JP6401082B2 - セラミック構造体の製法 - Google Patents

Description

本発明は、セラミック構造体の製法に関する。

エッチング装置やＣＶＤ装置等の半導体製造装置において、表面がウエハ載置面である円盤状のセラミックプレートの裏面に円筒状のセラミックシャフトを繋いだ構造の半導体製造装置用部材が使用されることがある。こうした半導体製造装置用部材を製造する際、砥石にて平面研削加工や円筒研削加工などを行うことがある（例えば特許文献１参照）。

特開２００７−１７３５９６号公報

ところで、研削加工時に水溶性の研削液を使用し、研削加工後に半導体製造装置用部材を水で洗浄し、その後加熱すると、部分的にシミが顕在化することがあった。その原因を追究したところ、研削加工時に研削液が付着したまま乾いてしまった箇所は、研削加工後に水で洗浄しても研削液の成分が流されることなく残留し、その残留成分が熱によってシミとして顕在化することがわかった。このようなシミが発生した半導体製造装置用部材は、外観上の検査で不合格となるため、シミを再加工にて削り落としたり、不良品として廃棄したりすることになる。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、セラミック構造体を製造する際、水溶性の研削液を用いて研削加工を行ったあと、研削液に起因するシミが発生するのを防止することを主目的とする。

本発明のセラミック構造体の製法は、
セラミック構造体に水溶性の研削液を用いて研削加工を施す研削工程と、
前記研削工程後のセラミック構造体を洗浄水で洗浄する洗浄工程と、
前記洗浄工程後のセラミック構造体を加熱する加熱工程と、
を含むセラミック構造体の製法であって、
前記研削工程の間、前記セラミック構造体のうち前記研削液のかかった箇所を水又は水溶液でウェットな状態に保つようにする。
ものである。

このセラミック構造体の製法によれば、研削工程後のセラミック構造体を洗浄水で洗浄する際、研削液のかかった箇所はウェットな状態に保たれているため、研削液を洗浄水で容易に洗い流すことができる。そのため、洗浄工程後のセラミック構造体は、研削液の成分が残留している箇所がなく、その後の加熱工程において研削液に起因するシミが発生するのを防止することができる。

本発明のセラミック構造体の製法において、前記研削工程の間、前記水又は水溶液のミストを前記セラミック構造体の全体にかけるようにしてもよい。こうすれば、研削液のかかった箇所を特定しなくても、セラミック構造体の全体をウェットな状態にするため、必然的に研削液のかかった箇所はウェットな状態になる。また、ミストを用いるため、廃水が増加するのを抑制することができる。

本発明のセラミック構造体の製法において、前記研削液は、トリエタノールアミン及び／又はメチルジエタノールアミンを含んでいてもよい。この種の研削液がかかった箇所は乾いたあと洗浄水で洗浄しようとしても残留しやすいため、本発明を適用する意義が高い。

本発明のセラミック構造体の製法において、前記研削工程の間、前記水溶液として前記研削液を用いて前記研削液のかかった箇所をウェットな状態に保つようにしてもよい。こうすれば、研削工程後の廃水は研削液であるため、その廃水を回収してそのまま研削液として再使用することが容易になる。

本発明のセラミック構造体の製法において、前記セラミック構造体は、表面がウエハ載置面であるセラミックプレートの裏面にセラミックシャフトを繋いだ構造の半導体製造装置用部材であってもよい。こうした半導体製造装置用部材は、形状が比較的複雑なため、研削工程で飛散した研削液のかかった箇所がそのまま乾いてしまうことが多いことから、本発明を適用する意義が高い。

セラミックヒータ１０を金属ジグ２０に固定する様子を示す説明図。 セラミックヒータ１０を円筒研削する様子を示す説明図。 セラミックヒータ１０を洗浄する様子を示す説明図。 加熱して金属ジグ２０からセラミックヒータ１０を取り外す様子を示す説明図。

次に、本発明のセラミック構造体の製法手順の一例を図面を用いて以下に説明する。図１は、セラミック構造体の一例を示すセラミックヒータ１０を金属ジグ２０に固定する様子を示す説明図、図２は、セラミックヒータ１０を円筒研削する様子を示す説明図、図３は、セラミックヒータ１０を洗浄する様子を示す説明図、図４は、加熱して金属ジグ２０からセラミックヒータ１０を取り外す様子を示す説明図である。

セラミックヒータ１０は、図１に示すように、プラズマを利用してＣＶＤやエッチングなどを行うウエハを加熱するために用いられるものであり、図示しない半導体プロセス用のチャンバの内部に取り付けて使用するものである。このセラミックヒータ１０は、ウエハを載置可能なウエハ載置面１２ａを有するセラミックプレート１２と、セラミックプレート１２のウエハ載置面１２ａとは反対側の面１２ｂに接合された中空セラミックシャフト１４とを備えている。

セラミックプレート１２は、ＡｌＮを主成分とする白色の円板部材である。このセラミックプレート１２には、図示しないヒータ電極が埋設されている。ヒータ電極は、Ｍｏを主成分とするコイルをセラミックプレート１２の全面にわたって一筆書きの要領で配線したものである。ウエハ載置面１２ａは、セラミックプレート１２の表面に凹状に形成されている。

