JP2019127426A - Manufacturing method for ceramic member and ceramic member - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書に開示される技術は、セラミックス部材の製造方法に関する。 The technology disclosed herein relates to a method of manufacturing a ceramic member.
例えば半導体を製造する際にウェハを保持する保持装置として、静電チャックが用いられる。静電チャックは、セラミックス部材と、セラミックス部材の内部に設けられたチャック電極とを備えており、セラミックス部材の表面にはチャック電極と電気的に接続される電極パッド(外部電極)が形成されている。このような構成において、静電チャックは、電源から電極パッドを介してチャック電極に電圧が印加されることにより発生する静電引力を利用して、セラミックス部材の表面(以下、「吸着面」という)にウェハを吸着して保持する。 For example, an electrostatic chuck is used as a holding device for holding a wafer when manufacturing a semiconductor. The electrostatic chuck includes a ceramic member and a chuck electrode provided inside the ceramic member, and an electrode pad (external electrode) electrically connected to the chuck electrode is formed on the surface of the ceramic member. There is. In such a configuration, the electrostatic chuck utilizes the electrostatic attractive force generated when a voltage is applied to the chuck electrode from the power source through the electrode pad, and thereby the surface of the ceramic member (hereinafter referred to as “attraction surface”). ) Adsorb and hold the wafer.
近年、ウェハを用いた半導体の微細化に対応するため、プロセス中におけるパーティクルの発生を抑制することが重要となっている。そのため、静電チャックのセラミックス部材には、例えばプラズマによりパーティクルが発生することを抑制するために、より高い緻密性が求められている。一般に、常圧焼成を行うだけでは、求められる高い緻密性を具備するセラミックス部材を得ることは困難である。そのため、従来、セラミックス部材の緻密性を向上させるための処理として、熱間等方加圧(Hot Isostatic Pressing、以下、「HIP」という)が知られている。このHIPは、例えばアルゴンガスなどの不活性ガスを圧力媒体とし、ガス圧と加熱との相乗効果を利用してセラミックス部材を緻密化させる処理である。常圧焼成の後に、HIPを行うことにより、求められる高い緻密性を具備するセラミックス部材を得ることができる。 In recent years, in order to cope with the miniaturization of semiconductors using wafers, it has become important to suppress the generation of particles during the process. Therefore, for the ceramic member of the electrostatic chuck, for example, in order to suppress generation of particles due to plasma, higher density is required. In general, it is difficult to obtain a ceramic member having high required compactness simply by performing atmospheric pressure firing. Therefore, hot isostatic pressing (hereinafter referred to as "HIP") is conventionally known as a treatment for improving the compactness of a ceramic member. This HIP is, for example, a process in which an inert gas such as argon gas is used as a pressure medium, and the synergistic effect of gas pressure and heating is used to densify the ceramic member. By carrying out HIP after normal pressure firing, a ceramic member having high required compactness can be obtained.
このような技術に関連して、内部電極層を備えた静電チャックの製造方法として、複数のシート状のアルミナグリーンシートを、内部電極層を介して積層することにより積層体を作製し、この積層体を焼成した後、HIP処理を施すことによって、緻密化されたセラミックス部材を備えた静電チャックを得る方法が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
In relation to such a technique, as a method of manufacturing an electrostatic chuck provided with an internal electrode layer, a laminate is produced by laminating a plurality of sheet-like alumina green sheets via the internal electrode layer, and There is known a method of obtaining an electrostatic chuck provided with a densified ceramic member by firing the laminate and subjecting it to HIP treatment (see, for example,
しかしながら、チャック電極に電気的に接続された電極パッドを備えるセラミックス部材の場合、HIP処理による緻密化に伴ってセラミックス部材は収縮する一方、電極パッドはセラミックス部材よりも収縮が少ないため、セラミックス部材と電極パッドとの接合界面において剥離が発生することがある。すなわち、従来のセラミックス部材の製造方法では、HIP処理によりセラミックス部材の緻密性を向上させつつ、セラミックス部材の表面に形成された電極パッドのセラミックス部材からの剥離を抑制することが困難であるという課題がある。 However, in the case of the ceramic member provided with the electrode pad electrically connected to the chuck electrode, the ceramic member shrinks with the densification by the HIP treatment, while the electrode pad shrinks less than the ceramic member, Peeling may occur at the bonding interface with the electrode pad. That is, in the conventional method for manufacturing a ceramic member, it is difficult to suppress peeling of the electrode pad formed on the surface of the ceramic member from the ceramic member while improving the compactness of the ceramic member by HIP processing. There is.
なお、このような課題は、チャック電極に接続される電極パッドに限らず、ヒータ電極に接続される電極パッドや高周波(RF)電極に接続される電極パッドがセラミックス部材の表面に形成されたセラミックス部材の製造方法一般に共通の課題である。また、電極パッドに限らず、ヒータ電極等の外部電極がセラミックス部材の表面に形成されたセラミックス部材の製造方法一般に共通の課題である。さらには、静電チャックを構成するセラミックス部材に限らず、真空チャックやCVDヒータ、シャワーヘッド等を構成するセラミックス部材と該セラミックス部材の表面に形成された外部電極とを備えるセラミックス部材の製造の際に共通の課題である。 Such a problem is not limited to the electrode pad connected to the chuck electrode, but is a ceramic in which an electrode pad connected to the heater electrode and an electrode pad connected to a radio frequency (RF) electrode are formed on the surface of the ceramic member. This is a common problem in general member manufacturing methods. In addition to the electrode pad, the method is generally common to the method of manufacturing a ceramic member in which an external electrode such as a heater electrode is formed on the surface of the ceramic member. Furthermore, in the case of manufacturing a ceramic member provided with a ceramic member constituting a vacuum chuck, a CVD heater, a shower head or the like and an external electrode formed on the surface of the ceramic member as well as the ceramic member constituting an electrostatic chuck. Common to all
本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。 In this specification, the technique which can solve the subject mentioned above is disclosed.
本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。 The technology disclosed in the present specification can be realized as, for example, the following forms.
(1)本明細書に開示されるセラミックス部材の製造方法は、第1の表面に外部電極が形成された第1のセラミックスグリーンシート体と、第2のセラミックスグリーンシート体とを含み、前記第1のセラミックスグリーンシート体の前記第1の表面とは反対側の第2の表面側に前記第2のセラミックスグリーンシート体が積層された積層体を準備する準備工程と、前記積層体を焼成することによって、前記第1のセラミックスグリーンシート体から生成される第1のセラミックス部と前記第2のセラミックスグリーンシート体から生成される第2のセラミックス部とを備えるセラミックス焼成体を作製する焼成工程と、前記セラミックス焼成体に対して熱間等方加圧(Hot Isostatic Pressing)を行うことによって、セラミックス部材を作製するHIP工程と、を備えるセラミックス部材の製造方法において、前記焼成工程後、前記HIP工程前において、前記第2のセラミックス部の密度は前記第1のセラミックス部の密度より高い。本セラミックス部材の製造方法によれば、焼成工程の後に、セラミックス焼成体に対してHIPを行うHIP工程が行われるため、作製されるセラミックス部材の緻密化を実現することができる。また、本セラミックス部材の製造方法では、焼成工程後、HIP工程前において、第2のセラミックス部の密度が、外部電極が形成された第1のセラミックス部の密度より高い。そのため、密度の低い第1のセラミックス部ではHIPによる収縮が抑制され、第1のセラミックス部と外部電極との接合界面における剥離の発生を抑制することができる。従って、本セラミックス部材の製造方法によれば、外部電極の剥離発生の抑制と緻密性の高さとを両立させたセラミックス部材を得ることができる。 (1) A method for manufacturing a ceramic member disclosed in the present specification includes a first ceramic green sheet body in which an external electrode is formed on a first surface, and a second ceramic green sheet body. A preparatory step of preparing a laminate in which the second ceramic green sheet body is laminated on the second surface side opposite to the first surface of one ceramic green sheet body; and firing the laminate. And a firing step of producing a ceramic fired body including a first ceramic portion generated from the first ceramic green sheet body and a second ceramic portion generated from the second ceramic green sheet body, and By performing hot isostatic pressing on the ceramic fired body, A HIP step of preparing a La-mix member, in the manufacturing method of the ceramic member comprising, after the firing step, before the HIP process, the density of the second ceramic part is higher than the density of said first ceramic portion. According to the method for producing a ceramic member, since the HIP step of performing HIP on the ceramic fired body is performed after the firing step, it is possible to realize densification of the ceramic member to be manufactured. Further, in the method of manufacturing a ceramic member of the present invention, the density of the second ceramic portion is higher than the density of the first ceramic portion on which the external electrode is formed after the firing step and before the HIP step. Therefore, in the low-density first ceramic portion, the shrinkage due to HIP is suppressed, and the occurrence of peeling at the bonding interface between the first ceramic portion and the external electrode can be suppressed. Therefore, according to the method for manufacturing a ceramic member, it is possible to obtain a ceramic member that achieves both suppression of external electrode peeling and high density.
