JP3976993B2 - Ceramic substrate bonding method, ceramic substrate bonded body, and ceramic heater - Google Patents

Ceramic substrate bonding method, ceramic substrate bonded body, and ceramic heater Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックス基材の接合方法、およびセラミックスヒーターに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
窒化珪素等のセラミックスからなるサセプターの内部に抵抗発熱体を埋設したセラミックスヒーターが、半導体製造装置内における半導体ウエハーの加熱用途に使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、セラミックスヒーターの内部に冷却媒体を流すための通路を形成することを試みていた。セラミックスのバルクの内部に、抵抗発熱体を埋設した後に、細長い通路を加工によって形成することは不可能である。このため、本発明者は、グリーンシート積層法によってセラミックスサセプターの内部に通路を形成することを試みた。グリーンシート積層法によって、所定深さの通路をサセプター内部に形成するためには、グリーンンシートに所定深さの溝を予め形成し、この後に複数のグリーンシートを積層し、一体焼結させる必要がある。しかし、こうした方法では、グリーンシートの焼結段階で溝の近辺でシートの変形が生じ、所定深さの溝を正確に形成することはできない。特に、複数のグリーンシートの接合界面において、焼結後の接合界面における気体漏れが発生し易く、気密性を維持することが困難であった。これは、グリーンシート積層法が比較的小さい面積のグリーンシートを積層し、焼結させる用途においては実績があるものの、8インチウエハーに対応できるような大面積を有するセラミックス平板を積層して一体焼結させる際には、良好な接合界面を形成しにくいことを意味していると考えられる。
【0004】
また、本発明者は、セラミックスヒーター上に半導体ウエハーを設置して加熱し、成膜ガス、腐食性ガスなどを使用して所定のプロセスを行う際に、セラミックスヒーターの背面側に腐食性ガスが僅かではあるが回り込み、背面側に堆積物や腐食を生じさせることを見出した。このため、セラミックスヒーターの背面側および金属部品から構成される端子接合部での堆積物や腐食を防止する技術が必要である。
【0006】
また、本発明の課題は、ウエハーを設置するための設置面を備えるセラミックス製のサセプターと、このサセプターの内部に埋設されている抵抗発熱体とを備えているセラミックスヒーターにおいて、セラミックスヒーターの背面側および金属部品から構成される端子接合部における堆積物や腐食の発生を抑制することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第一のセラミックス基材の第一の接合面と第二のセラミックス基材の第二の接合面とを接合した接合体を有するセラミックスヒーターの製造方法であって、
接合前の前記第一の接合面および前記第二の接合面の中心線平均表面粗さRaが1.0μm以下であり、接合前の前記第一の接合面および前記第二の接合面の平面度が50μm以下であり、前記第一の接合面と前記第二の接合面とを接触させたときの接触面積が200cm2 以上であり、
前記第一の接合面に対して略垂直な方向に向かって圧力を加えつつ前記第一のセラミックス基材および前記第二のセラミックス基材を加熱し、再焼結させることによって、前記第一のセラミックス基材と前記第二のセラミックス基材との接合体を得るようにし、この際、接合前の前記第二のセラミックス基材の接合面側に溝を形成することによって、前記接合体の側面に開口を有する通路を当該接合体内に形成することを特徴とする
【0008】
また、本発明は、前記接合方法によって得られたことを特徴とする、セラミックスヒーターに係るものである。
【0009】
本発明においては、特に200cm2 以上の断面積の接合面に沿って、2つのセラミックス基材を接合させる際には、第一の接合面に対して略垂直な方向に向かって圧力を加えつつ第一のセラミックス基材および第二のセラミックス基材を加熱し、再焼結させることが有効であり、これによって接合界面の組織が連続し、高い気密性が得られることを見出した。
【0010】
この際、第一および第二の接合面の中心線平均表面粗さRaを1.0μm以下とし、接合前の第一の接合面および第二の接合面の平面度を50μm以下とすることによって、第一の接合面と第二の接合面とがほぼ密着し、空間的に明らかに離れないようにする必要がある。
【0011】
中心線平均粗さ(Ra)とは、粗さ断面曲線を中心線から折り返し、その粗さ曲線と中心線とによって得られた面積(折り返し部分を含む)を、長さLで除した値である。平面度とは、平面部分の幾何学的平面からの狂いの大きさを言い、JISでは、平面部分を2つの平行な幾何学的平面で挟んだとき、これらの両平面の間隔が最小となるときの、両幾何学的平面の間隔で表す。中心線平均粗さと平面度とは、表面粗さ計およびレーザー干渉計で測定することができる。
【0012】
接合前の第一および第二の接合面のRaは、更に好ましくは0.9μm以下であり、平面度は更に好ましくは30μm以下である。これらの値の下限は特にない。
【0013】
第一および第二のセラミックス基材の各接合面の平面度および中心線平均粗さを前記の値の範囲内にするには、接合面を平面研削盤および高速ラップ盤で加工することが好ましい。
【0014】
第一および第二のセラミックス基材を再焼結させるとは、各セラミックス基材中の既存のセラミックス粒子が成長する温度以上で熱処理することを意味する。この粒子の成長は、比較的に低温でもある程度は生ずる。しかし、各セラミックス基材の焼結温度をTとしたとき、(T−50)℃以上、(T+50)℃以下の温度で熱処理することが好ましく、T℃以上、(T+10)℃以下の温度で熱処理することが更に好ましい。これによって、一体焼結によって製造した焼結体とほぼ同等の強度を備えた接合体を製造できる。
【0015】
熱処理の温度が焼結温度T℃−(T+10)℃であるときに、接合体の強度を最大にすることができる。これが焼結温度よりも高くなると、接合界面における粒子の成長の間に、接合部分で微構造や組成が変化してしまい、その部分に空乏層の欠陥が発生し、接合界面の部分における強度が低下してくるためである。
