JP7181123B2 - 半導体製造装置用部材およびその製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、半導体製造装置用部材およびその製造方法に関する。

複数のセラミック焼結体や複数のセラミック成形体同士を一体化して得られるセラミック接合体は、接合部分が接合していない部分よりも機械的強度が低くなる傾向がある。

特許文献１には、セラミック焼結体同士の間に接合材を介在させて、圧力を加えながら熱処理することで、セラミック焼結体同士の間の接合層の気孔割合を３～３０％に制御することで、接合体の変形を抑制し、接合体の強度をセラミック焼結体の２５～８０％の範囲で制御できることが記載されている。

また、特許文献２には、複数のセラミック成形体同士を接合する技術が開示され、セラミック成形体同士の接合領域に溝を設け、その接合領域にスラリーを付着させ、焼成することで高い接合率を有するセラミック接合体が得られ、このセラミック接合体は半導体製造装置の構成部品に適用されうることが記載されている。

特開２０１４－６５６３１号公報 特開２０１５－４８２７２号公報

セラミック焼結体あるいはセラミック成形体同士を接合するとき、接合領域からはみ出したスラリーが焼成されて、接合領域に位置する接合層よりも突出した凸部が形成されるが、管状の内部などセラミック接合体の内部に凸部が位置するときには、除去をすることができない場合がある。また、この凸部は、焼成後に加工により除去しようとするとコストが増加する。

そして、この凸部は、被接合体を合わせるときに圧力がかからず、また、予め、接合領域に溝を設けても、その影響が及ばないため、凸部には大きな閉気孔が形成されやすい。この大きな閉気孔が破壊源となって接合層に亀裂が及ぶと接合が解け、セラミック接合体の信頼性が低下する。

本開示は、接合領域に位置する接合層よりも突出した凸部を有する場合であっても信頼性に優れたセラミック接合体からなる半導体製造装置用部材およびその製造方法を提供することを目的とする。

本開示の半導体製造装置用部材は、外部に連通する第１流路を備えてなるセラミックスからなる第１本体部と、前記第１流路に連通する第２流路を備えてなるセラミックスからなる第２本体部と、前記第１本体部と前記第２本体部との間に位置する、セラミックスからなる第１接合層と、該第１接合層に繋がるセラミックスからなる第１凸部と、を有するセラミック接合体からなり、前記第１本体部、前記第２本体部、前記第１接合層および前記第１凸部が、酸化アルミニウム、酸化イットリウムまたはイットリウム・アルミニウム・ガーネットを主成分とした緻密質のセラミックスであり、前記第１凸部の閉気孔の平均径が、前記第１本体部および前記第２本体部のそれぞれの閉気孔の平均径の０．８倍以上１．５倍以下である。

また、本開示の半導体製造装置用部材の製造方法は、上記半導体製造装置用部材の製造方法であって、酸化アルミニウム、酸化イットリウムまたはイットリウム・アルミニウム・ガーネットを主成分とする粉末と樹脂とを含む第１成形体と、前記第１成形体に含まれる主成分と同じ成分を主成分とする粉末と樹脂とを含有する第２成形体とを準備する工程と、前記第１成形体に含まれる主成分と同じ成分を主成分とする粉末と非イオン性水溶性ポリマーおよびセルロース系多糖類の少なくともいずれかと溶媒とを含有するペーストを準備する工程と、前記第１成形体および前記第２成形体のいずれかの表面に前記ペーストを存在させる工程と、前記第１成形体と前記第２成形体との間である接合領域から前記ペーストが突出するように前記第１成形体および前記第２成形体を合わせて複合成形体とする工程と、前記複合成形体を焼成することによって、前記第１成形体を前記第１本体部に、前記第２成形体を前記第２本体部に、前記接合領域の前記ペーストを前記第１接合層に、および前記接合領域から突出した前記ペーストを前記第１凸部にする工程とを、有する。