(2)上記セラミックス部材の製造方法において、前記焼成工程後、前記HIP工程前において、前記第1のセラミックス部の閉気孔率は5.0%より高く、かつ、前記第2のセラミックス部の閉気孔率は5.0%以下である構成としてもよい。本セラミックス部材の製造方法によれば、焼成工程後、HIP工程前における第1のセラミックス部の閉気孔率を5.0%より高くすることで、HIPによる収縮がより抑制され、第1のセラミックス部と外部電極との接合境界における剥離の発生をより抑制することができる。また、本セラミックス部材の製造方法では、焼成工程後、HIP工程前における第2のセラミックス部材の閉気孔率を5.0%以下とすることで、HIPによるさらなる緻密化を達成することができる。従って、本セラミックス部材の製造方法によれば、外部電極の剥離発生の抑制と緻密性の高さとを高次元で両立させたセラミックス部材を得ることができる。 (2) In the method for manufacturing a ceramic member, after the firing step and before the HIP step, the closed porosity of the first ceramic portion is higher than 5.0% and the second ceramic portion is closed. The porosity may be 5.0% or less. According to the manufacturing method of the present ceramic member, the shrinkage due to HIP is further suppressed by making the closed porosity of the first ceramic portion higher than 5.0% before the HIP step after the firing step, and the first ceramic It is possible to further suppress the occurrence of peeling at the bonding boundary between the portion and the external electrode. Further, in the method of manufacturing a ceramic member of the present invention, by setting the closed porosity of the second ceramic member before the HIP step to 5.0% or less after the firing step, further densification by HIP can be achieved. Therefore, according to the method for manufacturing a ceramic member of the present invention, it is possible to obtain a ceramic member in which the suppression of the occurrence of peeling of the external electrode and the height of the compactness are compatible in high dimensions.
(3)上記セラミックス部材の製造方法において、前記HIP工程後において、前記第2のセラミックス部の閉気孔率は1.0%以下である構成としてもよい。本セラミックス部材の製造方法によれば、HIP工程後の第2のセラミックス部の閉気孔率が極めて小さいため、緻密性が高く、かつ、耐電性も高いセラミックス部材を得ることができる。従って、本セラミックス部材の製造方法によれば、外部電極の剥離発生の抑制、緻密性の高さ、さらには、耐電性の高さを並立させたセラミックス部材を得ることができる。 (3) In the method of manufacturing a ceramic member, the closed porosity of the second ceramic portion may be 1.0% or less after the HIP step. According to the method for manufacturing a ceramic member, since the closed porosity of the second ceramic portion after the HIP process is extremely small, a ceramic member having high density and high electric resistance can be obtained. Therefore, according to the method for producing a ceramic member, it is possible to obtain a ceramic member in which the occurrence of peeling of the external electrode is suppressed, the density is high, and the electric resistance is also high.
(4)上記セラミックス部材の製造方法において、前記第2のセラミックスグリーンシート体の形成材料は、アルミナを主成分とし、前記HIP工程後において、前記第2のセラミックス部の密度は3.970g/cm3以上である構成としてもよい。本セラミックス部材の製造方法によれば、第2のセラミックスグリーンシート体の形成材料の主成分がアルミナである場合において、HIP工程後における第2のセラミックス部の密度が3.970g/cm3以上と高いため、緻密性が高く、かつ、耐電性も高いセラミックス部材を得ることができる。従って、本セラミックス部材の製造方法によれば、外部電極の剥離発生の抑制、緻密性の高さ、さらには、耐電性の高さを並立させたセラミックス部材を得ることができる。 (4) In the method of manufacturing a ceramic member, the material for forming the second ceramic green sheet body contains alumina as a main component, and the density of the second ceramic portion is 3.970 g / cm after the HIP step. It is good also as a structure which is three or more. According to the manufacturing method of the present ceramic member, when the main component of the forming material of the second ceramic green sheet body is alumina, the density of the second ceramic portion after the HIP step is 3.970 g / cm 3 or more Since it is high, it is possible to obtain a ceramic member having high density and high electric resistance. Therefore, according to the manufacturing method of the present ceramic member, it is possible to obtain a ceramic member in which the occurrence of peeling of the external electrode is suppressed, the height of the compactness, and the height of the electrical resistance are parallel.
(5)上記セラミックス部材の製造方法において、前記セラミックス部材の表面のうち、前記外部電極が形成された表面とは反対側の表面上に対象物が保持される構成としてもよい。本セラミックス部材の製造方法によれば、該表面に対象物を保持する保持装置に用いられるセラミックス部材について、対象物を保持する面である、外部電極が形成された表面とは反対側の表面部分が緻密化されているため、当該表面部分にプラズマ等が照射された際のパーティクルの発生を抑制することができる。従って、本セラミックス部材の製造方法によれば、外部電極の剥離発生の抑制と、緻密性の高さによって実現されるパーティクル発生の抑制とを両立させたセラミックス部材を得ることができる。 (5) In the method of manufacturing a ceramic member, an object may be held on the surface of the ceramic member opposite to the surface on which the external electrode is formed. According to the method for manufacturing a ceramic member, a ceramic member used for a holding device that holds an object on the surface is a surface portion on the side opposite to the surface on which an external electrode is formed, which is a surface that holds the object. Is densified, it is possible to suppress the generation of particles when the surface portion is irradiated with plasma or the like. Therefore, according to the method for manufacturing the ceramic member, it is possible to obtain a ceramic member that achieves both suppression of peeling of the external electrode and suppression of generation of particles realized by high density.
(6)本明細書に開示されるセラミックス部材は、第1の表面に外部電極が形成された第1のセラミックス部と、前記第1のセラミックス部の前記第1の表面とは反対側の第2の表面側に積層された第2のセラミックス部とを備えるセラミックス部材において、前記第2のセラミックス部の閉気孔率は前記第1のセラミックス部の閉気孔率より低く、かつ、前記第2のセラミックス部の閉気孔率は1.0%以下である。本セラミックス部材によれば、第2のセラミックス部の閉気孔率が、外部電極が形成された第1のセラミックス部の閉気孔率より低く、かつ、当該第2のセラミックス部の閉気孔率が1.0%以下と極めて低い。すなわち、第1のセラミックス部と外部電極の密着性が維持されている一方、第2のセラミックス部が高次元に緻密化されているため、当該第2のセラミックス部にプラズマ等が照射された際のパーティクルの発生を抑制でき、かつ、耐電圧も高いセラミックス部材を得ることができる。従って、本セラミックス部材によれば、外部電極の剥離発生の抑制と、緻密性の高さによって実現されるパーティクル発生の抑制とを両立させることができる。 (6) A ceramic member disclosed in the present specification includes a first ceramic part having an external electrode formed on a first surface, and a first ceramic part opposite to the first surface of the first ceramic part. And a second ceramic part laminated on the surface side of the second ceramic part, the closed porosity of the second ceramic part is lower than the closed porosity of the first ceramic part, and the second ceramic part The closed porosity of the ceramic part is 1.0% or less. According to the present ceramic member, the closed porosity of the second ceramic portion is lower than the closed porosity of the first ceramic portion where the external electrode is formed, and the closed porosity of the second ceramic portion is 1. Very low at less than 0%. That is, while the adhesion between the first ceramic portion and the external electrode is maintained, the second ceramic portion is highly densified, so that when the second ceramic portion is irradiated with plasma or the like Generation of particles and a high withstand voltage ceramic member can be obtained. Therefore, according to the present ceramic member, it is possible to achieve both suppression of peeling of the external electrode and suppression of generation of particles realized by high density.
