Arガス中で5分間の成膜を行うことにより、厚さが0.01μmのTi層を形成した。そして、このようなTiN層及びTi層の形成を2回繰り返した後、TiN層のみを形成し、電極パターン12の全体の厚さを約5μmとした。   In forming the TiN layer and the Ti layer, a TiN target is used and a film is formed in nitrogen gas for 90 minutes to form a TiN layer having a thickness of 1.66 μm. A Ti layer having a thickness of 0.01 μm was formed by performing film formation for one minute. Then, after such formation of the TiN layer and the Ti layer was repeated twice, only the TiN layer was formed, and the total thickness of the electrode pattern 12 was about 5 μm.

また、低熱膨張セラミックス基体2には、深さが6μmの溝を形成した。   Further, a groove having a depth of 6 μm was formed in the low thermal expansion ceramic substrate 2.

そして、電極パターン12が溝4内に入り込むようにして熱膨張セラミックス材11と低熱膨張セラミックス基体2とを貼り合わせ、熱間静水圧プレスにより接合処理を行い、内部電極(電極パターン12)を有する低熱膨張セラミックス部材として静電チャックを製造した。なお、熱間静水圧プレスの条件は、図3に示すように、温度:1360℃、Arガス加圧:100MPa、時間:2時間とした。上記の実施例3、5及び6の条件も同様である。   Then, the thermal expansion ceramic material 11 and the low thermal expansion ceramic substrate 2 are bonded together so that the electrode pattern 12 enters the groove 4, and a bonding process is performed by hot isostatic pressing to have an internal electrode (electrode pattern 12). An electrostatic chuck was manufactured as a low thermal expansion ceramic member. In addition, as shown in FIG. 3, the conditions of the hot isostatic press were temperature: 1360 ° C., Ar gas pressurization: 100 MPa, and time: 2 hours. The same applies to the conditions of Examples 3, 5 and 6 above.

そして、実施例1と同様の試験を行った。この結果、図4に示すように、特性の劣化はほとんどなく、測定誤差範囲内程度のものであった。   And the test similar to Example 1 was done. As a result, as shown in FIG. 4, there was almost no deterioration of the characteristics, and it was within the measurement error range.

(実施例8)
実施例8では、実施例7とは、電極パターン12を構成するTiN層の厚さ及び層数、並びにTi層の層数を異ならせた。そして、実施例1と同様の試験を行った。この結果、800時間程度まで問題なく使用することができた。即ち、従来の4倍以上も問題なく使用することができた。
(Example 8)
In Example 8, the thickness and the number of TiN layers constituting the electrode pattern 12 and the number of Ti layers were different from those in Example 7. And the test similar to Example 1 was done. As a result, it could be used without problems up to about 800 hours. In other words, it was possible to use 4 times or more of the conventional one without any problem.

(実施例9)
実施例9では、低熱膨張セラミックス基体2の溝4内に電極パターン12を形成した後に、この上に、低熱膨張セラミックス材11を接合した。具体的には、深さが6μmの溝4のパターンを形成した後、その周囲にマスクを形成し、溝4内に厚さが約6μmになるように、厚さが2.5μmのTiN層、厚さが0.01μmのTi層、厚さが3.5μmのTiN層を順次形成した。その後、低熱膨張セラミックス基体2の表面を研磨することにより、マスクを除去すると共に、最表面のTiN層を1mm削り取ることにより、厚さが約5μmの電極パターン12を得た。そして、低熱膨張セラミックス材11と低熱膨張セラミックス基体2との接合を行った。但し、低熱膨張セラミックス材11及び低熱膨張セラミックス基体2の材料としては、MgO:13質量%、Al23:32.2質量%、SiO2:54.2質量%、Li2O:0.6質量%、となる配合の低熱膨張セラミックスを用いた。
Example 9
In Example 9, after forming the electrode pattern 12 in the groove | channel 4 of the low thermal expansion ceramic base | substrate 2, the low thermal expansion ceramic material 11 was joined on this. Specifically, after a pattern of the groove 4 having a depth of 6 μm is formed, a mask is formed around the pattern, and a TiN layer having a thickness of 2.5 μm is formed so as to have a thickness of about 6 μm in the groove 4. A Ti layer having a thickness of 0.01 μm and a TiN layer having a thickness of 3.5 μm were sequentially formed. Thereafter, the surface of the low thermal expansion ceramic substrate 2 was polished to remove the mask, and the outermost TiN layer was scraped 1 mm to obtain an electrode pattern 12 having a thickness of about 5 μm. And the low thermal expansion ceramic material 11 and the low thermal expansion ceramic base | substrate 2 were joined. However, the materials of the low thermal expansion ceramic material 11 and the low thermal expansion ceramic substrate 2 are MgO: 13% by mass, Al 2 O 3 : 32.2% by mass, SiO 2 : 54.2% by mass, Li 2 O: 0.00%. A low thermal expansion ceramic having a composition of 6% by mass was used.

