JP2017218352A - 焼結体及びその製造方法と静電チャック - Google Patents

焼結体及びその製造方法と静電チャック Download PDF

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Abstract

【課題】セラミック基板の貫通孔に多孔質体が信頼性よく配置される新規な構造の焼結体を提供する。【解決手段】酸化物粒子10aが焼結されたセラミック基板10と、セラミック基板10に形成された貫通孔THであって、貫通孔THの内壁に露出する酸化物粒子10aの各側面が面一となって配置された貫通孔THと、貫通孔THに配置され、球状酸化物セラミック粒子22と、球状酸化物セラミック粒子22を結着する混合酸化物24とから形成された多孔質体20とを含む。【選択図】図2

Description

本発明は、焼結体及びその製造方法とその焼結体を備えた静電チャックに関する。
従来、内部に多数の気孔が形成された多孔質体セラミックがある。そのような多孔質セラミックは、静電チャックの熱伝導用ガスの導管部又は各種のフィルタとして使用される。
特表2004−508728号公報 特開2010−228935号公報 特開2010−228946号公報 特開2014−8432号公報 特開2014−135310号公報
後述する予備的事項の欄で説明するように、静電チャックには、セラミック基板に配置されるガス導管部を多孔質体から形成したものがある。
セラミック基板に多孔質体を配置するには、セラミック基板と多孔質体を別々に焼結体として作成し、セラミック基板の貫通孔に多孔質体を挿入して合体させる方法がある。
あるいは、焼成前のセラミック組成体の貫通孔に多孔質体の前駆体となる多孔質体用ペーストを充填した後に、両者を同時に焼成する方法がある。
これらの方法では、ガス導管部のサイズを小さくするには限界があると共に、ガス導管部の形状、サイズ及び位置の精度が十分に得られない課題がる。また、焼成前のセラミック組成体の貫通孔の内壁は微細な凹凸面となっているため、多孔質体用ペーストを充填しにくく、充填ムラが生じやすい。
セラミック基板の貫通孔に多孔質体を信頼性よく配置できる新規な構造の焼結体及びその製造方法と静電チャックを提供することを目的とする。
以下の開示の一観点によれば、酸化物粒子が焼結されたセラミック基板と、前記セラミック基板に形成された貫通孔であって、前記貫通孔の内壁に露出する前記酸化物粒子の各側面が面一となって配置された前記貫通孔と、前記貫通孔に配置され、球状酸化物セラミック粒子と、前記球状酸化物セラミック粒子を結着する混合酸化物とから形成された多孔質体とを有する焼結体が提供される。
また、その開示の他の観点によれば、酸化物粒子が焼結されたセラミック基板と、前記セラミック基板に形成された貫通孔であって、前記貫通孔の内壁に露出する前記酸化物粒子の各側面が面一となって配置された前記貫通孔と、前記貫通孔に配置され、球状酸化物セラミック粒子と、前記球状酸化物セラミック粒子を結着する混合酸化物とから形成された多孔質体からなるガス導管部と、前記セラミック基板の中に配置された静電電極とを有することを特徴とする静電チャックが提供される。
さらに、その開示の他の観点によれば、焼結されたセラミック基板を用意する工程と、前記セラミック基板に貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔に、球状酸化物セラミック粒子と混合酸化物とを含むペーストを充填する工程と、前記ペーストを焼成して、前記貫通孔に、前記球状酸化物セラミック粒子が前記混合酸化物で結着された多孔質体を形成する工程とを有する焼結体の製造方法が提供される。
以下の開示によれば、焼結体では、酸化物粒子が焼結されたセラミック基板の貫通孔に多孔質体が配置されている。
焼結体は、焼結されたセラミック基板に貫通孔を形成した後に、貫通孔に多孔質体の前駆体である多孔質体用ペーストを充填して焼成することにより得られる。
これにより、セラミック基板の貫通孔の内壁に露出する複数の酸化物粒子の各側面が面一になって、貫通孔の内壁が平坦面となっている。よって、セラミック基板の貫通孔に多孔質体用ペーストを充填する際に、抵抗が少なく、良好に多孔質体用ペーストを充填することができる。