(7)上記セラミックス部材において、前記セラミックス部材の表面のうち、前記外部電極が形成された表面とは反対側の表面上に対象物が保持される、ことを特徴とする構成としてもよい。本セラミックス部材によれば、該表面に対象物を保持する保持装置に用いられるセラミックス部材について、対象物を保持する面である、外部電極が形成された表面とは反対側の表面部分が緻密化されているため、当該表面部分にプラズマ等が照射された際のパーティクルの発生を抑制できる。従って、本セラミックス部材によれば、パーティクル発生の抑制と耐電圧の高さとを両立させることができる。 (7) In the ceramic member, an object may be held on the surface of the ceramic member opposite to the surface on which the external electrode is formed. According to this ceramic member, the surface of the ceramic member used for the holding device that holds the object on the surface is the surface that holds the object and is opposite to the surface on which the external electrode is formed. Therefore, the generation of particles when the surface portion is irradiated with plasma or the like can be suppressed. Therefore, according to the present ceramic member, it is possible to achieve both suppression of particle generation and high withstand voltage.
なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、セラミックス部材、セラミックス部材を備える静電チャック、真空チャック、CVDヒータ等の保持装置、セラミックス部材を備えるシャワーヘッド等の半導体製造装置用部品、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。 The technology disclosed in the present specification can be realized in various forms. For example, a ceramic member, a holding device such as an electrostatic chuck including a ceramic member, a vacuum chuck, or a CVD heater, a ceramic member It can be realized in the form of a semiconductor manufacturing apparatus component such as a shower head, a manufacturing method thereof and the like.
A.実施形態:
A−1.静電チャック10の構成:
図1は、本実施形態における静電チャック10の外観構成を概略的に示す斜視図であり、図2は、本実施形態における静電チャック10のXZ断面構成を概略的に示す説明図であり、図3は、本実施形態における静電チャック10のXY断面構成を模式的に示す説明図である。図2には、図3のII−IIの位置における静電チャック10のXZ断面構成が示されており、図3には、図2のIII−IIIの位置における静電チャック10のXY断面構成が示されている。各図には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向といい、Z軸負方向を下方向というものとするが、静電チャック10は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。
A. Embodiment:
A-1. Configuration of electrostatic chuck 10:
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an appearance configuration of the
静電チャック10は、対象物(例えばウェハW)を静電引力により吸着して保持する装置であり、例えば半導体製造装置の真空チャンバー内でウェハWを固定するために使用される。静電チャック10は、所定の配列方向(本実施形態では上下方向(Z軸方向))に並べて配置されたセラミックス部材100およびベース部材200を備える。セラミックス部材100とベース部材200とは、セラミックス部材100の下面S2(図2参照)とベース部材200の上面S3とが上記配列方向に対向するように配置される。
The
セラミックス部材100は、上述した配列方向(Z軸方向)に略直交する略円形平面状の上面(以下、「吸着面」という)S1を有する板状部材であり、セラミックスにより形成されている。セラミックス部材100の構成については、後に詳述する。なお、セラミックス部材100の直径は例えば50mm〜500mm程度(通常は200mm〜350mm程度)であり、セラミックス部材100の厚さは例えば1mm〜10mm程度である。
The
セラミックス部材100の形成材料としては、種々のセラミックスが用いられ得るが、強度や耐摩耗性、耐プラズマ性等の観点から、例えば、酸化アルミニウム(アルミナ、Al2O3)または窒化アルミニウム(AlN)を主成分とするセラミックスが用いられることが好ましい。なお、本明細書において主成分とは、含有割合(重量割合)の最も多い成分を意味する。
Various ceramics can be used as a material for forming the
図2に示すように、セラミックス部材100の内部には、導電性材料(例えば、タングステン、モリブデン、白金等)により形成されたチャック電極400が設けられている。Z軸方向視でのチャック電極400の形状は、例えば略円形である。チャック電極400に電源(図示しない)から電圧が印加されると、静電引力が発生し、この静電引力によってウェハWがセラミックス部材100の吸着面S1に吸着固定される。
As shown in FIG. 2, inside the
セラミックス部材100の内部には、また、導電性材料(例えば、タングステン、モリブデン、白金等)を含む抵抗発熱体により構成されたヒータ電極500が設けられている。図3に示すように、Z軸方向視でのヒータ電極500の形状は、例えば略螺旋状である。ヒータ電極500に電源(図示せず)から電圧が印加されると、ヒータ電極500が発熱することによってセラミックス部材100が温められ、セラミックス部材100の吸着面S1に保持されたウェハWが温められる。これにより、ウェハWの温度制御が実現される。
Inside the
図2に示すように、セラミックス部材100の下面S2には、凹部14および凹部16が形成されている。凹部14は、セラミックス部材100の下面S2の一部が、チャック電極400側に凹んでいる部分である。本実施形態では、Z軸方向視での凹部14の形状は、略円形である。また、凹部16も、セラミックス部材100の下面S2の一部が、ヒータ電極500側に凹んでいる部分であり、Z軸方向視での凹部16の形状は、凹部14と同様に略円形である。
As shown in FIG. 2, a
セラミックス部材100の凹部14の底面(Z軸方向に略直交する面)には、ビア41を介してチャック電極400と電気的に接続された電極パッド42が配置されている。本実施形態では、Z軸方向視での電極パッド42の形状は、略円形である。電極パッド42およびビア41は、導電性材料(例えば、タングステン、モリブデン、白金等)により形成されている。なお、電極パッド42は、厚さ方向(Z軸方向)の全体がセラミックス部材100から露出している。ただし、電極パッド42の下面がセラミックス部材100から露出している限りにおいて、電極パッド42における厚さ方向の一部分または全体が、セラミックス部材100に埋設されていてもよい。このような構成であっても、電極パッド42は、セラミックス部材100の下面S2に配置されていると言える。セラミックス部材の下面S2は、特許請求の範囲における第1の表面に相当し、電極パッド42は、特許請求の範囲における外部電極に相当する。また、セラミックス部材100の凹部16の底面には、ビア51を介してヒータ電極500と電気的に接続された電極パッド52が配置されている。電極パッド52およびビア51の構成については、電極パッド42およびビア41と同様であるため、説明を省略する。
An
ベース部材200は、例えばセラミックス部材100と同径の、または、セラミックス部材100より径が大きい円形平面の板状部材であり、例えば金属(アルミニウムやアルミニウム合金等)により形成されている。ベース部材200の直径は例えば220mm〜550mm程度(通常は220mm〜350mm)であり、ベース部材200の厚さは例えば20mm〜40mm程度である。
The
ベース部材200は、セラミックス部材100の下面S2とベース部材200の上面S3との間に配置された接合部300によって、セラミックス部材100に接合されている。接合部300は、例えばシリコーン系樹脂やアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等の接着材により構成されている。接合部300の厚さは、例えば0.1mm〜1mm程度である。なお、接合部300は、セラミックス部材100の下面S2の全面に配置されていてもよく、または、下面S2の一部のみに配置されていてもよい。
The
ベース部材200の内部には冷媒流路210が形成されている。冷媒流路210に冷媒(例えば、フッ素系不活性液体や水等)が流されると、ベース部材200が冷却され、接合部300を介したベース部材200とセラミックス部材100との間の伝熱(熱引き)によりセラミックス部材100が冷却され、セラミックス部材100の吸着面S1に保持されたウェハWが冷却される。これにより、ウェハWの温度分布の制御が実現される。