そして、実施例1と同様の試験を行った。この結果、図4に示すように、特性の劣化はほとんどなく、測定誤差範囲内程度のものであった。   And the test similar to Example 1 was done. As a result, as shown in FIG. 4, there was almost no deterioration of the characteristics, and it was within the measurement error range.

(実施例10)
実施例10では、実施例1とは、低熱膨張セラミックスの組成等を異ならせた。具体的には、MgO:13質量%、Al23:32.1質量%、SiO2:54.1質量%、Li2O:0.6質量%、Fe23:0.2質量%、となる配合の低熱膨張セラミックスを用いた。
(Example 10)
In Example 10, the composition and the like of the low thermal expansion ceramics are different from those in Example 1. Specifically, MgO: 13 wt%, Al 2 O 3: 32.1 wt%, SiO 2: 54.1 wt%, Li 2 O: 0.6 wt%, Fe 2 O 3: 0.2 mass %, A low thermal expansion ceramic with the following composition was used.

そして、実施例1と同様の試験を行った。この結果、図4に示すように、特性の劣化はほとんどなく、測定誤差範囲内程度のものであった。   And the test similar to Example 1 was done. As a result, as shown in FIG. 4, there was almost no deterioration of the characteristics, and it was within the measurement error range.

(実施例11)
実施例11では、実施例1とは、低熱膨張セラミックスの組成等を異ならせた。具体的には、MgO:12.0質量%、Al23:31.1質量%、SiO2:53.1質量%、Li2O:0.6質量%、Y23:3.0質量%、Cr23:0.2質量%、となる配合の低熱膨張セラミックスを用いた。
(Example 11)
In Example 11, the composition and the like of the low thermal expansion ceramics are different from those in Example 1. Specifically, MgO: 12.0 wt%, Al 2 O 3: 31.1 wt%, SiO 2: 53.1 wt%, Li 2 O: 0.6 wt%, Y 2 O 3: 3 . A low thermal expansion ceramic having a composition of 0% by mass and Cr 2 O 3 : 0.2% by mass was used.

そして、実施例1と同様の試験を行った。この結果、図4に示すように、特性の劣化はほとんどなく、測定誤差範囲内程度のものであった。   And the test similar to Example 1 was done. As a result, as shown in FIG. 4, there was almost no deterioration of the characteristics, and it was within the measurement error range.

(実施例12)
実施例11では、実施例1とは、低熱膨張セラミックスの組成等を異ならせた。具体的には、MgO:12.9質量%、Al23:32質量%、SiO2:54質量%、Li2O:0.6質量%、TiO2:0.3質量%、Fe23:0.2質量%、となる配合の低熱膨張セラミックスを用いた。
(Example 12)
In Example 11, the composition and the like of the low thermal expansion ceramics are different from those in Example 1. Specifically, MgO: 12.9 wt%, Al 2 O 3: 32 wt%, SiO 2: 54 wt%, Li 2 O: 0.6 wt%, TiO 2: 0.3 wt%, Fe 2 A low thermal expansion ceramic having a composition of O 3 : 0.2% by mass was used.