本開示の半導体製造装置用部材の一例である吸着部材を示す、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡＡ’線における断面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ部を拡大した断面図である。 本開示の半導体製造装置用部材の他の例であるガスノズルが装着された成膜装置の一例を模式的に示す断面図である。 図２のガスノズルを示す、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＣＣ’線における断面図、（ｃ）は（ｂ）のＤ部を拡大した断面図である。 本開示の半導体製造装置用部材の他の例であるシャワーヘッドの一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＥＥ’線における断面図である。 図１に示す吸着部材の製造工程を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本開示の半導体製造装置用部材について詳細に説明する。ただし、本明細書の全図において、混同を生じない限り、同一部分には同一符号を付し、その説明を適時省略する。

図１は、本開示の半導体製造装置用部材の一例である吸着部材を示す、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡＡ’線における断面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ部を拡大した断面図である。

吸着部材１は、例えば、半導体ウェハ、ガラス基板等の被処理物２をバックグラインド（裏面研削）あるいはポリッシングするために被処理物２（図１（ａ）では図示しない）を吸着して保持する真空チャックである。この吸着部材１は、上面に開口した凹部３を有する緻密質のセラミックスからなる板状の本体部４と、凹部３に収容された多孔質のセラミックスからなる吸着部５とを備え、被処理物２は凹部３から空気を外部に排出することによって吸着部５に吸着保持される。吸着部５は、ガラス状の結合層（図示しない）によって本体部４に固定されている。

本体部４は、被処理物２を冷却する機能を有する。緻密質のセラミックスは、例えば、主成分が酸化アルミニウム、酸化イットリウム、イットリウム・アルミニウム・ガーネット、コージェライトまたは炭化珪素であるセラミックスである。

多孔質のセラミックスは、例えば、緻密質のセラミックスの主成分と同じ成分である複数のセラミック粒子と、このセラミック粒子同士を結合するガラスとからなり、セラミック粒子間に気孔を有する。

ここで、本開示における主成分とは、セラミックスを構成する全成分の合計１００質量％のうち、最も多い成分をいい、特に、６０質量％以上、さらに９０質量％以上であるとよい。各成分の同定はＣｕＫα線を用いたＸ線回折装置で行い、各成分の含有量は、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）発光分光分析装置または蛍光Ｘ線分析装置により求めればよい。

また、本開示における緻密質とは、後述するセラミック接合体を構成する各部材の断面における閉気孔の面積比率が１０％以下（０面積％を除く）である状態をいい、多孔質とは、緻密質以外の状態をいう。

本体部４は、外部に連通する第１流路６を備えてなるセラミックスからなる第１本体部４ａと、第１流路６に連通する第２流路７を備えてなるセラミックスからなる第２本体部４ｂと、第１本体部４ａと第２本体部４ｂとの間に位置する、セラミックスからなる第１接合層４ｃと、第１接合層４ｃに繋がるセラミックスからなる第１凸部４ｄと、を有するセラミック接合体からなる。第１本体部４ａは、平面方向（ＸＹ方向）に沿った細長形状の冷却用流路８を備えており、純水などの液体、気体等の冷却用流体が冷却用流路８を流れることにより、被処理物２を冷却することができる。冷却用流路８は、本体部４の外周面または下面に開口した流入口および流出口（いずれも図示しない）を有する。冷却用流体は、流体供給手段（図示しない）から流入口を介して冷却用流路８に供給され、冷却用流路８から流出口を介して流体供給手段に排出されることによって、冷却用流体を冷却用流路８に循環させることができる。

冷却用流路８は、第１本体部４ａの平面方向に沿って形成されているため、冷却用流体は第１本体部４ａの平面方向に沿って流れる。したがって、吸着部５を介して、被処理物２は比較的均一に冷却され、被処理物２を研磨しても体積膨張しにくい状態にされているので、被処理物２を精度よく研磨することができる。なお、冷却用流路８の形状は、第１本体部４ａの平面方向に沿って細長形状にされていれば良く、例えば、渦巻き状やミアンダ状に形成することができる。ここで、冷却用流路８の高さ（Ｚ方向）は、例えば、２ｍｍ以上８ｍｍ以下である。また、冷却用流路８の長手方向に垂直であるとともに平面方向（ＸＹ平面）に沿った幅は、例えば、２ｍｍ以上８ｍｍ以下である。

第１流路６は、第２流路７を介して第１流路６に接続した排気手段（図示せず）によって凹部３内の空気を排出し、被処理物２の吸着用流路として機能する。第１流路６は、第１本体部４ａの下面で開口しており、第２流路７は、凹部３の底面に開口している。