A
A−2.チャック電極400およびヒータ電極500への給電のための構成:
次に、図2を用いて、チャック電極400およびヒータ電極500への給電のための構成について説明する。
A-2. Configuration for supplying power to the
Next, a configuration for feeding power to the
静電チャック10は、チャック電極400への給電のための構成を備えている。図2に示すように、ベース部材200には、ベース部材200の上面S3に開口する端子用貫通孔22が形成されている。本実施形態では、端子用貫通孔22は、断面(面方向に平行な断面)が円形であり、ベース部材200をZ軸方向に貫通する孔である。
The
また、上述したとおり、セラミックス部材100の下面S2には、凹部14が形成されている。ベース部材200に形成された端子用貫通孔22とセラミックス部材100に形成された凹部14との間の位置において、接合部300には、接合部300をZ軸方向に貫通する貫通孔が形成されている。そのため、ベース部材200に形成された端子用貫通孔22とセラミックス部材100に形成された凹部14とは、接合部300に形成された貫通孔を介して互いに連通した一体の孔を構成している。
Further, as described above, the
ベース部材200に形成された端子用貫通孔22内には、Z軸方向に延びる柱状の電極端子44が配置されている。本実施形態では、電極端子44の断面(面方向に平行な断面)は、円形である。電極端子44の上端は、電極パッド42まで達しており、電極端子44は、例えば金属ろう材によって電極パッド42に接合されている。
A
ベース部材200と端子用貫通孔22内に配置された電極端子44との間を絶縁するため、端子用貫通孔22内には絶縁部材60が配置されている。絶縁部材60は、電極端子44と端子用貫通孔22の表面との間に介在するように、電極端子44を連続的に取り囲んでいる。絶縁部材60は、例えば、樹脂やセラミックス等の絶縁材料により構成されている。なお、絶縁部材60の周り、具体的には、絶縁部材60と電極端子44との間や、絶縁部材60とセラミックス部材100との間、絶縁部材60とベース部材200との間には、接着材が配置されている。接着材は、例えばシリコーン系樹脂やアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等の接着材により構成されており、絶縁部材60を電極端子44やセラミックス部材100、ベース部材200に接合する。
In order to insulate between the
チャック電極400への給電のための構成は上述の通りである。静電チャック10の使用時には、チャック電極400に、電源(図示せず)から、電極端子44、電極パッド42およびビア41を介してチャック電極400に至る導通経路を介して、電圧が印加される。これにより、ウェハWを吸着面S1に吸着固定するための静電引力が発生する。
The configuration for supplying power to the
なお、ヒータ電極500への給電のための構成も、チャック電極400への給電のための構成と同様である。すなわち、図2に示すように、ベース部材200の内部には、ベース部材200の上面S3に開口する端子用貫通孔24が形成されており、セラミックス部材100の下面S2には、凹部16が形成されており、ベース部材200に形成された端子用貫通孔24とセラミックス部材100に形成された凹部16とは、接合部300に形成された貫通孔を介して互いに連通した一体の孔を構成している。また、セラミックス部材100の下面S2には、ビア51を介してヒータ電極500に導通する電極パッド52が配置されている。ベース部材200に形成された端子用貫通孔24内には、柱状の電極端子54が配置されており、この電極端子54は電極パッド52に接合されている。また、端子用貫通孔24内には、電極端子54と端子用貫通孔24の表面との間に介在するように電極端子54を連続的に取り囲む絶縁部材80が配置されている。静電チャック10の使用時には、ヒータ電極500に、電源(図示せず)から、電極端子54、電極パッド52およびビア51を介してヒータ電極500に至る導通経路を介して、電圧が印加される。これにより、ヒータ電極500が発熱する。
Note that the configuration for supplying power to the
A−3.セラミックス部材100の詳細構成:
次に、セラミックス部材100の詳細構成について詳述する。図2に示すように、セラミックス部材100は、上部セラミックス部101と、上部セラミックス部101の下側に配置された下部セラミックス部103とから構成されている。上部セラミックス部101は、セラミックス部材100において、下部セラミックス部103の下面S2とは反対側の表面側に位置し、その表面(すなわち、吸着面)にウェハWを保持する。すなわち、セラミックス部材100の上面S1は上部セラミックス部101の上面であり、セラミックス部材100の下面S2は下部セラミックス部103の下面である。上部セラミックス部101は、特許請求の範囲における第2のセラミックス部に相当し、下部セラミックス部103は、特許請求の範囲における第1のセラミックス部に相当する。なお、セラミックス部材100中の上部セラミックス部101および下部セラミックス部103の特定方法は、後述の「A−7.セラミックス部材100の内部構成の特定方法」において説明する。
A-3. Detailed configuration of the ceramic member 100:
Next, the detailed configuration of the
上述したように、下部セラミックス部103の下面S2には、電極パッド42、52が形成されている。また、本実施形態において、ヒータ電極500は、下部セラミックス部103の内部に設けられており、チャック電極400は、上部セラミックス部101の内部に設けられている。
As described above, the
本実施形態では、セラミックス部材100(上部セラミックス部101および下部セラミックス部103)の形成材料の主成分はアルミナである。また、上部セラミックス部101の密度は3.970g/cm3以上である。また、上部セラミックス部101の閉気孔率は下部セラミックス部103の閉気孔率より低く、かつ、上部セラミックス部101の閉気孔率は1.0%以下である。
In the present embodiment, the main component of the material for forming the ceramic member 100 (the upper
A−4.静電チャック10の製造方法:
次に、本実施形態における静電チャック10の製造方法を説明する。図4は、本実施形態における静電チャック10の製造方法を示すフローチャートである。また、図5は、本実施形態における静電チャック10の製造方法を概略的に示す説明図である。
A-4. Method for manufacturing electrostatic chuck 10:
Next, a method for manufacturing the
はじめに、ヒータ電極500を含み、かつ、凹部14、16の各底面に電極パッド42、52が形成された下部セラミックスグリーンシート体103aを作製する(S110、図5のA参照)。具体的には、まず、アルミナ原料とブチラール樹脂と可塑剤と溶剤とを混合し、得られた混合物をドクターブレード法によってシート状に形成することにより、1または複数枚の下部セラミックスグリーンシートを作製する。また、所定の下部セラミックスグリーンシートに対して、スルーホールおよび凹部14、16の形成やビア用インクの充填、電極パッド42、52やヒータ電極500の形成のための電極用インクの塗布等の必要な加工を行う。その後、下部セラミックスグリーンシートを1または複数枚積層して下部セラミックスグリーンシート体103aを作製する。なお、ビア用インクや電極用インクとしては、例えばタングステンやモリブデン等の導電性材料とアルミナ原料とエトセル(登録商標)樹脂と溶剤とを混合してスラリー状としたメタライズインクが用いられる。ここで、下部セラミックスグリーンシート体103aは、特許請求の範囲における第1のセラミックスグリーンシート体に相当する。
First, the lower ceramic
次に、チャック電極400を含む上部セラミックスグリーンシート体101aを作製する(S120、図5のB参照)。具体的には、まず、下部セラミックスグリーンシート体103aの製造方法と同様にして、1または複数枚の上部セラミックスグリーンシートを作製する。ただし、上部セラミックスグリーンシート体101aで用いるアルミナ原料粉末の粒径は、下部セラミックスグリーンシート体103aで用いたアルミナ原料粉末の粒径より小さい点で、下部セラミックスグリーンシート体103aの製造方法と異なる。次に、所定の上部セラミックスグリーンシートに対して、スルーホールの形成やビア用インクの充填、チャック電極400の形成のための電極用インクの塗布等の必要な加工を行う。その後、上部セラミックスグリーンシートを1または複数枚積層して上部セラミックスグリーンシート体101aを作製する。ここで、上部セラミックスグリーンシート体101aは、特許請求の範囲における第2のセラミックスグリーンシート体に相当する。
Next, the upper ceramic
次に、下部セラミックスグリーンシート体103aの上面S5に上部セラミックスグリーンシート体101aを積層することにより積層体100aを作製する(S130、図5のC参照)。具体的には、ステップS110で得られた下部セラミックスグリーンシート体103aの上面S5にステップS120で得られた上部セラミックスグリーンシート体101aを積層して熱圧着し、所定のサイズに加工することにより、積層体100aを得る。
Next, the upper ceramic