そして、実施例1と同様の試験を行った。この結果、図4に示すように、特性の劣化はほとんどなく、測定誤差範囲内程度のものであった。   And the test similar to Example 1 was done. As a result, as shown in FIG. 4, there was almost no deterioration of the characteristics, and it was within the measurement error range.

(比較例1)
比較例1では、低熱膨張セラミックス材11の表面に、実施例1と同様の方法により、TiN層のみからなる電極を形成した。その後、電極を形成する際に用いたマスクを剥がそうとしたところ、この際に、電極も剥がれてしまった。これは、TiN層の内部応力が十分に緩和されていないために、低熱膨張セラミックス材11との間の密着力が不足したためである。このように電極が剥がれてしまったため、実施例1と同様の静電吸着力及び漏れ電流の測定を実施することはできなかった。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, an electrode composed of only a TiN layer was formed on the surface of the low thermal expansion ceramic material 11 by the same method as in Example 1. Then, when it was going to peel off the mask used when forming an electrode, the electrode also peeled off in this case. This is because the internal stress of the TiN layer is not sufficiently relaxed, and the adhesion with the low thermal expansion ceramic material 11 is insufficient. Since the electrodes were peeled off in this way, the same electrostatic adsorption force and leakage current measurement as in Example 1 could not be performed.

(比較例2)
比較例2では、低熱膨張セラミックス基体2の電極を形成しようとする部分に深さが45μmの溝を掘り、その内部に、電極形状に加工した50μmのWメッシュシートを入れた。そして、実施例1と同様のホットプレスにより低熱膨張セラミックス11と低熱膨張セラミックス基体2とを接合した。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, a groove having a depth of 45 μm was dug in a portion of the low thermal expansion ceramic substrate 2 where an electrode was to be formed, and a 50 μm W mesh sheet processed into an electrode shape was placed therein. And the low thermal expansion ceramics 11 and the low thermal expansion ceramic base | substrate 2 were joined by the hot press similar to Example 1. FIG.

そして、実施例1と同様の試験を行った。この結果、図4に示すように、実施例1〜12とは異なり、静電チャックの初期特性は良好であり、200時間までは安定して使用可能であったものの、400時間まで使用した際に、誘電体部にクラックの発生が認められた。更に、漏れ電流が多くなったため、測定を中止した。   And the test similar to Example 1 was done. As a result, as shown in FIG. 4, unlike Examples 1-12, the initial characteristics of the electrostatic chuck were good and could be used stably up to 200 hours, but when used up to 400 hours In addition, the occurrence of cracks in the dielectric portion was observed. Furthermore, the measurement was stopped because the leakage current increased.

本発明の実施形態に係る低熱膨張セラミックス部材を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the low thermal expansion ceramic member which concerns on embodiment of this invention. 電極パターン12を示す図である。It is a figure which shows the electrode pattern. 実施例及び比較例の条件を示す図である。It is a figure which shows the conditions of an Example and a comparative example. 実施例及び比較例の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of an Example and a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

1:誘電体部
2:低熱膨張セラミックス基体
3:電極
4:溝
11:低熱膨張セラミックス材
12:電極パターン
1: Dielectric part 2: Low thermal expansion ceramic substrate 3: Electrode 4: Groove 11: Low thermal expansion ceramic material 12: Electrode pattern

Claims (17)