ここで、第２流路７は、第２本体部４ｂを厚み方向に貫通する貫通孔７ａと、貫通孔７ａおよび吸着部５の双方に連通する吸着溝７ｂとを備えている。また、冷却用流路８は、第１流路６および第２流路７いずれともつながっておらず、独立した流路である。

以上、吸着部材１をバックグラインド（裏面研削）あるいはポリッシングするために被処理物２を吸着して保持する真空チャックの例で説明したが、吸着部材１は、半導体ウェハの露光工程、エッチング工程または成膜工程などの他の半導体製造工程に用いても構わないし、ＦＰＤ製造工程に用いても構わない。

図２は、本開示の半導体製造装置用部材の他の例であるガスノズルが装着された成膜装置の一例を模式的に示す断面図である。

図３は、図２のガスノズルを示す、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＣＣ’線における断面図、（ｃ）は（ｂ）のＤ部を拡大した断面図である。

図２に示す成膜装置１１は、例えば、プラズマＣＶＤ法によって半導体ウェハ、ガラス基板等の被処理物１２に成膜する装置である。成膜装置１１は、成膜するための反応室１３と、反応室１３内に原料ガスを導入するガス導入管１４と、反応室１３内においてガス導入管１４に接続されたガスノズル１５と、反応室１３内において被処理物１２が載置される、内部電極１６を備えた静電チャックなどの基板保持部１７と、内部電極１６が接続される反応室１３の外部のバイアス電源１８と、反応室１３内にプラズマを生成するために反応室１３の外部に設けられたコイル１９および電源２０とを備えている。このコイル１９および電源２０は、反応室１３内に供給された原料ガスに放電を行なう放電手段を構成している。

被処理物１２の上方では、ガスノズル１５から供給された原料ガスが、コイル１９および電源２０からの放電によってプラズマ化され、被処理物１２上に薄膜が形成される。例えば、被処理物１２上に酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）の薄膜を形成するときは、シラン（ＳｉＨ_４）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガスおよび酸素（Ｏ_２）ガス等の原料ガスが供給され、不要堆積物を除去するときは三フッ化窒素（ＮＦ_３）ガスまたはオクタフルオロプロパン（Ｃ_３Ｆ_８）ガス等のクリーニングガスが供給される。

図３に示すガスノズル１５は、ガスが流れる流路２１を複数備えた円柱状であり、外部に連通する第１流路２１ａを備えてなるセラミックスからなる第１本体部１５ａと、第１流路２１ａに連通する第２流路２１ｂを備えてなるセラミックスからなる第２本体部１５ｂと、第１本体部１５ａと第２本体部１５ｂとの間に位置する、セラミックスからなる第１接合層１５ｃと、第１接合層１５ｃに繋がるセラミックスからなる第１凸部１５ｄと、を有するセラミック接合体からなる。流路２１は、ガスが供給される供給口２２とガスが排出される排出口２３とを有する。図４に示すガスノズル１５では、供給口２２および排出口２３は、それぞれ上面（端面Ｓ２）、下面（端面Ｓ１）に設けられている。第１本体部１５ａは、プラズマ空間Ｐに近い側に位置しており、第２本体部１５ｂよりも外径が短い。

ガスノズル１５は、端面Ｓ１および側面Ｓ３が反応室１３内のプラズマに晒されるため、耐プラズマ性の観点からセラミックスを用いるとよく、特に、酸化アルミニウムよりも耐プラズマ性の高い成分を主成分とするセラミックスを用いるとよい。耐プラズマ性の高いセラミックスとしては、酸化イットリウムを主成分とするセラミックスを用いることができる。

ここで、第１本体部１５ａおよび第２本体部１５ｂがいずれも酸化イットリウムを主成分とするセラミックスからなる場合には、耐プラズマ性が向上するため、ガスノズル１５が腐食性ガスのプラズマに曝される環境下またはプラズマ密度の高い環境下で用いられたとしても、長期間に亘って用いることができる。この場合、第１本体部１５ａおよび第２本体部１５ｂ（第１本体部１５ａおよび第２本体部１５ｂを合わせて、本体部１５という。）は、各部材を構成する成分１００質量％中、酸化イットリウムが９９．９質量％以上であって、ＳｉがＳｉＯ_２換算で３００質量ｐｐｍ以下、ＦｅがＦｅ_２Ｏ_３換算で５０質量ｐｐｍ以下、ＡｌがＡｌ_２Ｏ_３換算で１００質量ｐｐｍ以下、ＡＥ（ＡＥは周期表第２族元素）がＡＥＯ換算で３５０質量ｐｐｍ以下であるとよい。