次に、積層体100aを窒素中で脱脂した後、加湿した水素窒素雰囲気で、所定の温度(例えば1450〜1550℃)で常圧焼成することにより、セラミックス焼成体100bを作製する(S140)。なお、セラミックス焼成体100bにおいて、上部セラミックスグリーンシート体101aから形成された部分を上部セラミックス部101bといい、下部セラミックスグリーンシート体103aから形成された部分を下部セラミックス部103bという。
Next, after degreasing the
上述したように、本実施形態では、上部セラミックスグリーンシート体101aの作製に用いるアルミナ原料粉末の粒径は、下部セラミックスグリーンシート体103aの作製に用いるアルミナ原料粉末の粒径に比べ小さい。そのため、焼成工程(S140)後、後述するHIP工程(S150)前において、すなわち、セラミックス焼成体100bにおいて、上部セラミックス部101bの密度は、下部セラミックス部103bの密度より高くなる。また、焼成工程(S140)後、HIP工程(S150)前において、下部セラミックス部103bの閉気孔率は5.0%より高く、好ましくは10%以下であり、上部セラミックス部101bの閉気孔率は5.0%以下である。また、焼成工程(S140)後、HIP工程(S150)前において、上部セラミックス部101b内の閉気孔の平均気孔径は10μm以下であり、より好ましくは5μm以下である。密度および閉気孔率の特定方法は後述する。また、閉気孔の気孔径は、例えば、次の方法で求めることができる。まず、セラミックス焼成体を切断し、切断面を平面研磨した後、加工面を走査型電子顕微鏡(SEM)で1000倍の倍率で撮像した後、視野(92μm×120μm)内に現れる個々の閉気孔の最大長さを気孔径とし、それらの平均値を求める。その気孔径の平均値を5枚のSEM画像を対象として求め、5枚のSEM画像についての平均値を、セラミックス焼成体の閉気孔の気孔径とする。
As described above, in this embodiment, the particle size of the alumina raw material powder used for the production of the upper ceramic
次に、セラミックス焼成体100bに対して熱間等方加圧(HIP)を行うことにより、セラミックス部材100を作製する(S150)。HIPは、例えばアルゴンガスなどの不活性ガスを圧力媒体とし、ガス圧と加熱との相乗効果を利用して対象物を緻密化させる処理である。HIPのガス圧は、例えば100〜200MPaであり、HIPの処理温度は、例えば1350〜1450℃である。HIPを行うことにより、HIP工程(S150)前の状態、すなわち、セラミックス焼成体100bより緻密性の高いセラミックス部材100を得ることができる。
Next, the
次に、セラミックス部材100とベース部材200とを、接合部300を介して接合する(S160)。具体的には、セラミックス部材100に加えて、ベース部材200および樹脂系の接着剤(図示せず)を準備する。ベース部材200は、例えばアルミニウム合金により形成される。接着剤は、例えばシリコーン系接着剤である。セラミックス部材100とベース部材200との間に接着剤を配置し、真空中で加圧しつつ加熱する。これにより、接着剤が硬化して接合部300が形成され、セラミックス部材100とベース部材200とが接合部300により接着される。
Next, the
次に、電極端子44、54を電極パッド42、52に接合し、電極端子44、54の周囲に絶縁部材60、80を設置する(S170)。電極端子44、54の電極パッド42、52への接合は、例えば、セラミックス部材100の下面S2側の凹部14、16に、上述した絶縁部材60、80と同様の略円筒形状の治具(図示せず)を設置し、該治具の中空孔内に電極端子44、54を挿入することによって電極端子44、54を位置決めした状態で、電極端子44、54を電極パッド42、52に例えばロウ付けにより接合する。電極端子44、54と電極パッド42、52との接合が完了した後、治具を取り外す。また、絶縁部材60、80の電極端子44、54の周囲への設置は、例えば、絶縁部材60、80をセラミックス部材100の凹部14、16の内周に位置決めし、接着剤によって、絶縁部材60、80と電極端子44、54との間や絶縁部材60、80とセラミックス部材100との間を接合する。その後、必要により後処理(外周の研磨等)を行う。以上の製造方法により、上述した構成の静電チャック10が製造される。
Next, the
A−5.本実施形態の効果:
以上説明したように、本実施形態の静電チャック10を構成するセラミックス部材100の製造方法は、下面S2に電極パッド42、52が形成された下部セラミックスグリーンシート体103aと、上部セラミックスグリーンシート体101aとを含み、下部セラミックスグリーンシート体103aの上面S5に上部セラミックスグリーンシート体101aが積層された積層体100aを準備する準備工程(S110、S120、S130)と、積層体100aを焼成することによって、下部セラミックスグリーンシート体103aから生成される下部セラミックス部103bと上部セラミックスグリーンシート体101aから生成される上部セラミックス部101bとを備えるセラミックス焼成体100bを作製する焼成工程(S140)と、セラミックス焼成体100bに対して熱間等方加圧(HIP)を行うことによって、セラミックス部材100を作製するHIP工程(S150)と、を備える。また、本実施形態のセラミックス部材100の製造方法では、焼成工程(S140)後、HIP工程(S150)前において、上部セラミックス部101bの密度は下部セラミックス部103bの密度より高い。これにより、以下に示すように、電極パッド42、52の剥離発生の抑制と緻密性の高さとを両立させたセラミックス部材100を得ることができる。
A-5. Effects of the present embodiment:
As described above, the method for manufacturing the
すなわち、本実施形態におけるセラミックス部材100の製造方法では、焼成工程(S140)の後に、セラミックス焼成体100bに対してHIPを行うHIP工程(S150)が行われるため、作製されるセラミックス部材100の緻密化を実現することができる。このとき、HIPを行うことにより、セラミックス焼成体100bが収縮し、作製されたセラミックス部材100と電極パッド42、52との間に剥離が発生するおそれがある。しかしながら、本セラミックス部材100の製造方法では、焼成工程(S140)後、HIP工程(S150)前において、上部セラミックス部101bの密度が、電極パッド42、52が形成された下部セラミックス部103bの密度より高い。そのため、密度の低い下部セラミックス部103bではHIPによる収縮が抑制され、下部セラミックス部103bと電極パッド42、52との接合界面における剥離の発生を抑制することができる。換言すれば、本実施形態におけるセラミックス部材100の製造方法では、焼成工程(S140)後、HIP工程(S150)前における、上部セラミックス部101bの密度および下部セラミックス部103bの密度は、上部セラミックス部101bではHIP工程(S150)において緻密化する密度となり、かつ、下部セラミックス部103bではHIP工程(S150)において電極パッド42、52との剥離が発生しないような収縮挙動となる密度となるように、適宜設定される。従って、本セラミックス部材100の製造方法によれば、電極パッド42、52の下部セラミックス部103からの剥離発生の抑制とセラミックス部材100の緻密性の高さとを両立させたセラミックス部材100を得ることができる。
That is, in the method for manufacturing the
特に、セラミックス部材100は、半導体製造装置用部品である静電チャック10の一部を構成する部材である。そのため、例えば、セラミックス部材100にプラズマが照射されることによりパーティクルが発生することを抑制すべく緻密性の高さが特に求められるセラミックス部材100の製造方法として、本実施形態の製造方法を採用することが好適である。
In particular, the
A−6.性能評価:
静電チャック10を構成するセラミックス部材100を対象として、以下に説明する性能評価を行った。図6は、性能評価結果を示す説明図である。図6には、各サンプルについて、セラミックスグリーンシートの原料粉末の粒径と、焼成工程(S140)における焼成条件と、焼成工程(S140)後、HIP工程(S150)前(図6中および以下において、単に「HIP工程前」ともいう)のセラミックス焼成体100bの各セラミックス部101b、103bにおける密度および閉気孔率と、HIP工程(S150)後のセラミックス部材100の各セラミックス部101、103における密度および閉気孔率と、各評価項目についての評価結果と、が示されている。
A-6. Performance evaluation:
The performance evaluation described below was performed on the
(各サンプルについて)
図6に示すように、性能評価には、7つのサンプル(サンプルS1〜S7)の成形体が用いられた。各サンプルの成形体は、アルミナ原料粉末の粒径や焼成条件が互いに異なっており、その結果、HIP工程(S150)前およびHIP工程(S150)後の密度や閉気孔率等の特性が互いに異なっている。
(For each sample)
As shown in FIG. 6, molded articles of seven samples (samples S1 to S7) were used for performance evaluation. The compacts of the respective samples have different particle sizes and firing conditions of the alumina raw material powder, and as a result, characteristics such as density and closed porosity before and after the HIP step (S150) and after the HIP step (S150) are different from each other ing.