低熱膨張セラミックス基体と、
前記低熱膨張セラミックス基体上に設けられた電極と、
前記電極を覆う低熱膨張セラミックス誘電体部と、
を有し、
前記電極の構造は、
周期律表IVa属元素の窒化物若しくは複合窒化物、周期律表Va属元素の窒化物若しくは複合窒化物、又は周期律表VIa属元素の窒化物若しくは複合窒化物からなる第1の層と、
周期律表IVa、Va又はVIa属元素からなる第2の層と、
の積層構造であることを特徴とする低熱膨張セラミックス部材。
A low thermal expansion ceramic substrate;
An electrode provided on the low thermal expansion ceramic substrate;
A low thermal expansion ceramic dielectric part covering the electrode;
Have
The structure of the electrode is:
A first layer composed of a nitride or composite nitride of group IVa element of the periodic table, a nitride or composite nitride of group Va element of the periodic table, or a nitride or composite nitride of group VIa element of the periodic table;
A second layer comprising a periodic table IVa, Va or VIa group element;
A low thermal expansion ceramic member characterized by having a laminated structure of
前記第1の層は、Tiの窒化物又は複合窒化物からなり、
前記第2の層は、Tiからなることを特徴とする請求項1に記載の低熱膨張セラミックス部材。
The first layer is made of Ti nitride or composite nitride,
The low thermal expansion ceramic member according to claim 1, wherein the second layer is made of Ti.
前記第1の層は、Crの窒化物又は複合窒化物からなり、
前記第2の層は、Crからなることを特徴とする請求項1に記載の低熱膨張セラミックス部材。
The first layer is made of Cr nitride or composite nitride,
The low thermal expansion ceramic member according to claim 1, wherein the second layer is made of Cr.
前記電極の厚さは、3μm以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の低熱膨張セラミックス部材。   4. The low thermal expansion ceramic member according to claim 1, wherein the electrode has a thickness of 3 μm or more. 5. 前記低熱膨張セラミックス誘電体部及び低熱膨張セラミックス基体は、
MgO:8〜17.2質量%、
Al23:22〜38質量%、
SiO2:49.5〜70質量%、及び
Li2O:0.1〜2.5質量%、
を含有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の低熱膨張セラミックス部材。
The low thermal expansion ceramic dielectric part and the low thermal expansion ceramic base are:
MgO: 8 to 17.2% by mass,
Al 2 O 3 : 22 to 38% by mass,
SiO 2 : 49.5 to 70% by mass, and Li 2 O: 0.1 to 2.5% by mass,
5. The low thermal expansion ceramic member according to claim 1, comprising:
前記低熱膨張セラミックス誘電体部及び低熱膨張セラミックス基体は、更に、Tiを除く遷移金属の1種又は2種以上の化合物(酸化物換算):0.1〜2質量%を含有し、
SiO2の質量を[SiO2]、
LiO2の質量を[LiO2]、
MgOの質量を[MgO]、
Al23の質量を[Al23
と表したとき、
([SiO2]−8×[Li2O])/[MgO]≧3の関係、及び
([SiO2]−8×[Li2O])/[Al23]≧1.2の関係
が満たされていることを特徴とする請求項5に記載の低熱膨張セラミックス部材。
The low thermal expansion ceramic dielectric part and the low thermal expansion ceramic base further contain one or more transition metal compounds excluding Ti (as oxides): 0.1 to 2% by mass,
The mass of SiO 2 [SiO 2],
The mass of the LiO 2 [LiO 2],
The mass of MgO is [MgO],
The mass of the Al 2 O 3 [Al 2 O 3]
When
([SiO 2 ] -8 × [Li 2 O]) / [MgO] ≧ 3 and ([SiO 2 ] −8 × [Li 2 O]) / [Al 2 O 3 ] ≧ 1.2 The low thermal expansion ceramic member according to claim 5, wherein the relationship is satisfied.