図４は、本開示の半導体製造装置用部材の他の例であるシャワーヘッドの一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＥＥ’線における断面図である。

シャワーヘッド３１は、半導体ウェハ等の被処理物を保持する保持部材（例えば、静電チャック等）の上方に配置され、被処理物に向けてプラズマ生成用ガスＧを分配して供給する部材であり、例えば、半導体装置の製造工程で使用される薄膜形成装置（例えば、ＣＶＤ装置）やエッチング装置（例えば、プラズマエッチング装置）に備えられている。

シャワーヘッド３１は、上下方向（Ｚ方向）に並べて配置された本体部（シャワープレート）３２およびガス供給部３３を備える。本体部３２とガス供給部３３とは、本体部３２の上面とガス供給部３３の下面とが上下方向に対向するように配置されている。

本体部３２は、例えば、円板状の部材であり、例えば、直径が２００ｍｍ以上５００ｍｍ以下であり、厚さが５ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。

ガス供給部３３は、例えば、セラミックスからなる円筒状の部材であり、例えば、外径が３０ｍｍ以上９０ｍｍ以下であり、内径が１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下であり、軸方向の長さが５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である。

本体部３２は、外部に連通する第１流路３４ａを備えてなるセラミックスからなる第１本体部３２ａと、第１流路３４ａに連通する第２流路３４ｂを備えてなるセラミックスからなる第２本体部３２ｂと、第１本体部３２ａと第２本体部３２ｂとの間に位置する、セラミックスからなる第１接合層３２ｃと、第１接合層３２ｃに繋がるセラミックスからなる第１凸部３２ｄと、を有するセラミック接合体からなる。

ガス供給部３３は、第２本体部３２ｂとの間に位置する、セラミックスからなる第２接合層３５ｃによって固定され、ガス供給部３３内の貫通孔３３ａ側に第２接合層３５ｃに繋がるセラミックスからなる第２凸部３５ｄを備えている。

第２本体部３２ｂの上面には、貫通孔３３ａと接続する連結口３７が開口されている。

プラズマ生成用ガスＧは、貫通孔３３ａ、連結口３７、第２流路３４ｂ、第１流路３４ａを順次介して薄膜形成装置やエッチング装置の内部空間に供給される。

第１本体部３２ａは、プラズマ生成用ガスＧが第１流路３４ａを通過して排出される排出口３６を下面に複数備えている。被処理物の処理対象面全体に向かってプラズマ生成用ガスＧを均一に排出するために、排出口３６は、本体部３２の軸を中心とする複数の同心円上のそれぞれにおいて周方向に略等間隔で配置されている。第１流路３４ａは、第２流路３４ｂを通過したプラズマ生成用ガスＧを分散させるためにＸＹ方向に形成された放射状流路３４ｃおよび同心円状流路（図示しない）と、放射状流路３４ｃおよび同心円状流路を通過したプラズマ生成用ガスＧを排出口３６から排出する排出流路３４ｄと、を備えている。

一般に、セラミック接合体を構成する各部材は、閉気孔などの破壊源が大きくなるほど壊れやすい。従って、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の気孔、特に、開気孔よりも通常多く存在する閉気孔の大きさを小さくすることができれば、壊れにくく、信頼性に優れた半導体製造装置用部材を得ることができる。

このような観点から、本開示の吸着部材、ガスノズル、シャワーヘッド等の半導体製造装置用部材は、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の閉気孔の平均径を、第１本体部４ａ（１５ａ、３２ａ）および第２本体部４ｂ（１５ｂ、３２ｂ）のそれぞれの閉気孔の平均径の０．８倍以上１．５倍以下としたものである。