【0016】
本発明においては、各セラミックス基材の再焼結と共に、接合面に対して略垂直方向に加圧することが必須であることを見出した。これは、セラミックス基材の接合方法としては、接合面が非常に大きいことが関係しているものと思われる。セラミックス基材の接合面が小さい通常の接合方法では、セラミックス基材からの自重が接合面の全体に有効に加わりやすく、セラミックス基材が密着し易いものと思われる。しかし、本発明のように接合面が大面積である場合には、こうした自重が接合面の全体に有効に加わることはないと思われる。このため、セラミックス基材の接合面の全面に有効に応力を加え、全体に広く密着させるという、密着状態の制御のために、外部から圧力を印加する必要があるものと思われる。
【0017】
この圧力は特に限定はされないが、一般的には3kg/cm2 以上が好ましいことが分かった。
【0018】
その上、接触面積をxcm2 としたとき、圧力を(x/100)kg/cm2 以上とすることによって、特に接合界面における密着性と気密性とが高くなることを見出した。このような関係も初めて発見されたものである。通常の考え方に従うと、たとえ接合面の面積が大きくとも、その接合面は多数の小面積の接合面が集合したものにすぎないはずである。圧力というのは単位面積当たりの印加応力のことであるから、たとえ接合面の面積が大きくなっても、所定性能を得るのに必要な圧力は理論的には変わらないはずである。
【0019】
しかし現実には、接合面の接触面積が大きくなると、圧力を大きくする必要があり、つまり単位面積当たりの応力を大きくすることが望ましいことを発見した。この理由は明らかではない。おそらく、接触面積が大きくなると、プレス等の加圧手段からセラミックス基材へと加わる圧力が、加圧手段とセラミックス基材との接触面で相当に減殺され、2つの接合面の接触部分には有効に伝わらなくなるものと思われる。こうした圧力の減殺を補償するために、接触面積が大きくなるのにつれて、セラミックス基材への圧力を大きくする必要がある。
【0020】
圧力の上限は特にないが、15kg/cm2 以下とすると、セラミックス基材の破損による歩留り低下を防止できる。
【0021】
接触面積の上限は特にないが、例えば接触面積が2000cm2 であっても本発明の接合方法は有効である。
【0022】
セラミックスの種類は特に限定されないが、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、アルミナが特に好適である。
【0023】
本発明の好適な実施形態においては、第一の接合面と第二の接合面との間に、第一のセラミックス基材と第二のセラミックス基材との少なくとも一方に対して有効な焼結助剤を含む溶液を介在させた後に熱処理を行う。例えば、セラミックス基材が窒化アルミニウムまたは窒化珪素からなる場合には、イットリウム化合物、イッテルビウム化合物およびアルカリ土類元素の化合物からなる群より選ばれた一種以上の接合助剤が好ましく、イットリウム化合物が特に好ましい。
【0024】
焼結助剤は、例えば塩化物、硫酸塩、リン酸塩、硝酸塩、炭酸塩が濡れやすく、ハンドリング性が良い。例えば塩化イットリウム、塩化イットリウム水和物、硫酸イットリウム、酢酸イットリウムの水溶液や、塩化イットリウム、塩化イットリウム水和物、酢酸イットリウムの水溶液を使用することが好ましい。
【0025】
特に、半導体製造装置に用いられる加熱装置に、本発明を適用する場合には、汚染源となるような不純物として特に嫌われるK、Na、Ca等のアルカリ金属およびアルカリ土類金属等は、接合助剤として不適当であるため、イットリウム化合物およびイッテルビウム化合物からなる群より選ばれた一種以上の接合助剤が好ましく、イットリウム化合物が特に好ましい。
【0026】
接合時の加熱方法としては、常圧での熱処理、ホットプレス法、プラズマ活性化焼結、レーサーによる局部加熱法等がある。なお、接合の結果、焼結助剤が、基材の他の部分に比べて、接合界面に多くの焼結助剤が含まれることになる。
【0027】
また、本発明は、ウエハーを設置するための設置面を備えるセラミックス製のサセプターと、このサセプターの内部に埋設されている抵抗発熱体とを備えているセラミックスヒーターであって、サセプターの内部に形成され、かつ前記サセプターの側面に開口する通路を備えており、この通路からサセプターの側面側の開口を通してパージガスを噴き出させるように構成されていることを特徴とする。
【0028】
こうしたセラミックスヒーターによれば、サセプターの側面側からパージガスを噴出させることによって、腐食性ガスや成膜ガス、クリーニングガスなどがセラミックスヒーターの背面側および金属部品から構成される端子接合部に回り込むことを有効に防止できる。
【0029】
以下、図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。
【0030】
図1(a)は、第一のセラミックス基材1を示す平面図であり、図1(b)は、第二のセラミックス基材3を示す平面図であり、図2は、セラミックス基材1と3との接合前および接合後の状態を図示した正面図である。本例は、セラミックスヒーター6の製造プロセスを示すものである。
【0031】
基材1は、二つの主面1a、1cと、側面1bを有する円板状であり、基材1の中央部分に貫通孔2が形成されている。主面1cが接合面である。基材3は、二つの主面3a、3cと側面3bとを有する円板状であり、主面3aが接合面である。接合面3aには溝4が形成されており、溝4は、3本の放射状に延びる細長い溝4a、4b、4cを備えている。抵抗発熱体は、基材1と3との一方または双方に埋設されている。
【0032】
基材1の接合面1cと基材3の接合面3aとを接触させ、前述のように処理することで、接合体6を製造する。接合体6においては、基材1の貫通孔2と、基材3の溝4とが連通している。そして、各溝4a、4b、4cは、側面3bに露出する開口7を備えている。1aはセラミックスヒーターの背面であり、3cは半導体ウエハーの設置面である。
【0033】
半導体製造プロセスにおいて、腐食性ガス、成膜用ガス、クリーニング用ガス等を使用する際には、貫通孔2からパージガスを供給し、このパージガスを各溝4a−4cを通して各開口7から噴出させる。
【0034】