また、多孔質体は、所定の気孔率が得られるように、球状酸化物セラミック粒子が混合酸化物で結着されて形成され、焼成時に殆ど収縮が発生しない状態で作成される。
このため、セラミック基板の貫通孔に多孔質体を信頼性よく配置することができる。よって、多孔質体をガス導管部として使用する際に、ガス導管部の形状、サイズ及び位置の精度を向上させることができる。
図1は予備的事項に係る多孔質体を模式的に示す断面図である。 図2(a)及び(b)は実施形態の多孔質体を備えた焼結体を示す斜視図及び部分断面図である。 図3は比較例のセラミック基板の貫通孔の内壁の様子を示す断面図である。 図4(a)〜(c)は実施形態の焼結体の製造方法を示す断面図(その1)である。 図5(a)及び(b)は実施形態の焼結体の製造方法を示す断面図(その2)である。 図6は実施形態の静電チャックを示す断面図である。
以下、実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
本実施形態の説明の前に、基礎となる予備的事項について説明する。予備的事項の記載は、発明者の個人的な検討内容であり、公知技術ではない新規な技術内容を含む。
静電チャックには、表面側に熱伝導用ガスを供給するためガス導管部が備えられている。ドライエッチング装置などに使用される静電チャックでは、ガス導管部での放電を防止するためにガス導管部を多孔質体から形成したものがある。そのような静電チャックでは、セラミック基板の厚み方向に多孔質体が貫通するように配置される。
セラミック基板に多孔質体を配置する方法としては、まず、多孔質焼結体と、貫通孔が形成された基板焼結体とが別体として作成される。
多孔質焼結体の作成方法としては、焼成前の通常のセラミック組成体に所定割合の体積を占めるように造孔剤を添加し、焼成することにより、造孔剤が除去されて多孔質焼結体が得られる。造孔剤としては、ポリメタクリ酸メチル(PMMA)などが使用される。
これにより、図1に示すように、多数のセラミック粒子100aが焼結され、造孔剤の作用によって内部に気孔Pが連通して形成された多孔質体100が得られる。
このような造孔剤を使用して多孔質焼結体を作成する手法では、造孔剤の分散状態によっては、外部とつながらないクローズドポアができたり、気孔Pのサイズを制御できない課題がある。
そして、多孔質焼結体と、貫通孔が形成された基板焼結体とを別体として用意し、両者を所定形状に加工する。さらに、基板焼結体の貫通孔に多孔質焼結体を挿入して両者を合体させる。多孔質焼結体の脱落を防止するため、両者の界面にエポキシ樹脂などの接着媒体が設けられる。
あるいは、接着媒体を使用せずに、基板焼結体の貫通孔に多孔質焼結体を挿入した後に、焼成温度に近い高温で熱処理して固着する手法もある。
この手法では、多孔質焼結体を小さく加工し、基板焼結体の貫通孔に精度よく挿入することは限界があるため、セラミック基板の貫通孔の直径を3mm程度より小さくすることは困難である。
また、接着媒体を使用しない場合は、基板焼結体の貫通孔の内壁全体に接触するように多孔質焼結体を精度よく加工して挿入する必要があるが、そのような作業は現実には困難を極める。
多孔質焼結体が基板焼結体の貫通孔の内壁全体に接触していないと、多孔質焼結体と基板焼結体との固着面が不均一に形成されるため、多孔質焼結体でのガスの流れの特性劣化の原因になる。
さらには、多孔質焼結体を接着媒体で固定する場合は、接着媒体がプラズマによって劣化して静電チャックの不良の一因となる。
また、別の方法としては、焼成前のセラミック組成体に貫通孔を形成し、多孔質体の前駆体となる多孔質体用ペーストをその貫通孔を充填した後に、両者を同時に焼成する方法がある。
この手法では、焼成によって多孔質焼結体及び基板焼結体を形成する際に、両者の収縮挙動によって大きさがうまく調和せず、間隙や割れが発生しやすい。このため、多孔質焼結体から形成されるガス導管部の形状、サイズ及び位置の精度が十分に得られない。
また、焼成前のセラミック組成体の貫通孔の内壁は微細な凹凸面となっているため、多孔質体用ペーストの充填する際に、充填ムラが生じやすく、良好な充填が困難になる。
後述する実施形態の焼結体では、前述した課題を解消することができる。
(実施形態)
図2は実施形態の焼結体を説明するための図、図4及び図5は実施形態の焼結体の製造方法を説明するための図、図6は実施形態の静電チャックを示す図である。