第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の閉気孔の平均径が、第１本体部４ａ（１５ａ、３２ａ）および第２本体部４ｂ（１５ｂ、３２ｂ）の閉気孔の平均径の１，５倍以下であると、破壊源となる閉気孔が小さいので、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の閉気孔を基点とするセラミック接合体の破壊を抑制することができる。

また、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の閉気孔の平均径を、第１本体部４ａ（１５ａ
、３２ａ）および第２本体部４ｂ（１５ｂ、３２ｂ）のそれぞれの閉気孔の平均径よりも小さくてもよい。

このような構成であると、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の機械的強度を第１本体部４ａ（１５ａ、３２ａ）および第２本体部４ｂ（１５ｂ、３２ｂ）の機械的強度よりも高くすることができる。

また、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の閉気孔の重心間距離の歪度Ｓｋの絶対値が第１本体部４ａ（１５ａ、３２ａ）および第２本体部４ｂ（１５ｂ、３２ｂ）のそれぞれの重心間距離の歪度Ｓｋの絶対値よりも小さくてもよい。

このような構成であると、凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の閉気孔の重心間距離の分布の方が第１本体部４ａ（１５ａ、３２ａ）および第２本体部４ｂ（１５ｂ、３２ｂ）のそれぞれの重心間距離の分布よりも正規分布に近づくので、凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）内における残留応力のばらつきが低減して、信頼性が向上する。

なお、本開示における閉気孔の重心間距離とは、隣り合う閉気孔の重心同士を結ぶ直線距離である。

また、歪度Ｓｋとは、分布が正規分布からどれだけ歪んでいるか、即ち、分布の左右対称性を示す指標（統計量）であり、歪度Ｓｋ＞０である場合、分布の裾は右側に向かい、歪度Ｓｋ＝０である場合、分布は左右対称の正規分布となり、歪度Ｓｋ＜０である場合、分布の裾は左側に向かう。

閉気孔の重心間距離の歪度Ｓｋは、Excel（登録商標、Microsoft Corporation）に備えられている関数ＳＫＥＷを用いて求めればよい。

また、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の閉気孔の重心間距離の平均値から第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の閉気孔の平均径を差し引いた値が、第１本体部４ａ（１５ａ、３２ａ）の閉気孔の重心間距離の平均値から第１本体部４ａ（１５ａ、３２ａ）の閉気孔の平均径を差し引いた値の０．４倍以上であり、第２本体部４ｂ（１５ｂ、３２ｂ）の閉気孔の重心間距離の平均値から第２本体部４ｂ（１５ｂ、３２ｂ）の閉気孔の平均径を差し引いた値の０．４倍以上であってもよい。

第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の閉気孔の重心間距離の平均値から第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の閉気孔の平均径を差し引いた値とは、凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）における、隣り合う閉気孔の間隔の平均値と言い換えることができる。この間隔が広いほど、隣り合う閉気孔が連通しにくいことを意味する。

このような構成であると、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）における、隣り合う閉気孔の間隔が広いので、加熱および冷却が繰り返されても、閉気孔同士が連通しにくくなるため、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の機械的強度を維持することができる。

また、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の閉気孔の重心間距離の平均値から第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の閉気孔の平均値を差し引いた値を、５μｍ以上１５μｍ以下としてもよい。この値が５μｍ以上であると、加熱および冷却が繰り返されても、閉気孔同士が連通しにくくなり、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の機械的強度を維持することができるとともに、流体が内部空間から外部空間に向ってリークしにくくなる。また、上記距離が１５μｍ以下であると、隣り合う閉気孔の間隔が狭いので、クラックが発生したとしても、閉気孔でその進展が遮られる確率が高くなるため、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ
）が部分的に欠損するおそれが低減する。

また、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の閉気孔の円相当径の歪度Ｓｋは、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の閉気孔の重心間距離の歪度Ｓｋよりも大きくてもよい。

このような構成であると、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）における、隣り合う閉気孔の間隔の分布が正の方向に偏るので、加熱および冷却が繰り返されても、閉気孔同士が連通しにくくなるため、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の機械的強度を維持することができる。

閉気孔の円相当径の歪度Ｓｋも、Excel（登録商標、Microsoft Corporation）に備えられている関数ＳＫＥＷを用いて求めればよい。

また、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の閉気孔の円形度の平均値を０．７８以上としてもよい。