サンプルS1〜S7のセラミックス部材100は、上述した本実施形態のセラミックス部材100の製造方法により製造されたものである。すなわち、サンプルS1〜S7のセラミックス部材100は、準備工程(図4のS110、S120、S130)、焼成工程(同S140)、HIP工程(同S150)の順に処理が行われる製造方法により製造されたものである。
The
サンプルS1〜S7のセラミックス部材100の製造方法は、より詳細には、以下の通りである。はじめに、サンプル毎に定められた平均粒径(0.46〜0.7μm、図6参照)の下部セラミックスグリーンシート(下部セラミックス部103を形成するためのセラミックスグリーンシート)用のアルミナ原料とブチラール樹脂と可塑剤と溶剤とを混合し、得られた混合物をドクターブレード法によってシート状に成形することにより、複数枚の下部セラミックスグリーンシートを作製した。また、所定の下部セラミックスグリーンシートに対して、スルーホールおよび凹部14の形成やビア用インクの充填、ヒータ電極500や外部電極42の形成のための電極用インクの塗布等の必要な加工を行った。ビア用インクや電極用インクとしては、タングステンとモリブデンとアルミナ原料とエトセル(登録商標)樹脂と溶剤とを混合してスラリー状としたメタライズインクを用いた。上記所定の加工が施された下部セラミックスグリーンシートを複数枚積層して下部セラミックスグリーンシート体103aを作製した。なお、各サンプルのアルミナ原料粉末の粒径は、レーザ回折・散乱式を用いて算出した平均粒径の値である。
The method for manufacturing the
次に、サンプル毎に定められた平均粒径(0.46〜0.6μm、図6参照)の上部セラミックスグリーンシート(上部セラミックス部101を形成するためのセラミックスグリーンシート)用のアルミナ原料とブチラール樹脂と可塑剤と溶剤とを混合し、得られた混合物をドクターブレード法によってシート状に成形することにより、複数枚の上部セラミックスグリーンシートを作製した。また、所定の上部セラミックスグリーンシートに対して、スルーホールの形成やビア用インクの充填、チャック電極400等の形成のための電極用インクの塗布等の必要な加工を行った。ビア用インクや電極用インクとしては、上記と同様に調製されたメタライズインクを用いた。上記所定の加工が施された上部セラミックスグリーンシートを複数枚積層して上部セラミックスグリーンシート体101aを作製した。
Next, an alumina raw material and butyral for an upper ceramic green sheet (ceramic green sheet for forming the upper ceramic portion 101) having an average particle size (0.46 to 0.6 μm, see FIG. 6) determined for each sample A resin, a plasticizer, and a solvent were mixed, and the resulting mixture was formed into a sheet by a doctor blade method, thereby producing a plurality of upper ceramic green sheets. In addition, necessary processing such as formation of through holes, filling of via ink, application of electrode ink for formation of
次に、下部セラミックスグリーンシート体103aの上面S5に上部セラミックスグリーンシート体101aを積層することにより積層体100aを作製した。次に、積層体100aを窒素中で脱脂した後、加湿した水素窒素雰囲気で、サンプル毎に定められた温度(1490℃または1510℃、図6参照)で1時間、常圧焼成することにより、セラミックス焼成体100bを作製した。次に、セラミックス焼成体100bに対して熱間等方加圧(HIP)を行うことにより、セラミックス部材100を作製した。HIPの際のガス圧は176MPaとし、処理温度は1400℃とし、処理時間は4時間とした。以上の製造方法により、サンプルS1〜S7のセラミックス部材100を作製した。
Next, the upper ceramic
図6に示すように、各サンプルのセラミックス部材100の製造の際には、HIP工程(S150)後の時点において、セラミックス部材100を構成する上部セラミックス部101および下部セラミックス部103の密度を測定すると共に、測定された密度から閉気孔率を算出した。HIP工程(S150)前の時点におけるセラミックス焼成体100bを構成する上部セラミックス部101bおよび下部セラミックス部103bについても、セラミックス部材100と同様に密度を測定すると共に、閉気孔率を算出した。
As shown in FIG. 6, when the
各サンプルのセラミックス部材100の密度は、各サンプルのセラミックス部材100の上部セラミックス部101および下部セラミックス部103のそれぞれから電極部分を避けてセラミックス部分を切り出し、公知のアルキメデス法により測定した。また、各サンプルのセラミックス部材100の閉気孔率は、それぞれのセラミックス部分において測定された密度から算出した。すなわち、上部セラミックス部101および下部セラミックス部103のそれぞれのセラミックス部分の形成材料であるアルミナの理論密度を3.980g/cm3とし、式(1−測定密度/理論密度)×100に基づいて算出した。セラミックス焼成体100bの上部セラミックス部101bおよび下部セラミックス部103bについても、上記と同様に密度を測定すると共に、閉気孔率を算出した。
The density of the
性能評価では、剥離に関する評価と、緻密化に関する評価と、耐電圧に関する評価を行った。剥離に関する評価では、HIP工程(S150)後の時点で下部セラミックス部103と電極パッド42との間の剥離の有無を確認し、剥離が生じていない場合に合格(○)と評価し、剥離が生じている場合に不合格(×)と評価した。緻密化に関する評価では、HIP工程(S150)後の上部セラミックス部101の密度が3.970g/cm3以上である場合に合格(○)と評価し、3.970g/cm3未満である場合に不合格(×)と評価した。
In the performance evaluation, evaluation regarding peeling, evaluation regarding densification, and evaluation regarding withstand voltage were performed. In the evaluation regarding peeling, the presence or absence of peeling between the lower
また、耐電圧に関する評価では、HIP工程(S150)後の各サンプルのセラミックス部材100を対象として耐電圧を測定し、20kV以上である場合に合格(○)と評価し、20kV未満である場合に不合格(×)と評価した。なお、各サンプルのセラミックス部材100の耐電圧については、サンプルのセラミックス部材100のうち上部セラミックス部101から電極部分を避けてセラミックス部分を切り出して15mm×15mm×厚さ0.3mmの試験片を作製し、各試験片の耐電圧を測定し、20個の試験片の耐電圧の平均値を該サンプルの耐電圧とした。
Moreover, in the evaluation regarding withstand voltage, the withstand voltage is measured for the
図6に示すように、サンプルS5およびサンプルS6では、緻密化に関する評価および耐電圧に関する評価で合格(○)と評価されたものの、剥離に関する評価では不合格(×)と評価された。HIP工程(S150)前において、サンプルS5の下部セラミックス部103bの密度は3.905g/cm3であり、上部セラミックス部101bの密度3.905g/cm3と同等に高かった。そのため、その後のHIP工程(S150)において下部セラミックス部103bの緻密化が促進された結果、下部セラミックス部103bが収縮し、HIP工程(S150)後の下部セラミックス部103と電極パッド42との接合界面において剥離が発生したものと考えられる。また、サンプルS6についても、HIP工程(S150)前における下部セラミックス部103bの密度は3.815g/cm3であり、上部セラミックス部101bの密度3.815g/cm3と同等に高いため、サンプルS5と同様に、下部セラミックス部103と電極パッド42との接合界面において剥離が発生したものと考えられる。
As shown in FIG. 6, samples S5 and S6 were evaluated as pass (o) in the evaluation on densification and evaluation on withstand voltage, but failed (x) in the evaluation on peeling. In HIP step (S150) before, the density of the lower ceramics portion 103b of the sample S5, a 3.905g / cm 3, was equally as high as the density 3.905g / cm 3 of the upper ceramic part 101b. Therefore, as a result of promoting densification of the lower ceramic portion 103b in the subsequent HIP step (S150), the lower ceramic portion 103b shrinks, and the bonding interface between the lower
サンプルS7では、剥離に関する評価で合格(○)と評価されたものの、緻密化に関する評価および耐電圧に関する評価では不合格(×)と評価された。サンプルS7では、HIP工程(S150)前において、ウェハを保持する表面を構成する上部セラミックス部101bの密度は3.779g/cm3であり、下部セラミックス部103bの密度3.779g/cm3に比べ高くないため、その後のHIP工程(S150)において上部セラミックス部101bの収縮が促進されず、上部セラミックス部101bの緻密化が促進されなかったと考えられる。特に、耐電圧に関する評価で不合格(×)と評価されたのは、HIP工程(S150)後の上部セラミックス部101の密度が3.808g/cm3と低かったためであると考えられる。
Although the sample S7 was evaluated as pass (o) in the evaluation regarding peeling, it was evaluated as disqualified (x) in the evaluation regarding densification and the evaluation regarding withstand voltage. In the sample S7, the density of the upper ceramic portion 101b constituting the surface for holding the wafer is 3.779 g / cm 3 before the HIP step (S150), compared to the density 3.779 g / cm 3 of the lower ceramic portion 103b. Since it is not high, it is considered that the shrinkage of the upper ceramic part 101b was not promoted in the subsequent HIP process (S150), and the densification of the upper ceramic part 101b was not promoted. In particular, it is considered that the reason why the evaluation regarding the withstand voltage was rejected (x) was because the density of the upper