図2(a)に示すように、実施形態の焼結体1は、厚み方向に貫通する貫通孔THを備えたセラミック基板10と、その貫通孔THに配置された多孔質体20とを備えている。多孔質体20によりガス導管部Gが構築されている。
図2(b)は、図2(a)のセラミック基板10の貫通孔TH及びその中に配置された多孔質体20の様子を示す部分拡大断面図である。
図2(b)に示すように、セラミック基板10は、複数の酸化物粒子10aが焼結されて形成される。酸化物粒子10aの好適な一例としては、酸化アルミニウム粒子である。酸化物粒子10aの粒径は、例えば、5μm程度である。
セラミック基板10の貫通孔THは、後述するように、焼結されたセラミック基板10が厚み方向にドリルなどによって貫通加工されて形成される。
このため、セラミック基板10の貫通孔THの内壁には複数の酸化物粒子10aの加工面が垂直方向に積み重なった状態で露出している。そして、セラミック基板10の貫通孔THの内壁に露出する複数の酸化物粒子10aの各側面が面一になっており、貫通孔THの内壁が平坦面Sになっている。
このように、垂直方向に積層された複数の酸化物粒子10aの各側面が相互に面一になって平坦面Sを構築するようにセラミック基板10の貫通孔THの壁面に配向されている。
セラミック基板10の貫通孔THに配置された多孔質体20は、複数の球状酸化物セラミック粒子22と、複数の球状酸化物セラミック粒子22を結着して一体化する混合酸化物24とから形成されている。
球状酸化物セラミック粒子22の直径は30μm〜1000μmの範囲である。球状酸化物セラミック粒子22の好適な一例としては、球状酸化アルミニウム粒子がある。また、球状酸化物セラミック粒子22は、80重量%以上(97重量%以下)の重量比で多孔質体20内に含有されている。
混合酸化物24は、複数の球状酸化物セラミック粒子22の外面(球面)の一部に固着してそれらを支持している。また、混合酸化物24は、セラミック基板10の貫通孔THの内壁に固着されている。球状酸化物セラミック粒子22の粒径は、例えば、100μm程度である。
このようにして、多孔質体20の中に気孔Pが形成されている。多孔質体20の中に形成される気孔Pの気孔率は、多孔質体20の全体の体積の20%〜50%の範囲である。気孔Pの内面には、球状酸化物セラミック粒子22の外面の一部と混合酸化物24とが露出している。
多孔質体20内の気孔Pは、下側から上側に向けてガスが通過できるように外部と連通している。
このように、多孔質体20では、所定の気孔率になるように、球状酸化物セラミック粒子22が分散され、球状酸化物セラミック粒子22の外面の一部に混合酸化物24が固着されている。
多孔質体20の混合酸化物24は、ケイ素、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム及びイットリウムから選択される2つ以上の酸化物から形成される。
また、多孔質体20は、好適には、酸化アルミニウムを主成分として形成され、酸化アルミニウムの重量比が80重量%〜97重量%の範囲に設定される。
セラミック基板10が酸化アルミニウムから形成される場合、セラミック基板10は他の成分としてケイ素、マグネシウム、カルシウム、及びイットリウムを含有している。
セラミック基板10内のケイ素、マグネシウム、カルシウム、及びイットリウムの組成比は、混合酸化物24内のケイ素、マグネシウム、カルシウム、及びイットリウムの組成比と同じに設定される。
このように、セラミック基板10と混合酸化物24との間で不純物の組成比を同じにすることにより、後述するような製法で焼結体を形成する際に相互間で物質移動が発生しない。このため、セラミック基板10と多孔質体20との界面の平坦性を確保することができる。
また、多孔質体20の混合酸化物24は、結晶性粒子状物と非晶質物とから形成される。具体的には、焼結されて得られた混合酸化物24は、酸化ケイ素(SiO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化アルミニウム(Al)及び酸化イットリウム(Y)を含有している。
Al、MgO及びYの重量比を大きくすると、混合酸化物24内に、コランダム相(Al)、スピネル相(MgAl)及びガーネット相(3Y・5Al)からなる結晶性粒子状物が析出する。SiO及びCaOは非晶質物として形成される。