第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の閉気孔の円形度の平均値がこの範囲であると、閉気孔の形状が球状に近くなり、閉気孔近傍における応力集中が生じにくくなるので、機械的強度を維持することができる。

また、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の閉気孔の面積比率は、２面積％以下としてもよく、また、第１凸部４ｄの閉気孔の最大径は、５μｍ以下としてもよい。第１凸部４ｄの閉気孔の面積比率および最大径が上述した範囲であると、破壊源である閉気孔が小さくなるので、壊れにくいものとなる。

また、半導体製造装置用部材を壊れにくくするために、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の閉気孔の面積比率は、１．５面積％以下としてもよい。また、半導体製造装置用部材０を壊れにくくするために、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の閉気孔の最大径は、４μｍ以下、特に、３μｍ以下としてもよい。

また、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の閉気孔の平均径は１．５μｍ以下としてもよい。閉気孔の平均径がこの範囲であると、破壊源である閉気孔が小さいので、機械的強度および剛性を高くすることができる。

また、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の閉気孔の最大径と、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の閉気孔の平均径との比率（閉気孔の最大径／閉気孔の平均径）は、３以下であってもよい。（閉気孔の最大径／閉気孔の平均径がこの範囲であると、異常に大きな閉気孔がないので、加熱および冷却が繰り返されても閉気孔同士が連通しにくくなり、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の機械的強度を維持することができるとともに、流体が第１接合層４ｃ（１５ｃ、３２ｃ）を介して内部空間から外部空間に向ってリークしにくくなる。

また、第１本体部４ａ（１５ａ、３２ａ）の内側面端部と第２本体部４ｂ（１５ｂ、３２ｂ）の内側面端部とを結ぶ面からその法線方向に向かう最大高さは、例えば、４００μｍ以上６５０μｍ以下である。第１接合層４ｃの厚みは、例えば、０．７ｍｍ以上１．３ｍｍ以下である。

また、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の表面を曲面状としてもよい。第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）の表面が曲面状であると、露出する表面が角部を有する場合よりも応力集中が生じにくいので、機械的強度を維持することができる。

また、シャワーヘッド３１における第２凸部３５ｄの閉気孔の平均径は、第２本体部３２ｂおよびガス供給部３３のそれぞれの閉気孔の平均径の０．８倍以上１．５倍以下であってもよい。

これら各部材の閉気孔の平均径、最大径、面積比率、重心間距離および円形度は、以下の手法により測定する。

まず、第１本体部４ａ（１５ａ、３２ａ）、第２本体部４ｂ（１５ｂ、３２ｂ）、ガス供給部３３、第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）および第２凸部３５ｄの断面を鏡面加工し、各部材の断面を、走査型電子顕微鏡を用いて倍率を５００倍として、例えば、横方向の長さを２５６μｍ、縦方向の長さを１９２μｍとする観察範囲を設定する。

この観察範囲を観察の対象として、画像解析ソフト「Ａ像くん(Ｖｅｒ２．５２)」（登録商標、旭化成エンジニアリング（株）製、以下、単に画像解析ソフトと記載する。）の粒子解析という手法を適用して、閉気孔の平均径、最大径、面積比率および円形度を求めることができる。なお、閉気孔の平均径は円相当径の平均値であり、閉気孔の最大径は円相当径の最大値である。

また、閉気孔の重心間距離の平均値は、画像解析の重心間距離法という手法を適用して求めることができる。

解析に際し、粒子解析および重心間距離法の設定条件である粒子の明度を暗、２値化の方法を手動、しきい値を７０～１００、小図形除去面積を０．３μｍ^２および雑音除去フィルタを有とする。

なお、上述の測定に際し、しきい値は７０～１００としたが、観察範囲である画像の明るさに応じて、しきい値を調整すればよく、粒子の明度を暗、２値化の方法を手動とし、小図形除去面積を０．３μｍ^２および雑音除去フィルタを有とした上で、画像に現れるマーカーが閉気孔の形状と一致するように、しきい値を調整すればよい。