一方、サンプルS1〜S4では、剥離に関する評価、緻密化に関する評価および耐電圧に関する評価のいずれの評価においても合格(○)と評価された。これは、サンプルS1〜S4のいずれにおいても、HIP工程(S150)前の下部セラミックス部103bの密度は上部セラミックス部101bの密度に比べ高くない。すなわち、下部セラミックス部103bの密度が上部セラミックス部101bの密度より低い。このため、下部セラミックス部103bではHIPによる収縮が抑制され、HIP工程(S150)後の下部セラミックス部103と電極パッド42との接合界面における剥離の発生を抑制できたものと考えられる。一方、サンプルS1〜S4のいずれにおいても、上部セラミックス部101bの密度が下部セラミックス部103bの密度に比べ高いため、上部セラミックス部101bではHIPによる緻密化が促進され、HIP工程(S150)後の上部セラミックス部101が高い緻密性と高い耐電圧を備えることができたものと考えられる。
On the other hand, samples S1 to S4 were evaluated as pass (o) in any of the evaluation on peeling, the evaluation on densification, and the evaluation on withstand voltage. In any of the samples S1 to S4, the density of the lower ceramic part 103b before the HIP step (S150) is not higher than the density of the upper ceramic part 101b. That is, the density of the lower ceramic part 103b is lower than the density of the upper ceramic part 101b. For this reason, it is considered that shrinkage due to HIP is suppressed in the lower ceramic portion 103b, and occurrence of peeling at the bonding interface between the lower
また、サンプルS1〜S4のいずれにおいても、HIP工程(S150)前において、下部セラミックス部103bの閉気孔率が5.0%より高いため、下部セラミックス部103bではHIPによる収縮が抑制され、HIP工程(S150)後の下部セラミックス部103と電極パッド42との接合界面における剥離の発生を抑制できたものと考えられる。一方、サンプルS1〜S4のいずれにおいても、HIP工程(S150)前の上部セラミックス部101bの閉気孔率が5.0%以下であるため、上部セラミックス部101bではHIPによる緻密化が促進され、HIP工程(S150)後の上部セラミックス部101が高い緻密性と高い耐電圧を備えることができたものと考えられる。
Further, in any of the samples S1 to S4, since the closed porosity of the lower ceramic portion 103b is higher than 5.0% before the HIP step (S150), shrinkage due to HIP is suppressed in the lower ceramic portion 103b. (S150) It is considered that the occurrence of peeling at the bonding interface between the lower
また、サンプルS1〜S4のいずれにおいても、耐電圧が60kV以上と非常に高かった。これは、HIP工程(S150)後の上部セラミックス部101の閉気孔率が1.0%以下であること、および、HIP工程(S150)後の上部セラミックス部101の密度が3.970g/cm3であることに起因していると考えられる。
Moreover, in any of the samples S1 to S4, the withstand voltage was as high as 60 kV or higher. This is because the closed porosity of the upper
なお、本性能評価では、HIP工程(S150)前における上部セラミックス部101bおよび下部セラミックス部103bの密度および/または閉気孔率は、セラミックスグリーンシートを形成する原料粉末の粒径を調整することにより調整した。例えば、図6のサンプルS1およびサンプルS3について、下部セラミックスグリーンシート体103aに用いるアルミナ原料粉末の粒径を、サンプルS1では0.60μmとし、サンプルS3では0.70μmとした。これにより、焼成工程(S140)後(HIP工程(S150)前)におけるセラミックス焼成体100bの下部セラミックス部103bの密度および閉気孔率は、サンプルS1では3.779g/cm3および5.05%となり、サンプルS3では3.698g/cm3および7.09%となった。また、サンプルS2およびサンプルS4について、上部セラミックスグリーンシート体101aに用いるアルミナ原料粉末の粒径を、サンプルS2では0.60μmとし、サンプルS4では0.46μmとした。これにより、焼成工程(S140)後(HIP工程(S150)前)におけるセラミックス焼成体100bの上部セラミックス部101bの密度および閉気孔率は、サンプルS2では3.815g/cm3および4.15%となり、サンプルS4では3.913g/cm3および1.68%となった。サンプルS1およびサンプルS3の焼成条件(焼成温度および焼成時間)、サンプルS2およびサンプルS4の焼成条件はともに同じである。
In this performance evaluation, the density and / or closed porosity of the upper ceramic portion 101b and the lower ceramic portion 103b before the HIP step (S150) are adjusted by adjusting the particle size of the raw material powder forming the ceramic green sheet. did. For example, for sample S1 and sample S3 in FIG. 6, the particle size of the alumina raw material powder used for the lower ceramic
このように、本性能評価によれば、HIP工程(S150)前において、ウェハを保持する表面を構成する上部セラミックス部101bの密度を電極パッド42が接合される下部セラミックス部103bの密度より高く、さらには、上部セラミックス部101bの閉気孔率が5.0%以下となり、下部セラミックス部103bの閉気孔率が5.0%より高くなるようセラミックス焼成体100bを製造することにより、HIP工程(S150)後において、電極パッド42の剥離発生の抑制と緻密性の高さとを両立させたセラミックス部材100を得ることができることが確認された。
Thus, according to this performance evaluation, before the HIP step (S150), the density of the upper ceramic part 101b constituting the surface holding the wafer is higher than the density of the lower ceramic part 103b to which the
A−7.セラミックス部材100の内部構成の特定方法:
セラミックス部材100の内部構成、すなわち、セラミックス部材100における上部セラミックス部101と下部セラミックス部103の特定方法は、以下の通りである。まず、セラミックス部材100における上下方向に平行な断面を任意に設定し、該断面の任意の位置でFIB−SEM(加速電圧1.5kV)におけるSEM画像(例えば、300倍)を得る。
A-7. Method of Identifying Internal Configuration of Ceramic Member 100:
The internal configuration of the
上記得られたSEM画像において、セラミックス部材100の上下方向に直交する複数の線を上方向から所定間隔(例えば10μm間隔)で引く。各直線上の閉気孔にあたる部分の長さを測定し、直線の全長に対する閉気孔にあたる部分の長さの合計の比を、当該線上における閉気孔率とする。そして、当該任意の線(以下、「第1の線」という)上における第1の閉気孔率と、当該第1の線の下方向直近に位置する線上における第2の閉気孔率との変化率を第1の線における変化率として算出する。このようにして算出された変化率のうち、その変化率の値が閾値以上(例えば、2%以上)である第1の線であって、最も上方に位置する第1の線を特定する。そして、この第1の線を境界として、セラミックス部材100の上面S1から第1の線までの部分を上部セラミックス部101と識別する。一方、下部セラミックス部103は、変化率が上記閾値以上であって最も下方に位置する第1の線を特定し、この第1の線を境界として、セラミックス部材100の下面S2から第1の線までの部分を下部セラミックス部103と識別する。
In the obtained SEM image, a plurality of lines orthogonal to the vertical direction of the
B.変形例:
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
B. Variations:
The technology disclosed in the present specification is not limited to the above-described embodiment, and can be modified into various forms without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
上記実施形態における静電チャック10の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。また、静電チャック10を構成する各部材を形成する材料は、あくまで一例であり、各部材が他の材料により形成されてもよい。
The configuration of the
上記実施形態のセラミックス部材100では、電極パッド42、52は、セラミックス部材100の下面S2に形成された凹部14、16の各底面に配置される構成となっているが、電極パッド42、52は、セラミックス部材100の下面の外部に露出している構成となっていればよい。すなわち、電極パッド42、52は、セラミックス部材100の下面S2のうち凹部ではない平坦な部分に配置されていてもよい。
In the
上記実施形態のセラミックス部材100では、電極パッド42、52は、それぞれチャック電極400、ヒータ電極500に電気的に接続されている構成となっているが、電極パッドはプラズマを発生させる高周波(RF)電極等に電気的に接続される構成となっていてもよい。
In the
上記実施形態のセラミックス部材100では、チャック電極400は上部セラミックス部101に含まれているが、チャック電極400が下部セラミックス部103に含まれていてもよい。また、上記実施形態のセラミックス部材100では、ヒータ電極500が下部セラミックス部103に含まれているが、ヒータ電極500が上部セラミックス部101に含まれていてもよい。
In the
上記実施形態のセラミックス部材100では、セラミックス部材100におけるセラミックス部の数は上部セラミックス部101と下部セラミックス部103の2つである構成となっているが、上部セラミックス部101と下部セラミックス部103の間に、1または複数の他のセラミックス部を備える構成となっていてもよい。この場合において、セラミックス部間の密度の関係は、下部セラミックス部103が最も低く、上部のセラミックス部ほど高く、上部セラミックス部101が最も高くなることが好ましい。また、下部セラミックス部103のZ軸方向で下側に、1または複数の他のセラミックス部を備える構成となっていてもよい。
In the
上記実施形態のセラミックス部材100では、下部セラミックス部103の下面S2における凹部14、16は、焼成前の下部セラミックスグリーンシートへの孔開け加工によって形成される構成となっているが、焼成後の研磨加工によって形成される構成となっていてもよい。その場合、焼成工程(S140)により下部セラミックス部103bを作製した後、上記研磨加工によって凹部14、16を形成し、その後、電極パッド42、52を配置する。