混合酸化物24の中に、コランダム相、スピネル相及びガーネット相の少なくとも1つの結晶性粒子状物が形成されていればよい。
混合酸化物24の中に結晶性粒子状物を析出させることにより、プラズマに対する耐性を強くすることができる。
なお、プラズマに対する耐性を考慮する必要がない場合は、混合酸化物24を全体にわたって非晶質物から形成してもよい。
また。多孔質体20の球状酸化物セラミック粒子22は、コランダム相(Al)から形成される。
セラミック基板10の上面と多孔質体20の上面とが面一になって平坦面となっている。また同様に、セラミック基板10の下面と多孔質体20の下面とが面一になって平坦面となっている。
焼結体1を静電チャックのチャック部として使用する場合、上面が平坦面となっているため、ウェハを信頼性よく吸着させることができる。
図3には、比較例のセラミック基板100の貫通孔THの内壁の様子が示されている。図3の比較例では、前述した予備的事項で説明したように、焼成前のセラミック組成体の貫通孔に多孔質体の前駆体となる多孔質体用ペーストを充填した後に、両者を同時に焼成して焼結体が作成される。これにより、セラミック基板100とその中に貫通して配置された多孔質体200とが得られる。
この場合、図3に示すように、セラミック基板100の貫通孔THの内壁に酸化物粒子100aの球状面が露出した状態となる。焼結後のセラミック基板100を加工して貫通孔THを形成するのではなく、焼結前のセラミック組成体に貫通孔を形成するため、焼結後に酸化物粒子100aの個々の粒形状がそのまま残るからである。
従って、図3の比較例では、個々の酸化物粒子100aの大きさのレベルでミクロにみると、セラミック基板100の貫通孔THの内壁は球状面がつながった微細な凹凸面SXとなっている。このため、焼結前のセラミック組成体の貫通孔に多孔質体用ペーストを充填する際に、充填しにくく、充填ムラが生じやすい。
本実施形態では、前述した図2(b)のように、セラミック基板10の貫通孔THの内壁に露出する複数の酸化物粒子10aの各側面が面一になって平坦化されているため、多孔質体用ペーストを均質に充填することができる。
また、本実施形態の多孔質体20では、気孔Pの内壁に粗度が比較的小さい球状酸化物セラミック粒子22の外面が露出している。さらに、多孔質体20は、所定の気孔率が得られるように、球状酸化物セラミック粒子22が混合酸化物24で結着されて形成されるため、気孔Pのサイズの精度を向上させることができる。
このため、ガス導管部Gにガスを流す際に、管路の摩擦抵抗が低くなり、圧力損失を低減させることができる。
また、後述するように、多孔質体20は、焼結されたセラミック基板10の貫通孔THに充填されたペーストを焼成することにより得られる。多孔質体20は、焼成する際に殆ど収縮が発生しない状態で作成される。
このため、セラミック基板10の貫通孔THを小さくできると共に、多孔質体20からなるガス導管部Gの形状、サイズ及び位置の精度を向上させることができる。
次に、前述した図2(a)及び(b)の多孔質体20を備えた焼結体1の製造方法について説明する。
(第1実施例の製造方法)
第1実施例の製造方法では、図4(a)に示すように、まず、厚みが5mm程度で、純度が94%の酸化アルミニウム基板11を用意する。
酸化アルミニウム基板11は、セラミック組成物が1500℃程度の温度で焼成されて得られる焼結体である。酸化アルミニウム基板11は、相対密度が90%以上になるように焼結される。酸化アルミニウム基板11が前述した図2(b)のセラミック基板10の一例である。
次いで、図4(b)に示すように、ドリルにより酸化アルミニウム基板11を厚み方向に貫通加工することにより、貫通孔THを形成する。
これによって、前述した図2(b)で説明したように、酸化アルミニウム基板11を構築する複数の酸化アルミニウム粒子(不図示)の切削面である各側面が面一になり、貫通孔THの内壁が平坦面Sとなる。酸化アルミニウム粒子が前述した図2(b)の酸化物粒子10aの一例である。
貫通孔THの直径は、例えば、1mm〜3mmである。酸化アルミニウム基板11内で複数の貫通孔THの直径が同じであってもよいし、相互に異なっていてもよい。