図1,図2の例においては、側面にパージガス噴出用の開口を備えたセラミックスヒーターの製造プロセスについて説明した。しかし、本発明の接合方法は、こうしたパージガス供給用の溝の形成には限られない。例えば、冷却用の媒体(窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスや、水やオイルなどの流体)を流すための通路を形成する際にも有効である。いずれにせよ、本発明の接合法によれば、予めセラミックス基材の表面に溝を形成しておくことによって、セラミックスヒーターの内部の通路を容易に形成できる。この際、例えば深さ0.2mm以上の溝であれば容易に形成できる。
【0035】
【実施例】
図1、図2に示した実施形態に従って、セラミックスヒーター6を製造した。ただし、セラミックス基材1、3は、いずれも相対密度99.9%の窒化アルミニウム焼結体によって形成した。この窒化アルミニウム焼結体の焼結温度は1800−2000℃であり、焼結助剤として5mol%のイットリウムを含有している。この窒化アルミニウムの試料自体の室温における四点曲げ強度は、約400MPaであった。四点曲げ強度は、JIS R 1601に準じ、接合面が内側スパン間のほぼ中央に、垂直に位置するようにして、測定した。
【0036】
各接合面1c、3aは直径240mmの円形である(各接合面の面積は450cm2 であり、接触面積も同じである)。各基材1、3の厚さは18mmである。基材3の溝4の深さは1mmであり、幅は5mmである。各接合面1c、3aをそれぞれ平面研削盤および高速ラップ盤で加工し、Raを10μmとし、平面度を30μmとした。
【0037】
イットリウム濃度が2.61×10-4mol/ccの硝酸イットリウム溶液水和物:Y(NO32 ・6H2 O水溶液を各接合面に塗布した。接合面1cと3aとを接触させ、ホットプレス装置に収容し、2kg/cm2 の圧力を印加し、1900℃で3時間熱処理した。熱処理時の雰囲気は窒素ガスとした。
【0038】
得られた接合体6から、接合界面に垂直に延びるように試験試料を切り出し、4点曲げ強度を測定したところ(試験数20個)、300−450MPaであった。
【0039】
また、接合体を切り出し、接合界面を光学顕微鏡(1000倍)で観察したところ、剥離、変形、クラックは見られなかった。
【0040】
また、接合体の超音波探傷試験を行った。即ち、接合体の寸法20mm×40mm×20mm、プローブ周波数25MHz、プローブ径0.25秒、焦点距離4秒の条件下において、接合面に対して実施した。この結果、接合面に剥離は見られなかった。
【0041】
また、アルバック社製のヘリウムリークディテクターを使用して、リーク量を測定した。この結果、ヘリームリーク量は10-8sccm未満であった。
【0042】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、セラミックスヒーターのように大面積の接合面を有する接合体を製造する新規方法を提供でき、接合界面における接合状態が良好であり、剥離やクラックが見られず、気密性も高い。
【0043】
また、本発明のセラミックスヒーターは、セラミックスヒーターの背面側および金属部品から構成される端子接合部における堆積物や腐食の発生を抑制できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は第一のセラミックス基材1を示す平面図であり、(b)は第二のセラミックス基材3を示す平面図である。
【図2】セラミックス基材1と3との接合前および接合後の状態を示す正面図である。
【符号の説明】
1 第一のセラミックス基材 1a 基材1の主面(セラミックスヒーターの背面) 1c 第一の接合面 2 貫通孔 3 第二のセラミックス基材 3a 第二の接合面 3c基材3の主面(セラミックスヒーターのウエハー設置面) 4、4a、4b、4c パージガスの通路(溝) 6 接合体(セラミックスヒーター)
7 通路4の側面への開口
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for bonding ceramic substrates and a ceramic heater.
[0002]
[Prior art]
A ceramic heater in which a resistance heating element is embedded inside a susceptor made of ceramics such as silicon nitride is used for heating a semiconductor wafer in a semiconductor manufacturing apparatus.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The inventor has attempted to form a passage for flowing a cooling medium inside the ceramic heater. After embedding a resistance heating element in the ceramic bulk, it is impossible to form an elongated passage by machining. For this reason, this inventor tried to form a channel | path inside a ceramic susceptor by the green sheet lamination | stacking method. In order to form a passage with a predetermined depth in the susceptor by the green sheet lamination method, it is necessary to form a groove with a predetermined depth in the green sheet in advance, and then laminate a plurality of green sheets and integrally sinter them. There is. However, in such a method, the sheet is