In the
上記実施形態のセラミックス部材100では、上部セラミックスグリーンシート体101aおよび下部セラミックスグリーンシート体103aを積層した後にサイズ加工しているが、積層する前に、上部セラミックスグリーンシート体101aおよび下部セラミックスグリーンシート体103aをそれぞれサイズ加工し、サイズ加工後の上部セラミックスグリーンシート体101aおよび下部セラミックスグリーンシート体103aを積層してもよい。
In the
上記実施形態におけるセラミックス部材100の製造方法は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態のセラミックス部材100の製造方法では、上部セラミックスグリーンシート体101aに用いるアルミナ原料粉末の粒径を、下部セラミックスグリーンシート体103aに用いるアルミナ原料粉末の粒径より小さくすることによって、上部セラミックス部101bの密度を下部セラミックス部103bの密度より大きくしているが、例えば、積層体100aを焼成する際の焼成温度や焼成時間等の焼成条件を異ならせること等の他の方法によって、上部セラミックス部101bの密度と下部セラミックス部103bの密度とを異ならせてもよい。例えば、図6のサンプルS3およびサンプルS4では、両サンプルの原料粉末の粒径はいずれにおいても、下部セラミックスグリーンシート体103aでは0.70μmであり、上部セラミックスグリーンシート体101aでは0.46μmである。しかしながら、焼成温度1490℃で焼成されたサンプルS3の下部セラミックス部103bの密度は3.698g/cm3であった一方、サンプルS3より高い焼成温度である焼成温度1510℃で焼成されたサンプルS4の下部セラミックス部103bの密度は3.776g/cm3あり、サンプルS3に比べ高かった。また、サンプルS3およびサンプルS4の上部セラミックス部101bについても、下部セラミックス部103bと同様であり、サンプルS3に比べ高い焼成温度で焼成されたサンプルS4の上部セラミックス部101bの密度は3.913g/cm3であり、サンプルS3の上部セラミックス部101bの密度3.905g/cm3より高かった。このように焼成温度によって密度を異ならせることもできる。
The method of manufacturing the
本実施形態のセラミックス部材100の製造方法では、図4に示すステップS110で下部セラミックスグリーンシート体103aを作製した後、ステップS120で上部セラミックスグリーンシート体101aを作製する構成となっているが、ステップS120の後にステップS110を行う構成となっていてもよい。
In the method of manufacturing the
本発明は、静電チャック10を構成するセラミックス部材100に限らず、真空チャックやCVDヒータ等の他の保持装置を構成するセラミックス部材やそれらの製造方法に適用可能である。さらに、保持装置に限らず、シャワーヘッド等の半導体製造装置用部品を構成するセラミックス部材やその製造方法にも適用可能である。
The present invention is applicable not only to the
10:静電チャック 14:凹部 16:凹部 22:端子用貫通孔 24:端子用貫通孔 41:ビア 42:外部電極(電極パッド) 44:電極端子 51:ビア 52:外部電極(電極パッド) 54:電極端子 60:絶縁部材 80:絶縁部材 100:セラミックス部材 100a:積層体 100b:セラミックス焼成体 101:上部セラミックス部 101a:上部セラミックスグリーンシート体 101b:上部セラミックス部 103:下部セラミックス部 103a:下部セラミックスグリーンシート体 103b:下部セラミックス部 200:ベース部材 210:冷媒流路 300:接合部 400:チャック電極 500:ヒータ電極 W:ウェハ
10: electrostatic chuck 14: concave portion 16: concave portion 22: through hole for terminal 24: through hole for terminal 41: via 42: external electrode (electrode pad) 44: electrode terminal 51: via 52: external electrode (electrode pad) 54 : Electrode terminal 60: Insulating member 80: Insulating member 100:
Claims (7)
前記積層体を焼成することによって、前記第1のセラミックスグリーンシート体から生成される第1のセラミックス部と前記第2のセラミックスグリーンシート体から生成される第2のセラミックス部とを備えるセラミックス焼成体を作製する焼成工程と、
前記セラミックス焼成体に対して熱間等方加圧(Hot Isostatic Pressing)を行うことによって、セラミックス部材を作製するHIP工程と、を備えるセラミックス部材の製造方法において、
前記焼成工程後、前記HIP工程前において、前記第2のセラミックス部の密度は前記第1のセラミックス部の密度より高い、
ことを特徴とするセラミックス部材の製造方法。 A first ceramic green sheet body having an external electrode formed on a first surface and a second ceramic green sheet body, the first ceramic green sheet body being opposite to the first surface Preparing a laminated body in which the second ceramic green sheet body is laminated on the second surface side;
A ceramic fired body comprising: a first ceramic portion produced from the first ceramic green sheet body by firing the laminate; and a second ceramic portion produced from the second ceramic green sheet body A firing step to produce
In a method for producing a ceramic member, comprising: a HIP process for producing a ceramic member by performing hot isostatic pressing on the ceramic fired body,
After the firing step and before the HIP step, the density of the second ceramic part is higher than the density of the first ceramic part.
A manufacturing method of a ceramic member characterized by things.
前記焼成工程後、前記HIP工程前において、前記第1のセラミックス部の閉気孔率は5.0%より高く、かつ、前記第2のセラミックス部の閉気孔率は5.0%以下である、
ことを特徴とするセラミックス部材の製造方法。 In the manufacturing method of the ceramic member according to claim 1,
After the firing step, before the HIP step, the closed porosity of the first ceramic portion is higher than 5.0%, and the closed porosity of the second ceramic portion is 5.0% or less.
A manufacturing method of a ceramic member characterized by things.
前記HIP工程後において、前記第2のセラミックス部の閉気孔率は1.0%以下である、
ことを特徴とするセラミックス部材の製造方法。 In the method of manufacturing a ceramic member according to claim 1 or 2,
After the HIP step, the closed porosity of the second ceramic portion is 1.0% or less.
A manufacturing method of a ceramic member characterized by things.
前記第2のセラミックスグリーンシート体の形成材料は、アルミナを主成分とし、
前記HIP工程後において、前記第2のセラミックス部の密度は3.970g/cm3以上である、
ことを特徴とするセラミックス部材の製造方法。 In the method of manufacturing a ceramic member according to any one of claims 1 to 3.
The forming material of the second ceramic green sheet body contains alumina as a main component,
After the HIP step, the density of the second ceramic portion is 3.970 g / cm 3 or more.
A manufacturing method of a ceramic member characterized by things.
前記セラミックス部材の表面のうち、前記外部電極が形成された表面とは反対側の表面上に対象物が保持される、
ことを特徴とするセラミックス部材の製造方法。 In the manufacturing method of the ceramic member as described in any one of Claim 1- Claim 4,
An object is held on the surface of the ceramic member opposite to the surface on which the external electrode is formed.
A manufacturing method of a ceramic member characterized by things.
前記第2のセラミックス部の閉気孔率は前記第1のセラミックス部の閉気孔率より低く、かつ、前記第2のセラミックス部の閉気孔率は1.0%以下である、
ことを特徴とするセラミックス部材。 A first ceramic portion having an external electrode formed on a first surface, and a second ceramic portion laminated on a second surface side opposite to the first surface of the first ceramic portion In a ceramic member comprising:
The closed porosity of the second ceramic portion is lower than the closed porosity of the first ceramic portion, and the closed porosity of the second ceramic portion is 1.0% or less.
A ceramic member characterized by the above.
前記セラミックス部材の表面のうち、前記外部電極が形成された表面とは反対側の表面上に対象物が保持される、
ことを特徴とするセラミックス部材。 In the ceramic member according to claim 6,
An object is held on the surface of the ceramic member opposite to the surface on which the external electrode is formed.
A ceramic member characterized by the above.
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