ドリルの代わりに、レーザによって酸化アルミニウム基板11に貫通孔THを形成してもよい。この場合も、同様に、貫通孔THの内壁が平坦面となる。
続いて、図4(c)に示すように、ステージ5の上に剥離シート(不図示)を介して酸化アルミニウム基板11を配置する。そして、前述した図2(b)で説明した多孔質体20の前駆体となるペースト20aを用意する。
ペースト20aは、直径が100μmの球状酸化アルミニウム粒子を83.3重量%の重量比で含有する。ペースト20aの残部は、ケイ素(Si)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、アルミニウム(Al)、及びイットリウム(Y)の5成分を含む酸化物と、有機バインダ及び溶剤とからなる。
有機バインダとしては、ポリビニルブチラールが使用される。溶剤としては、アルコールが使用される。
球状酸化アルミニウム粒子が前述した図2(b)の球状酸化物セラミック粒子22の一例である。
また、ケイ素、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム、及びイットリウムの5成分を含む酸化物が前述した図2(b)の混合酸化物24の材料の一例である。
そして、スキージ6でペースト20aを掃き取りするように横方向に移動させることにより、酸化アルミニウム基板11の貫通孔THにペースト20aを充填する。
このようにして、図5(a)に示すように、酸化アルミニウム基板11の複数の貫通孔THにベースト20aがそれぞれ充填される。
酸化アルミニウム基板11は既に焼結されているため、後の焼成工程で収縮などによって貫通孔THのサイズや位置がずれるおそれがない。また、セラミック基板10の貫通孔THの直径が3mm以下に小さくなっても、貫通孔THにペースト20aを容易に充填することができる。
次いで、図5(b)に示すように、酸化アルミニウム基板11の焼成温度よりも100℃程度低い1400℃程度の温度で、ベースト20aを焼成することにより、酸化アルミニウム基板11の貫通孔THに多孔質体20を形成する。
このとき、前述したように、酸化アルミニウム基板11とペースト20aの複合酸化物との間で、ケイ素、マグネシウム、カルシウム、及びイットリウムの組成比が同じに設定される。
これにより、焼成時に、酸化アルミニウム基板11とペースト20aとの間で物質移動が発生しないため、酸化アルミニウム基板11の貫通孔THの内壁と多孔質体20との界面の平坦性を確保することができる。
またこのとき、多孔質体20は、酸化アルミニウム基板11の貫通孔THの上端から上側に突出して形成される。
このため、図5(c)に示すように、酸化アルミニウム基板11及び多孔質体20の各上面を平面研削することにより、酸化アルミニウム基板11の上面と多孔質体20の上面とを面一にして平坦化する。
また、必要に応じて、酸化アルミニウム基板11及び多孔質体20の各下面においても、平面研削して平坦化する。
このようにして、酸化アルミニウム基板11の貫通孔THに多孔質体20を配置して、ガス導管部Gを得る。
前述した図2(b)のように、多孔質体20は、球状酸化物セラミック粒子22とそれらを結着する混合酸化物24とから形成され、酸化アルミニウム基板11の貫通孔THの内壁に混合酸化物24が固着する。
これにより、多孔質体20からなるガス導管部Gを備えた焼結体1が製造される。
以上のように、第1実施例では、前述した図2(b)の球状酸化物セラミック粒子22として、球状酸化アルミニウム粒子が使用される。また、図2(b)の混合酸化物24として、ケイ素、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム、及びイットリウムの5成分の酸化物が使用される。
第1実施例の製造方法で実際に多孔質体20を作成したところ、気孔率は31%であった。
(第2実施例の製造方法)
第2実施例の製造方法では、上記した第1実施例の図4(a)及び(b)と同様に、まず、酸化アルミニウム基板11に貫通孔THを形成する。
第2実施例で使用するペースト20aは、直径が100μmの球状酸化アルミニウム粒子を87.0重量%の重量比で含有する。ペースト20aの残部がケイ素、マグネシウム、カルシウム、及びイットリウムの4成分を含む酸化物と、有機バインダ及び溶剤とからなる。