deformed in the vicinity of the groove in the green sheet sintering stage, and a groove having a predetermined depth cannot be formed accurately. In particular, at the bonding interface of a plurality of green sheets, gas leakage at the bonding interface after sintering is likely to occur, and it is difficult to maintain airtightness. Although the green sheet laminating method has a track record in laminating and sintering green sheets with a relatively small area, a ceramic flat plate having a large area that can accommodate an 8-inch wafer is laminated and fired integrally. It is considered that it means that it is difficult to form a good bonding interface when bonding.
[0004]
In addition, the inventor installs and heats a semiconductor wafer on a ceramic heater, and when performing a predetermined process using a film forming gas, a corrosive gas, etc., corrosive gas is present on the back side of the ceramic heater. It was found that a slight amount of sneaking around occurred, causing deposits and corrosion on the back side. For this reason, the technique which prevents the deposit and corrosion in the terminal junction part comprised from the back side of a ceramic heater and metal parts is required.
[0006]
Another object of the present invention is to provide a ceramic heater including a ceramic susceptor having an installation surface for installing a wafer and a resistance heating element embedded in the susceptor. And to suppress the occurrence of deposits and corrosion at the terminal joint composed of metal parts.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a method for producing a ceramic heater having a joined body obtained by joining the first joined surface of the first ceramic substrate and the second joined surface of the second ceramic substrate,
Center line average surface roughness Ra of the first joint surface and the second joint surface before joining is 1.0 μm or less, and the first joint surface and the second joint surface before joining are planes. The degree is 50 μm or less, and the contact area when the first bonding surface and the second bonding surface are in contact is 200 cm 2 or more,
The first ceramic substrate and the second ceramic substrate are heated and re-sintered while applying pressure in a direction substantially perpendicular to the first bonding surface, thereby re-sintering the first ceramic substrate and the second ceramic substrate. By obtaining a joined body of the ceramic base material and the second ceramic base material, and forming a groove on the joint surface side of the second ceramic base material before joining, a side surface of the joined body is obtained. A passage having an opening is formed in the joined body .
[0008]
The present invention also relates to a ceramic heater obtained by the joining method.