前記低熱膨張セラミックス誘電体部及び低熱膨張セラミックス基体は、更に、希土類元素の1種又は2種以上の化合物(酸化物換算):10質量%以下を含有することを特徴とする請求項5又は6に記載の低熱膨張セラミックス部材。   The low thermal expansion ceramic dielectric part and the low thermal expansion ceramic base further contain one or more rare earth element compounds (oxide conversion): 10% by mass or less. 2. A low thermal expansion ceramic member according to 1. 前記低熱膨張セラミックス誘電体部及び低熱膨張セラミックス基体は、更に、
Ti化合物(TiO2換算):1質量%以下、及び
C:5質量%以下
からなる群から選択された少なくとも1種類を含有することを特徴とする請求項5乃至7のいずれか1項に記載の低熱膨張セラミックス部材。
The low thermal expansion ceramic dielectric part and the low thermal expansion ceramic substrate further include:
8. The composition according to claim 5, comprising at least one selected from the group consisting of a Ti compound (in terms of TiO 2 ): 1% by mass or less, and C: 5% by mass or less. Low thermal expansion ceramic member.
第1の低熱膨張セラミックス材上に電極を形成する工程と、
前記第1の低熱膨張セラミックス材に第2の低熱膨張セラミックス材を接合することにより、前記第1及び第2の低熱膨張セラミックス材との間に前記電極を挟み込む工程と、
を有し、
前記電極として、
周期律表IVa属元素の窒化物若しくは複合窒化物、周期律表Va属元素の窒化物若しくは複合窒化物、又は周期律表VIa属元素の窒化物若しくは複合窒化物からなる第1の層と、
周期律表IVa、Va又はVIa属元素からなる第2の層と、
の積層構造を有するものを形成することを特徴とする低熱膨張セラミックス部材の製造方法。
Forming an electrode on the first low thermal expansion ceramic material;
Sandwiching the electrode between the first and second low thermal expansion ceramic materials by bonding a second low thermal expansion ceramic material to the first low thermal expansion ceramic materials;
Have
As the electrode,
A first layer composed of a nitride or composite nitride of group IVa element of the periodic table, a nitride or composite nitride of group Va element of the periodic table, or a nitride or composite nitride of group VIa element of the periodic table;
A second layer comprising a periodic table IVa, Va or VIa group element;
A method for producing a low thermal expansion ceramic member, characterized in that a member having a multilayer structure is formed.
前記第1の層として、Tiの窒化物又は複合窒化物からなるものを形成し、
前記第2の層として、Tiからなるものを形成することを特徴とする請求項9に記載の低熱膨張セラミックス部材の製造方法。
As the first layer, formed of Ti nitride or composite nitride,
The method for producing a low thermal expansion ceramic member according to claim 9, wherein the second layer is made of Ti.
前記第1の層として、Crの窒化物又は複合窒化物からなるものを形成し、
前記第2の層として、Crからなるものを形成することを特徴とする請求項9に記載の低熱膨張セラミックス部材の製造方法。
As the first layer, a layer made of Cr nitride or composite nitride is formed,
The method for producing a low thermal expansion ceramic member according to claim 9, wherein the second layer is made of Cr.
前記電極の厚さを、3μm以上とすることを特徴とする請求項9乃至11のいずれか1項に記載の低熱膨張セラミックス部材の製造方法。   The method for producing a low thermal expansion ceramic member according to any one of claims 9 to 11, wherein a thickness of the electrode is 3 µm or more. 前記第1及び第2の低熱膨張セラミックス材として、
MgO:8〜17.2質量%、
Al23:22〜38質量%、
SiO2:49.5〜70質量%、及び
Li2O:0.1〜2.5質量%、
を含有するものを使用することを特徴とする請求項9乃至12のいずれか1項に記載の低熱膨張セラミックス部材の製造方法。