そして、第1実施例の図4(c)〜図5(b)と同様に、酸化アルミニウム基板11の貫通孔THにベースト20aを充填し、焼成することにより多孔質体20を形成する。その後に、第1実施例の図5(c)と同様に、平面研削によって酸化アルミニウム基板11の上面と多孔質体20の上面とを面一にして平坦化する。
このようにして、酸化アルミニウム基板11の貫通孔THに多孔質体20を配置して、ガス導管部Gを得る。
第2実施例では、前述した図2(b)の球状酸化物セラミック粒子22として、球状酸化アルミニウム粒子が使用される。また、図2(b)の混合酸化物24として、ケイ素、マグネシウム、カルシウム、及びイットリウムの4成分の酸化物が使用される。
第2実施例の製造方法で実際に多孔質体20を作成したところ、気孔率は38%であった。
(第3実施例の製造方法)
第3実施例の製造方法では、上記した第1実施例の図3(a)及び(b)と同様に、まず、酸化アルミニウム基板11に貫通孔THを形成する。
第2実施例で使用するペースト20aは、直径が100μmの球状酸化アルミニウム粒子を95.2重量%の重量比で含有する。ペースト20aの残部がケイ素、マグネシウム、カルシウム、及びイットリウムの4成分を含む酸化物と、有機バインダ及び溶剤とからなる。
そして、第1実施例の図4(c)〜図5(b)と同様に、酸化アルミニウム基板11の貫通孔THにベースト20aを充填し、焼成することにより多孔質体20を形成する。その後に、第1実施例の図5(c)と同様に、平面研削によって酸化アルミニウム基板11の上面と多孔質体20の上面とを面一にして平坦化する。
このようにして、酸化アルミニウム基板11の貫通孔THに多孔質体20を配置して、ガス導管部Gを得る。
第3実施例では、前述した図2(b)の球状酸化物セラミック粒子22として、球状酸化アルミニウム粒子が使用される。また、図2(b)の混合酸化物24として、ケイ素、マグネシウム、カルシウム、及びイットリウムの4成分の酸化物が使用される。
第3実施例の製造方法で実際に多孔質体20を作成したところ、気孔率は40%であった。
(第4実施例の製造方法)
第4実施例の製造方法では、上記した第1実施例の図3(a)及び(b)と同様に、酸化アルミニウム基板11に貫通孔THを形成する。
第4実施例で使用するペースト20aは、直径が100μmの球状酸化アルミニウム粒子を94.1重量%の重量比で含有する。ペースト20aの残部がケイ素、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム、及びイットリウムの5成分を含む酸化物と、有機バインダ及び溶剤とからなる。
そして、第1実施例の図4(c)〜図5(b)と同様に、酸化アルミニウム基板11の貫通孔THにベースト20aを充填し、焼成することにより多孔質体20を形成する。その後に、第1実施例の図5(c)と同様に、平面研削によって酸化アルミニウム基板11の上面と多孔質体20の上面とを面一にして平坦化する。
このようにして、酸化アルミニウム基板11の貫通孔THに多孔質体20を配置して、ガス導管部Gを得る。
第4実施例では、前述した図2(b)の球状酸化物セラミック粒子22として、球状酸化アルミニウム粒子が使用される。また、図2(b)の混合酸化物24として、ケイ素、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム、及びイットリウムの5成分の酸化物が使用される。
第4実施例の製造方法で実際に多孔質体20を作成したところ、気孔率は37%であった。
以上のように、本実施形態の焼結体1の多孔質体20は、焼結されたセラミック基板10に貫通孔THを形成した後に、貫通孔THにペースト20aを充填し、焼成することにより得られる。
このため、セラミック基板10と多孔質体20とを同時に焼成して作成する場合と違って、セラミック基板10の貫通孔THの内壁は酸化物粒子10aの切削面が面一になった平坦面Sとなっている。
また、別体として焼結された多孔質体をセラミック基板10の貫通孔THに配置する方法と違って、セラミック基板10の貫通孔THの内壁と多孔質体20との間にエポキシ樹脂などの接着媒体を形成する必要がない。
このため、焼結体1を静電チャックに使用する場合、プラズマによって接着媒体が劣化するおそれがないため、静電チャックの信頼性を向上させることができる。