[0009]
In the present invention, particularly when two ceramic base materials are joined along a joining surface having a cross-sectional area of 200 cm 2 or more, pressure is applied in a direction substantially perpendicular to the first joining surface. It has been found that it is effective to heat and re-sinter the first ceramic substrate and the second ceramic substrate, whereby the structure of the joint interface is continuous and high airtightness can be obtained.
[0010]
At this time, the center line average surface roughness Ra of the first and second bonding surfaces is set to 1.0 μm or less, and the flatness of the first bonding surface and the second bonding surface before bonding is set to 50 μm or less. It is necessary that the first bonding surface and the second bonding surface are almost in close contact with each other and are not clearly separated spatially.
[0011]
The center line average roughness (Ra) is a value obtained by dividing the roughness profile curve from the center line and dividing the area (including the folded portion) obtained by the roughness curve and the center line by the length L. is there. Flatness is the magnitude of the deviation of the plane part from the geometric plane. In JIS, when the plane part is sandwiched between two parallel geometric planes, the distance between these two planes is minimized. It is expressed by the distance between the two geometric planes. The centerline average roughness and flatness can be measured with a surface roughness meter and a laser interferometer.
[0012]
Ra of the first and second bonding surfaces before bonding is more preferably 0.9 μm or less, and the flatness is more preferably 30 μm or less. There is no particular lower limit to these values.
[0013]
In order to bring the flatness and centerline average roughness of each joint surface of the first and second ceramic base materials into the range of the above values, the joint surface is preferably processed with a surface grinder and a high-speed lapping machine. .
[0014]
Re-sintering the first and second ceramic base materials means that heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than the temperature at which the existing ceramic particles in each ceramic base material grow. This grain growth occurs to some extent even at relatively low temperatures. However, when the sintering temperature of each ceramic substrate is T, heat treatment is preferably performed at a temperature of (T-50) ° C. or more and (T + 50) ° C. or less, and at a temperature of T ° C. or more and (T + 10) ° C. or less. More preferably, heat treatment is performed. Thereby, a joined body having substantially the same strength as a sintered body manufactured by integral sintering can be manufactured.
[0015]
When the temperature of the heat treatment is the sintering temperature T ° C .− (T + 10) ° C., the strength of the joined body can be maximized. If this is higher than the sintering temperature, the microstructure and composition change at the joint during the grain growth at the joint interface, depletion layer defects occur in that part, and the strength at the joint interface is increased. This is because it will decrease.
[0016]
In the present invention, it has been found that it is essential to pressurize in a direction substantially perpendicular to the joint surface together with re-sintering of each ceramic substrate. This seems to be related to the fact that the bonding surface is very large as a method for bonding ceramic substrates. In a normal bonding method in which the bonding surface of the ceramic base material is small, the weight from the ceramic base material is likely to be effectively applied to the entire bonding surface, and the ceramic base material is likely to adhere. However, when the joint surface has a large area as in the present invention, it is considered that such self-weight is not effectively added to the entire joint surface. For this reason, it is thought that it is necessary to apply pressure from the outside in order to control the adhesion state in which stress is effectively applied to the entire bonding surface of the ceramic base material so that the entire surface is closely adhered.
[0017]
Although this pressure is not particularly limited, it has been found that generally 3 kg / cm 2 or more is preferable.
[0018]
Moreover, when the contact area was xcm 2, by the pressure (x / 100) kg / cm 2 or more, especially the adhesion and airtightness at the joint interface was found to be higher. Such a relationship was also discovered for the first time. According to the usual way of thinking, even if the area of the joint surface is large, the joint surface should be just a collection of many small joint surfaces. Since the pressure is an applied stress per unit area, the pressure necessary to obtain a predetermined performance should not change theoretically even if the area of the joint surface increases.
[0019]
However, in reality, it has been discovered that when the contact area of the joint surface increases, it is necessary to increase the pressure, that is, it is desirable to increase the stress per unit area. The reason for this is not clear. Probably, when the contact area increases, the pressure applied from the pressing means such as a press to the ceramic substrate is considerably reduced at the contact surface between the pressing means and the ceramic substrate, and the contact portion between the two joining surfaces It seems that it will not be transmitted effectively. In order to compensate for this pressure reduction, it is necessary to increase the pressure on the ceramic substrate as the contact area increases.
[0020]
The upper limit of the pressure is not particularly limited. However, when the pressure is 15 kg / cm 2 or less, it is possible to prevent a decrease in yield due to the ceramic substrate being damaged.
[0021]
The upper limit of the contact area is not particularly limited, but the bonding method of the present invention is effective even when the contact area is 2000 cm 2 , for example.
[0022]
The type of ceramic is not particularly limited, but aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, and alumina are particularly suitable.