中空セラミックシャフト１４は、ＡｌＮとする白色の円筒部材であり、一方の開口の周囲に第１フランジ１４ａ、他方の開口の周囲に第２フランジ１４ｂを有している。第１フランジ１４ａの端面は、セラミックプレート１２の面１２ｂに固相接合により接合されている。

こうしたセラミックヒータ１０は、金属ジグ取付工程、研削工程、洗浄工程、加熱工程を経て、最終的に完成品となる。以下、各工程について説明する。

・金属ジグ取付工程（図１参照）
金属ジグ２０は、大径円板２２に小径円板２４が同軸となるように積層固定されたものである。この金属ジグ２０の大径円板２２の表面にワックスを塗布し、そのワックスを塗布した表面をセラミックヒータ１０のウエハ載置面１２ａに押し当てて加熱したあと冷却する。これにより、セラミックヒータ１０のウエハ載置面１２ａに金属ジグ２０の大径円板２２が接着される。なお、ワックスの代わりに有機接着剤を用いてもよい。

・研削工程（図２参照）
金属ジグ２０の大径円板２２に固定されたセラミックヒータ１０を中空セラミックシャフト１４の軸が水平になるようにし、金属ジグ２０の小径円板２４を円筒研削盤の回転体５０に取り付ける。そして、円筒研削盤の回転体５０を回転させることにより、セラミックヒータ１０を回転させる。それと共に、円筒状のダイヤモンド砥石２６を軸回転させながら、中空セラミックシャフト１４の外面に沿って第１フランジ１４ａから第２フランジ１４ｂまで移動させる（点線矢印参照）。このとき、ダイヤモンド砥石２６と中空セラミックシャフト１４との接触面に給液機２８から研削液３０を吹き付けながらダイヤモンド砥石２６を移動させる。研削液３０は、防錆剤としてトリエタノールアミンやメチルジエタノールアミンを含むほか、界面活性剤を含むものを用いる。研削加工中、セラミックヒータ１０の上方に配置されたスプレー噴霧方式のミスト散布機３２により、純水のミスト３４をセラミックヒータ１０の全体にかけるようにする。ミスト散布機３２は、パイプに多数の穴を設けたものであり、パイプに水を加圧供給することで穴から純水がセラミックヒータ１０に向かって霧状に噴射される装置である。研削液３０は、中空セラミックシャフト１４の研削対象箇所に吹き付けられるが、そのうちの一部が飛散してセラミックプレート１２にかかったり中空セラミックシャフト１４の研削対象箇所以外の箇所にかかったりすることがある。そのため、ミスト散布機３２により純水のミスト３４をセラミックヒータ１０の全体にかけるようにすることで、研削液３０のかかった箇所をウェットな状態に保つようにする。なお、ここでは、研削液３０を回収するラインとミスト３４を回収するラインとを同一ラインとする。

中空セラミックシャフト１４を研削するのは、接合後の最終の形状を整えるためである。研削すると、セラミックシャフト１４の肉厚が薄くなる。その結果、ウエハからセラミックシャフト１４を介して逃げる熱が少なくなり、ウエハをむらなく加熱できるようになる。

・洗浄工程（図３参照）
研削加工後のセラミックヒータ１０を金属ジグ２０を介して円筒研削盤の回転体５０に取り付けたまま、ミスト散布機３２を散水機３６に交換し、回転体５０を回転させることによりセラミックヒータ１０を回転させながら、散水機３６から多量の洗浄水（例えば純水）３８をセラミックヒータ１０に向かって噴射してセラミックヒータ１０の全体を洗浄水３８で洗い流す。すなわち、中空セラミックシャフト１４の外面のほか、セラミックプレート１２の外面も洗浄水３８で洗い流す。なお、水量を切り替え可能なミスト散布機３２を用いる場合には、散水機３６に交換することなく、ミスト散布時の水量と比べて多大な水量に切り替えてセラミックヒータ１０を洗浄してもよい。

・加熱工程（図４参照）
洗浄工程後のセラミックヒータ１０を円筒研削盤の回転体５０から取り外し、金属ジグ２０が接着されたセラミックヒータ１０をワックスの溶融温度以上に加熱する。ワックスが溶融したあと、金属ジグ２０に対してセラミックヒータ１０を持ち上げることにより（白抜き矢印参照）、金属ジグ２０からセラミックヒータ１０を取り外す。

以上説明したセラミックヒータ１０の製法によれば、研削工程後のセラミックヒータ１０を洗浄水３８で洗浄する際、研削液３０のかかった箇所はウェットな状態に保たれているため、研削液３０を洗浄水で容易に洗い流すことができる。そのため、洗浄工程後のセラミックヒータ１０は、研削液３０の成分が残留している箇所がなく、その後の加熱工程において研削液３０に起因するシミが発生するのを防止することができる。

また、研削工程の間、ミスト３４をセラミックヒータ１０の全体にかけるようにしたため、研削液３０のかかった箇所を特定しなくてもその箇所は必然的にウェットな状態になる。また、ミスト３４を用いるため、廃水が増加するのを抑制することができる。