さらに、多孔質体20の気孔Pの形成は、実質的に、球状酸化物セラミック粒子22の充填状態と、それらの粒子を結着する混合酸化物24の分布状態で規定される。
このため、ペースト20a内の球状酸化物セラミック粒子22の重量比などを制御することにより、焼成時に収縮が殆ど生じない多孔質体20を作成することできる。
前述した第1〜第4実施例の製造方法で例示したように、ペースト20a内の球状酸化アルミニウム粒子(図2(b)の球状酸化物セラミック粒子22)の重量比が80重量%以上に設定される。これにより、焼成時に収縮が殆ど生じない多孔質体20が得られる。
よって、間隙や割れが発生することなく、セラミック基板10の貫通孔THの内壁全体に多孔質体20を信頼性よく固着させることができる。また、多孔質体20からなるガス導管部Gの形状、サイズ及び位置の精度を向上させることができる。さらに、多孔質体20の気孔率の設計も可能となり、所望の気孔率を有するガス導管部Gを得ることができる。
また、セラミック基板10の貫通孔THの直径が3mm以下に小さくなるとしても、ペースト20aを充填する手法により貫通孔TH内に多孔質体20からなるガス導管部Gを信頼性よく形成することができる。
次に、前述した図2(a)及び(b)の焼結体1を使用する静電チャックについて説明する。図6に示すように、実施形態の静電チャック2は、アルミニウムなどから形成されるベース基板40の上に、前述した図2(a)及び(b)と同様な構造の焼結体1が配置されている。
前述したように、焼結体1は、セラミック基板10と、その厚み方向に貫通して配置された多孔質体20からなるガス導管部Gとを備えている。
図6に示すように、実施形態の焼結体1を静電チャック2のチャック部として使用する場合は、セラミック基板10の内部に静電電極30及びそれに接続される配線端子32が配置されている。配線端子32は、静電電極30の下面からセラミック基板10の下面まで延在している。
静電電極30及び配線端子32が内蔵されたセラミック基板10は、セラミック基板10を形成するためのグリーンシート内に静電電極30及び配線端子32となる材料を配置し、その積層体を焼成することにより得られる。静電電極30及び配線端子32の材料としては、タングステンペーストなどが使用される。
ベース基板40には、セラミック基板10に形成された多孔質体20に連通するガス供給穴42が貫通して形成されている。また、ベース基板40には、セラミック基板10の下面に露出する配線端子32に接続される中継配線44が形成されている。
ベース基板40と焼結体1のセラミック基板10とはシリコーン接着剤などによって固定される。
そして、静電チャック2のセラミック基板10の上に被吸着物としてウェハ50が載置される。さらに、外部電源からベース基板40の中継配線44及びセラミック基板10の配線端子32を介して静電電極30に所定の電圧が印加される。
ウェハ50とセラミック基板10との間に発生した力によってウェハ50が静電チャック2に静電吸着される。
そして、ベース基板40のガス供給穴42からセラミック基板10に形成された多孔質体20からなるガス導管部Gに熱伝導用ガスが供給される。熱伝導用ガスとしては、ヘリウム(He)などの不活性ガスが使用される。
静電チャック2の裏面に接するように冷却ジャケット又はヒータなどの温度調節手段が設けられ、この温度調節手段により静電チャック2を介してウェハ50が所定の温度に調整される。
このとき、静電チャック2とウェハ50との間に熱伝導用ガスを供給することにより、静電チャック2によって効率よくウェハ50を冷却したり、加熱された静電チャック2の熱を効率よくウェハ50に伝導することができる。
本実施形態の静電チャック2では、ガス導管部Gが多孔質体20から形成されるため、プラズマ装置に適用する際にガス導管部Gでの放電を防止することができ、静電チャックの信頼性を向上させることができる。
また、前述したように、セラミック基板10の貫通孔THの内壁が平坦面Sであり、貫通孔THに配置された多孔質体20は、球状酸化物セラミック粒子22とそれらの粒子を結着する混合酸化物24とから形成される。
このため、ガス導管部Gに熱伝導用ガスを流す際に管路の摩擦抵抗が小さくなり、圧力損失を低減させることができる。
これにより、ガス導管部Gを多孔質体20から形成しても、静電チャック2とウェハ50との間に熱伝導用ガスを十分に供給することができため、ウェハ50の温度調整を信頼性よく行うことができる。