[0023]
In a preferred embodiment of the present invention, effective sintering is performed between at least one of the first ceramic substrate and the second ceramic substrate between the first bonding surface and the second bonding surface. Heat treatment is performed after interposing a solution containing the auxiliary agent. For example, when the ceramic substrate is made of aluminum nitride or silicon nitride, one or more joining aids selected from the group consisting of yttrium compounds, ytterbium compounds and alkaline earth element compounds are preferred, and yttrium compounds are particularly preferred. .
[0024]
The sintering aid is easy to get wet with, for example, chloride, sulfate, phosphate, nitrate and carbonate, and has good handling properties. For example, it is preferable to use an aqueous solution of yttrium chloride, yttrium chloride hydrate, yttrium sulfate, or yttrium acetate, or an aqueous solution of yttrium chloride, yttrium chloride hydrate, or yttrium acetate.
[0025]
In particular, when the present invention is applied to a heating device used in a semiconductor manufacturing apparatus, alkali metals such as K, Na, and Ca, alkaline earth metals, and the like that are particularly disliked as impurities that can become a contamination source are used as bonding aids. One or more joining aids selected from the group consisting of yttrium compounds and ytterbium compounds are preferred, and yttrium compounds are particularly preferred because they are inappropriate as agents.
[0026]
As a heating method at the time of joining, there are a heat treatment at normal pressure, a hot press method, plasma activated sintering, a local heating method using a racer, and the like. As a result of joining, the sintering aid contains more sintering aid at the joining interface than the other parts of the substrate.
[0027]
The present invention also relates to a ceramic heater comprising a ceramic susceptor having an installation surface for installing a wafer, and a resistance heating element embedded in the susceptor, and formed inside the susceptor. And a passage opening on the side surface of the susceptor, and purge gas is jetted from the passage through the opening on the side surface of the susceptor.
[0028]
According to such a ceramic heater, by ejecting a purge gas from the side surface of the susceptor, a corrosive gas, a film forming gas, a cleaning gas, etc., wrap around the back side of the ceramic heater and the terminal joint composed of metal parts. It can be effectively prevented.
[0029]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
[0030]
FIG. 1A is a plan view showing the first ceramic substrate 1, FIG. 1B is a plan view showing the second ceramic substrate 3, and FIG. It is the front view which illustrated the state before joining and 3 after joining. This example shows a manufacturing process of the ceramic heater 6.
[0031]
The substrate 1 has a disk shape having two main surfaces 1 a and 1 c and a side surface 1 b, and a through hole 2 is formed in the central portion of the substrate 1. The main surface 1c is a bonding surface. The base material 3 has a disk shape having two main surfaces 3a and 3c and a side surface 3b, and the main surface 3a is a bonding surface. A groove 4 is formed on the joint surface 3a, and the groove 4 includes three radially elongated grooves 4a, 4b, and 4c. The resistance heating element is embedded in one or both of the base materials 1 and 3.
[0032]
The bonded body 6 is manufactured by bringing the bonding surface 1c of the base material 1 into contact with the bonding surface 3a of the base material 3 and processing as described above. In the joined body 6, the through hole 2 of the base material 1 and the groove 4 of the base material 3 communicate with each other. And each groove | channel 4a, 4b, 4c is provided with the opening 7 exposed to the side surface 3b. 1a is a back surface of the ceramic heater, and 3c is an installation surface of the semiconductor wafer.
[0033]
When a corrosive gas, a film forming gas, a cleaning gas, or the like is used in the semiconductor manufacturing process, a purge gas is supplied from the through hole 2, and this purge gas is ejected from each opening 7 through each groove 4a-4c.
[0034]
In the example of FIGS. 1 and 2, the manufacturing process of the ceramic heater provided with the opening for ejecting the purge gas on the side surface has been described. However, the bonding method of the present invention is not limited to the formation of such a purge gas supply groove. For example, it is also effective in forming a passage for flowing a cooling medium (inert gas such as nitrogen gas or argon gas or fluid such as water or oil). In any case, according to the bonding method of the present invention, the passage inside the ceramic heater can be easily formed by forming grooves on the surface of the ceramic substrate in advance. At this time, for example, a groove having a depth of 0.2 mm or more can be easily formed.
[0035]
【Example】
A ceramic heater 6 was manufactured according to the embodiment shown in FIGS. However, each of the ceramic substrates 1 and 3 was formed of an aluminum nitride sintered body having a relative density of 99.9%. This aluminum nitride sintered body has a sintering temperature of 1800-2000 ° C. and contains 5 mol% of yttrium as a sintering aid. The four-point bending strength at room temperature of the aluminum nitride sample itself was about 400 MPa. The four-point bending strength was measured in accordance with JIS R 1601 so that the joint surface was positioned vertically at the approximate center between the inner spans.