As the first and second low thermal expansion ceramic materials,
MgO: 8 to 17.2% by mass,
Al 2 O 3 : 22 to 38% by mass,
SiO 2 : 49.5 to 70% by mass, and Li 2 O: 0.1 to 2.5% by mass,
The method for producing a low thermal expansion ceramic member according to any one of claims 9 to 12, wherein a material containing a low thermal expansion ceramic member is used.
前記第1及び第2の低熱膨張セラミックス材として、
更に、Tiを除く遷移金属の1種又は2種以上の化合物(酸化物換算):0.1〜2質量%を含有し、
SiO2の質量を[SiO2]、
LiO2の質量を[LiO2]、
MgOの質量を[MgO]、
Al23の質量を[Al23
と表したとき、
([SiO2]−8×[Li2O])/[MgO]≧3の関係、及び
([SiO2]−8×[Li2O])/[Al23]≧1.2の関係
が満たされているものを使用することを特徴とする請求項13に記載の低熱膨張セラミックス部材の製造方法。
As the first and second low thermal expansion ceramic materials,
Furthermore, 1 type or 2 types or more of transition metals except Ti (oxide conversion): 0.1-2 mass% is contained,
The mass of SiO 2 [SiO 2],
The mass of the LiO 2 [LiO 2],
The mass of MgO is [MgO],
The mass of the Al 2 O 3 [Al 2 O 3]
When
([SiO 2 ] -8 × [Li 2 O]) / [MgO] ≧ 3 and ([SiO 2 ] −8 × [Li 2 O]) / [Al 2 O 3 ] ≧ 1.2 The method for producing a low thermal expansion ceramic member according to claim 13, wherein a material satisfying the relationship is used.
前記第1及び第2の低熱膨張セラミックス材として、更に、希土類元素の1種又は2種以上の化合物(酸化物換算):10質量%以下を含有するものを使用することを特徴とする請求項13又は14に記載の低熱膨張セラミックス部材の製造方法。   The first and second low-thermal-expansion ceramic materials further include one or more rare earth element compounds (as oxides): those containing 10% by mass or less. 15. A method for producing a low thermal expansion ceramic member according to 13 or 14. 前記第1及び第2の低熱膨張セラミックス材として、更に、
Ti化合物(TiO2換算):1質量%以下、及び
C:5質量%以下
からなる群から選択された少なくとも1種類を含有するものを使用することを特徴とする請求項13乃至15のいずれか1項に記載の低熱膨張セラミックス部材の製造方法。
As the first and second low thermal expansion ceramic materials,
The compound containing at least one selected from the group consisting of a Ti compound (in terms of TiO 2 ): 1% by mass or less and C: 5% by mass or less is used. 2. A method for producing a low thermal expansion ceramic member according to item 1.
前記第1及び第2の層を物理蒸着法により形成することを特徴とする請求項9乃至16のいずれか1項に記載の低熱膨張セラミックス部材の製造方法。   The method for producing a low thermal expansion ceramic member according to any one of claims 9 to 16, wherein the first and second layers are formed by physical vapor deposition.
JP2006306848A 2006-11-13 2006-11-13 Low-thermal-expansion ceramic member, and manufacturing method thereof Pending JP2008124265A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006306848A JP2008124265A (en) 2006-11-13 2006-11-13 Low-thermal-expansion ceramic member, and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006306848A JP2008124265A (en) 2006-11-13 2006-11-13 Low-thermal-expansion ceramic member, and manufacturing method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008124265A true JP2008124265A (en) 2008-05-29