更に、研削液３０は、トリエタノールアミンやメチルジエタノールアミンを含むものであり、研削液３０がかかった箇所は乾いたあと洗浄水で洗浄しようとしても残留しやすいため、本発明を適用する意義が高い。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、研削工程において、ミスト散布機３２から純水のミスト３４を散布したが、純水の代わりに研削液をミスト３４として散布してもよい。こうすれば、研削工程後の廃水は研削液であるため、その廃水を回収してそのまま研削液として再使用することが容易になる。

上述した実施形態では、加熱工程として、金属ジグ２０を外すためにワックスの溶融温度以上に加熱する工程を例示したが、例えば、端子接合工程を加熱工程とみなしてもよい。端子接合工程では、セラミックヒータ１０を接合炉に入れ、セラミックプレート１２の面１２ｂから図示しないヒータ電極に至るように設けられた穴にロウ材を介して端子を配置し、高温に加熱して端子をヒータ電極にロウ接合する。その場合、接合炉を真空状態にするが、セラミックヒータ１０に研削液が残留していると、シミの発生原因になるだけでなく、真空度が低下して真空引きのリードタイムが長くなったり、端子接合の品質が低下したりするおそれがある。本発明によれば、このようなおそれも解消される。

上述した実施形態では、円筒研削盤で中空セラミックシャフト１４の外面を研削したが、セラミックヒータ１０の他の場所（例えばウエハ載置面１２ａなど）を研削してもよい。その場合も、研削工程から洗浄工程に移るまでの間、セラミックヒータ１０のうち研削液のかかった箇所が乾かないようにウェットな状態にすれば、研削液３０に起因するシミの発生を防止することができる。

上述した実施形態では、研削加工中、スプレー噴霧方式のミスト散布機３２によりミスト３４をセラミックヒータ１０の全体にかけるようにしたが、スプレー噴霧方式の代わりにスプリンクラー方式を採用してもよい。

上述した実施形態では、研削液３０を回収するラインとミスト３４を回収するラインを同一ラインとしたが、両者を別々のラインで回収してもよい。こうすれば、研削液３０をミスト３４で薄めることなく回収することができるため、回収した研削液３０を再利用しやすくなる。

上述した実施形態では、ＡｌＮ製のセラミックヒータ１０を例示したが、特にＡｌＮ製に限定されるものではなく、他のセラミック（例えばアルミナなど）で製造されたものでもよい。特に白色のセラミックの場合、シミが目立つため、本発明の製法を採用する意義が高い。

上述した実施形態では、セラミック構造体としてセラミックヒータ１０を例示したが、静電チャックやサセプターなどの他の半導体製造装置用部材としてもよい。また、半導体製造装置用部材以外のセラミック構造体でもよい。

上述した実施形態では、洗浄工程を研削工程に続いて円筒研削盤で行うようにしたが、研削工程にセラミックヒータ１０を円筒研削盤から外して洗浄槽に入れ、洗浄槽内で洗浄水をかけて洗浄してもよい。その際、スポンジ等で擦りながら洗浄水をかけてもよい。スポンジ擦りは設備に機能を設けて自動化してもよい。

上述した実施形態では、円筒研削盤を例示したが、特に円筒研削盤に限られるものではなく、最終加工面を研削する装置であればどのような装置でもよい。そのような装置としては、例えば、マシニングセンターや立型複合研削盤等が挙げられる。

１０ セラミックヒータ、１２ セラミックプレート、１２ａ ウエハ載置面、１２ｂ ウエハ載置面の反対側の面、１４ 中空セラミックシャフト、１４ａ フランジ、１４ｂ フランジ、２０ 金属ジグ、２２ 大径円板、２４ 小径円板、２６ ダイヤモンド砥石、２８ 給液機、３０ 研削液、３２ ミスト散布機、３４ ミスト、３６ 散水機、３８ 洗浄水、５０ 回転体。

Claims (4)

1. セラミック構造体に水溶性の研削液を吹き付けながら研削加工を施す研削工程と、
   前記研削工程後のセラミック構造体を洗浄水で洗浄する洗浄工程と、
   前記洗浄工程後のセラミック構造体を加熱する加熱工程と、
   を含むセラミック構造体の製法であって、
   前記セラミック構造体は、表面がウエハ載置面であるセラミックプレートの裏面にセラミックシャフトを繋いだ構造の半導体製造装置用部材であり、
   前記研削工程の間、前記セラミック構造体の全体を水又は水溶液でウェットな状態に保つようにする、
   セラミック構造体の製法。
2. 前記研削工程の間、前記水又は水溶液のミストを前記セラミック構造体の全体にかけるようにする、
   請求項１に記載のセラミック構造体の製法。
3. 前記研削液は、トリエタノールアミン及び／又はメチルジエタノールアミンを含む、
   請求項１又は２に記載のセラミック構造体の製法。
4. 前記研削工程の間、前記水溶液として前記研削液を用いて前記研削液のかかった箇所をウェットな状態に保つようにする、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミック構造体の製法。

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