[0036]
Each joining surface 1c, 3a is a circle having a diameter of 240 mm (the area of each joining surface is 450 cm 2 and the contact area is the same). The thickness of each base material 1 and 3 is 18 mm. The depth of the groove 4 of the substrate 3 is 1 mm, and the width is 5 mm. Each joint surface 1c, 3a is machined by a surface grinding machine and a high-speed lapping machine, respectively . The thickness was 0 μm and the flatness was 30 μm.
[0037]
An yttrium nitrate solution hydrate having a yttrium concentration of 2.61 × 10 −4 mol / cc: Y (NO 3 ) 2 .6H 2 O aqueous solution was applied to each joint surface. The joining surfaces 1c and 3a were brought into contact, accommodated in a hot press apparatus, applied with a pressure of 2 kg / cm 2 , and heat-treated at 1900 ° C. for 3 hours. The atmosphere during the heat treatment was nitrogen gas.
[0038]
When the test sample was cut out from the obtained joined body 6 so as to extend perpendicularly to the joining interface and the four-point bending strength was measured (20 tests), it was 300 to 450 MPa.
[0039]
Further, when the bonded body was cut out and the bonded interface was observed with an optical microscope (1000 times), no peeling, deformation, or crack was observed.
[0040]
In addition, an ultrasonic flaw detection test of the joined body was performed. That is, the measurement was performed on the bonded surface under the conditions of the size of the bonded body 20 mm × 40 mm × 20 mm, the probe frequency 25 MHz, the probe diameter 0.25 seconds, and the focal length 4 seconds. As a result, no peeling was observed on the joint surface.
[0041]
The amount of leak was measured using a helium leak detector manufactured by ULVAC. As a result, the amount of helium leak was less than 10 −8 sccm.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a novel method for producing a bonded body having a large-area bonded surface such as a ceramic heater, the bonded state at the bonded interface is good, and peeling and cracks are observed. It is not airtight.
[0043]
Moreover, the ceramic heater of this invention can suppress generation | occurrence | production of the deposit and corrosion in the terminal junction part comprised from the back side of a ceramic heater, and a metal component.
[Brief description of the drawings]
1A is a plan view showing a first ceramic substrate 1, and FIG. 1B is a plan view showing a second ceramic substrate 3;
FIG. 2 is a front view showing a state before and after joining ceramic substrates 1 and 3;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st ceramic base material 1a Main surface of the base material 1 (back surface of a ceramic heater) 1c 1st joint surface 2 Through-hole 3 2nd ceramic base material 3a 2nd joint surface 3c Main surface of the base material 3 ( Wafer mounting surface of ceramic heater) 4, 4a, 4b, 4c Purge gas passage (groove) 6 Joint (ceramic heater)
7 Opening to the side of passage 4

Claims (10)

第一のセラミックス基材の第一の接合面と第二のセラミックス基材の第二の接合面とを接合した接合体を有するセラミックスヒーターの製造方法であって、
接合前の前記第一の接合面および前記第二の接合面の中心線平均表面粗さRaが1.0μm以下であり、接合前の前記第一の接合面および前記第二の接合面の平面度が50μm以下であり、前記第一の接合面と前記第二の接合面とを接触させたときの接触面積が200cm以上であり、
前記第一の接合面に対して略垂直な方向に向かって圧力を加えつつ前記第一のセラミックス基材および前記第二のセラミックス基材を加熱し、再焼結させることによって、前記第一のセラミックス基材と前記第二のセラミックス基材との接合体を得るようにし、この際、接合前の前記第二のセラミックス基材の接合面側に溝を形成することによって、前記接合体の側面に開口を有する通路を当該接合体内に形成することを特徴とする、セラミックスヒーターの製造方法。
A method for producing a ceramic heater having a joined body obtained by joining a first joining surface of a first ceramic substrate and a second joining surface of a second ceramic substrate,
Center line average surface roughness Ra of the first joint surface and the second joint surface before joining is 1.0 μm or less, and the first joint surface and the second joint surface before joining are planes. The degree is 50 μm or less, the contact area when the first joint surface and the second joint surface are contacted is 200 cm 2 or more,
The first ceramic substrate and the second ceramic substrate are heated and re-sintered while applying pressure in a direction substantially perpendicular to the first bonding surface, thereby re-sintering the first ceramic substrate and the second ceramic substrate. By obtaining a joined body of the ceramic base material and the second ceramic base material, and forming a groove on the joint surface side of the second ceramic base material before joining, a side surface of the joined body is obtained. A method of manufacturing a ceramic heater, wherein a passage having an opening is formed in the joined body.