また、セラミック基板10の貫通孔THの内壁と多孔質体0との間に、プラズマによって劣化しやすいエポキシ樹脂などの接着媒体が存在しない。このため、プラズマ装置に適用する際に静電チャックの寿命を長くすることができると共に、各種装置のプロセスの信頼性を向上させることができる。
本実施形態の静電チャック2は、半導体ウェハプロセス又は液晶ディスプレイの素子基板の製造プロセスなどで使用されるドライエッチング装置、CVD装置又はPVD装置などに好適に使用される。
また、本実施形態の焼結体1は、静電チャックの他に、各種のフィルタなどにも適用することができる。
1…焼結体、2…静電チャック、5…ステージ、6…スキージ、10…セラミック基板、10a…酸化物粒子、11…酸化アルミニウム基板、20…多孔質体、20a…ペースト、22…球状酸化物セラミック粒子、24…混合酸化物、30…静電電極、32…配線端子、40…ベース基板、42…ガス供給穴、44…中継配線、50…ウェハ、G…ガス導管部、S…平坦面。

Claims (10)

  1. 酸化物粒子が焼結されたセラミック基板と、
    前記セラミック基板に形成された貫通孔であって、前記貫通孔の内壁に露出する前記酸化物粒子の各側面が面一となって配置された前記貫通孔と、
    前記貫通孔に配置され、球状酸化物セラミック粒子と、前記球状酸化物セラミック粒子を結着する混合酸化物とから形成された多孔質体とを有することを特徴とする焼結体。
  2. 前記多孔質体の球状酸化物セラミック粒子の重量比は、80重量%以上であることを特徴とする請求項1に記載の焼結体。
  3. 前記多孔質体の混合酸化物は、結晶性粒子状物と非晶質物とから形成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の焼結体。
  4. 前記結晶性粒子状物は、コランダム相、スピネル相及びガーネット相の少なくとも一つからなることを特徴とする請求項3に記載の焼結体。
  5. 前記多孔質体の混合酸化物は、ケイ素、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム及びイットリウムから選択される2つ以上の酸化物から形成されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の焼結体。
  6. 前記セラミック基板は、ケイ素、マグネシウム、カルシウム及びイットリウムを含む酸化アルミニウム基板であり、
    前記多孔質体の混合酸化物のケイ素、マグネシウム、カルシウム及びイットリウムの組成比は、前記セラミック基板のケイ素、マグネシウム、カルシウム及びイットリウムの組成比と同じであることを特徴とする請求項5に記載の焼結体。
  7. 前記多孔質体の球状酸化物セラミック粒子は、コランダム相からなることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の焼結体。
  8. 前記多孔質体の気孔率は、20%〜50%の範囲であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の焼結体。
  9. 酸化物粒子が焼結されたセラミック基板と、
    前記セラミック基板に形成された貫通孔であって、前記貫通孔の内壁に露出する前記酸化物粒子の各側面が面一となって配置された前記貫通孔と、
    前記貫通孔に配置され、球状酸化物セラミック粒子と、前記球状酸化物セラミック粒子を結着する混合酸化物とから形成された多孔質体からなるガス導管部と、
    前記セラミック基板の中に配置された静電電極と
    を有することを特徴とする静電チャック。
  10. 焼結されたセラミック基板を用意する工程と、
    前記セラミック基板に貫通孔を形成する工程と、
    前記貫通孔に、球状酸化物セラミック粒子と混合酸化物とを含むペーストを充填する工程と、
    前記ペーストを焼成して、前記貫通孔に、前記球状酸化物セラミック粒子が前記混合酸化物で結着された多孔質体を形成する工程と
    を有することを特徴とする焼結体の製造方法。
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