Family

ID=39508695

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006306848A Pending JP2008124265A (en) 2006-11-13 2006-11-13 Low-thermal-expansion ceramic member, and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008124265A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011011931A (en) * 2009-06-30 2011-01-20 Taiheiyo Cement Corp Ceramic joined body, ceramic heater, electrostatic chuck and susceptor
JP2011148688A (en) * 2009-12-25 2011-08-04 Taiheiyo Cement Corp Ceramic joined body and method for producing the same
JP2014093467A (en) * 2012-11-06 2014-05-19 Taiheiyo Cement Corp Method for manufacturing electrode built-in type ceramic sintered body
JP2016529735A (en) * 2013-08-27 2016-09-23 ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド Barrier layer for electrostatic chuck
JP6238501B1 (en) * 2017-03-27 2017-11-29 株式会社ソディック Electrostatic chuck
JP2018182059A (en) * 2017-04-13 2018-11-15 日本特殊陶業株式会社 Manufacturing method of component for semiconductor manufacturing equipment
GB2581267A (en) * 2019-01-23 2020-08-12 Berliner Glas Kgaa Herbert Kubatz Gmbh & Co Holding apparatus for electrostatically holding a component, including a base body joined by diffusion bonding, and process for its manufacture

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011011931A (en) * 2009-06-30 2011-01-20 Taiheiyo Cement Corp Ceramic joined body, ceramic heater, electrostatic chuck and susceptor
JP2011148688A (en) * 2009-12-25 2011-08-04 Taiheiyo Cement Corp Ceramic joined body and method for producing the same
JP2014093467A (en) * 2012-11-06 2014-05-19 Taiheiyo Cement Corp Method for manufacturing electrode built-in type ceramic sintered body
JP2016529735A (en) * 2013-08-27 2016-09-23 ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド Barrier layer for electrostatic chuck
JP6238501B1 (en) * 2017-03-27 2017-11-29 株式会社ソディック Electrostatic chuck
JP2018164361A (en) * 2017-03-27 2018-10-18 株式会社ソディック Electrostatic chuck
JP2018182059A (en) * 2017-04-13 2018-11-15 日本特殊陶業株式会社 Manufacturing method of component for semiconductor manufacturing equipment
GB2581267A (en) * 2019-01-23 2020-08-12 Berliner Glas Kgaa Herbert Kubatz Gmbh & Co Holding apparatus for electrostatically holding a component, including a base body joined by diffusion bonding, and process for its manufacture
US11201075B2 (en) 2019-01-23 2021-12-14 Berliner Glas GmbH Holding apparatus for electrostatically holding a component, including a base body joined by diffusion bonding, and process for its manufacture
GB2581267B (en) * 2019-01-23 2022-12-14 Asml Netherlands Bv Holding apparatus for electrostatically holding a component, including a base body joined by diffusion bonding, and process for its manufacture

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2008124265A (en) Low-thermal-expansion ceramic member, and manufacturing method thereof
JP4467453B2 (en) Ceramic member and manufacturing method thereof
JP4040284B2 (en) Electrode built-in susceptor for plasma generation and manufacturing method thereof
KR100681253B1 (en) Support member for wafer
TWI322139B (en) Yttria sintered body, electrostatic chuck, and manufacturing method of yttria sintered body
KR101800337B1 (en) Electrostatic chuck device
JP2006269826A (en) Electrostatic chuck, and manufacturing method therefor
JP2011148688A (en) Ceramic joined body and method for producing the same
KR20020059438A (en) Electrostatic chucks with flat film electrode
JP5154141B2 (en) Rare earth oxide-containing thermal spray substrate and laminate
JPH11312729A (en) Electrostatic chuck
JP2021504287A (en) Semiconductor processing equipment equipped with high temperature resistant nickel alloy joints and its manufacturing method
CN111620701B (en) Multilayer composite ceramic disc and manufacturing method thereof
JP2022530320A (en) High-density corrosion-resistant layer arrangement for electrostatic chuck
JP2003124299A (en) Electrode contained susceptor and its manufacturing method
JPWO2003036667A1 (en) Manufacturing method of multilayer ceramic electronic component
JP2005057234A (en) Electrostatic chuck
CN110534470B (en) Method for manufacturing electrostatic chuck made of ceramic
SE528133C2 (en) Substrate with a sealed surface for sintering metal powder bodies, ceramics and the like, their use and process for their preparation
JP2000143349A (en) Aluminum nitride-based sintered compact and electrostatic chuck using the same
JP2000037877A (en) Manufacture of actuator in ink jet printer head
JP2004059397A (en) Plasma resistant member
JP5225043B2 (en) Electrostatic chuck
JP2005072286A (en) Electrostatic chuck
JP2007194393A (en) Electrostatic chuck