前記第一の接合面と第二の接合面との間に、前記第一のセラミックス基材と前記第二のセラミックス基材との少なくとも一方の焼結に有効な焼結助剤を含む溶液を介在させた後に前記熱処理を行うことを特徴とする、請求項1記載のセラミックスヒーターの製造方法。A solution containing a sintering aid effective for sintering at least one of the first ceramic substrate and the second ceramic substrate between the first bonding surface and the second bonding surface. 2. The method for manufacturing a ceramic heater according to claim 1, wherein the heat treatment is performed after the interposition. 前記圧力が1kg/cm以上であることを特徴とする、請求項1または2記載のセラミックスヒーターの製造方法。The method for manufacturing a ceramic heater according to claim 1 or 2, wherein the pressure is 1 kg / cm 2 or more. 前記接触面積をxcmとしたとき、前記圧力が(x/100)kg/cm以上であることを特徴とする、請求項3記載のセラミックスヒーターの製造方法。When the contact area and xcm 2, wherein said pressure is (x / 100) kg / cm 2 or more, a manufacturing method of a ceramic heater according to claim 3, wherein. 前記焼結助剤が、前記第一のセラミックス基材と前記第二のセラミックス基材との接合界面に沿って、前記接合体の前記接合界面以外の部分よりも多く存在していることを特徴とする、請求項2−4のいずれか一項に記載のセラミックスヒーターの製造方法。The sintering aid is present in a greater amount along the bonding interface between the first ceramic substrate and the second ceramic substrate than in a portion other than the bonding interface of the bonded body. The manufacturing method of the ceramic heater as described in any one of Claims 2-4. 請求項1−5のいずれか一項に記載の接合方法によって得られたことを特徴とする、セラミックスヒーター。A ceramic heater obtained by the joining method according to claim 1. 前記通路が腐食性ガスまたは冷却媒体を流通させるためのものであることを特徴とする、請求項6記載のセラミックスヒーター。The ceramic heater according to claim 6, wherein the passage is for circulating a corrosive gas or a cooling medium. 前記通路がパージガスを流通させるためのものであることを特徴とする、請求項記載のセラミックスヒーター。The ceramic heater according to claim 6 , wherein the passage is for circulating a purge gas. ウエハーを設置するための設置面を備えるセラミックス製のサセプターと、このサセプターの内部に埋設されている抵抗発熱体とを備えているセラミックスヒーターであって、
前記サセプターは、第一のセラミックス基材の第一の接合面と第二のセラミックス基材の第二の接合面とを接合した接合体を有し、接合前の前記第一の接合面および前記第二の接合面の中心線平均表面粗さRaが1.0μm以下であり、接合前の前記第一の接合面および前記第二の接合面の平面度が50μm以下であり、前記第一の接合面と前記第二の接合面とを接触させたときの接触面積が200cm 以上であり、前記第一の接合面に対して略垂直な方向に向かって圧力を加えつつ前記第一のセラミックス基材および前記第二のセラミックス基材を加熱し、再焼結させることによって、前記第一のセラミックス基材と前記第二のセラミックス基材とを接合してなり、
前記セラミックスヒーターは、前記サセプターの内部に形成され、かつ前記サセプターの側面に開口する通路を備えており、この通路から前記サセプターの側面側の開口を通してパージガスを噴き出させるように構成されていることを特徴とする、セラミックスヒーター。
A ceramic heater comprising a ceramic susceptor having an installation surface for installing a wafer, and a resistance heating element embedded in the susceptor,
The susceptor has a joined body obtained by joining the first joining surface of the first ceramic substrate and the second joining surface of the second ceramic substrate, and the first joining surface before joining and the The center line average surface roughness Ra of the second bonding surface is 1.0 μm or less, the flatness of the first bonding surface and the second bonding surface before bonding is 50 μm or less, and the first bonding surface is The contact area when the joining surface and the second joining surface are brought into contact is 200 cm 2 or more, and the first ceramic is applied while applying pressure in a direction substantially perpendicular to the first joining surface. By heating and re-sintering the base material and the second ceramic base material, the first ceramic base material and the second ceramic base material are joined,
The ceramic heater has a passage formed inside the susceptor and opened to a side surface of the susceptor, and is configured to eject a purge gas from the passage through the opening on the side surface of the susceptor. A ceramic heater.
焼結助剤が、前記第一のセラミックス基材と前記第二のセラミックス基材との接合界面に沿って、前記接合体の接合界面以外の部分よりも多く存在していることを特徴とする、請求項9記載のセラミックスヒーター。The sintering aid is present along the bonding interface between the first ceramic substrate and the second ceramic substrate more than the portion other than the bonding interface of the bonded body. The ceramic heater according to claim 9.
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