なお、第２本体部４ｂ（１５ｂ、３２ｂ）、第１接合層４ｃ（１５ｃ、３２ｃ）および第１凸部４ｄ（１５ｄ、３２ｄ）のそれぞれのセラミックスの主成分は、いずれも第１本体部４ａ（１５ａ、３２ａ）を形成するセラミックスの主成分と同じ成分であるとよい。

次に、本開示の半導体製造装置用部材の製造方法について説明する。

まず、本開示の半導体製造装置用部材を構成するセラミックスの主成分が酸化アルミニウムであって、半導体製造装置用部材が吸着部材である場合について説明する。

酸化アルミニウムを主成分とする粉末と樹脂とを含有する第１成形体と、酸化アルミニウムを主成分とする粉末と樹脂とを含有する第２成形体とを準備する工程と、酸化アルミニウムを主成分とする粉末と、ポリエチレングリコール、ポリビニル系ポリマーおよびセルロース系多糖類の少なくともいずれかと溶媒とを含有するペーストを準備する工程と、第１成形体および第２成形体のいずれかの表面にペーストを存在させる工程と、第１成形体と第２成形体との間である接合領域からペーストが突出するように第１成形体および第２成形体を合わせて複合成形体とする工程と、複合成形体を焼成する工程とを有する。

ここで、粉末における主成分とは、粉末の合計１００質量％中、９０質量％以上の成分を言う。溶媒は、純水を用いるとよい。また、エタノールなどの有機溶剤を用いてもよい
。

まず、第１成形体および第２成形体の製造方法について説明する。

水酸化マグネシウムを酸化物（ＭｇＯ）に換算して０．３質量％、酸化珪素を０．０４質量％、炭酸カルシウムを酸化物（ＣａＯ）に換算して０．０２質量％、残部が酸化アルミニウムからなる粉末となるように秤量した混合粉末を純水などの溶媒とともに回転ミルに投入して、純度が９９．５％以上９９．９９％以下の酸化アルミニウムからなるセラミックスボールで混合する。

次に、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールやアクリル樹脂などの成形用バインダを添加した後、混合・撹拌してスラリーを得る。ここで、成形用バインダの添加量は混合粉末１００質量部に対して合計２質量部以上１０質量部以下とする。

あるいは、上記スラリーに代えて、以下に示す方法でスラリーを作製してもよい。

まず、平均粒径が０．４～０．６μｍの酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）Ａ粉末および平均粒径が１．２～１．８μｍ程度の酸化アルミニウムＢ粉末を準備する。また、酸化珪素（ＳｉＯ_２）粉末、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）粉末を準備する。なお、酸化珪素粉末は、平均粒径が０．５μｍ以下の微粉のものを準備する。また、Ｍｇを含む酸化アルミニウム質セラミックスを得るには、水酸化マグネシウム粉末を用いる。なお、以下の記載において、酸化アルミニウムＡ粉末および酸化アルミニウムＢ粉末以外の粉末を総称して、第１の副成分粉末と称す。

そして、第１の副成分粉末をそれぞれ所定量秤量する。次に、酸化アルミニウムＡ粉末と、酸化アルミニウムＢ粉末とを質量比率が４０：６０～６０：４０となるように、また、得られる酸化アルミニウム質セラミックスを構成する成分１００質量％のうち、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算した含有量が９９．４質量％以上となるように秤量し、酸化アルミニウム調合粉末とする。また、第１の副成分粉末について好適には、酸化アルミニウム調合粉末におけるＮａ量をまず把握し、酸化アルミニウムが主成分であるセラミックスの場合におけるＮａ量からＮａ_２Ｏに換算し、この換算値と、第１の副成分粉末を構成する成分（この例においては、ＳｉやＣａ等）を酸化物に換算した値との比が１．１以下となるように秤量する。

そして、酸化アルミニウム調合粉末と、第１の副成分粉末と、酸化アルミニウム調合粉末および第１の副成分粉末との合計１００質量部に対し、１～１．５質量部のＰＶＡ（ポリビニールアルコール）などのバインダと、１００質量部の溶媒と、０．１～０．５５質量部の分散剤とを攪拌装置に入れて混合・撹拌してスラリーを得る。

次に、噴霧乾燥装置を用いて上述したいずれかのスラリーを噴霧乾燥させることにより造粒した顆粒を得る。この顆粒を例えば圧力を８０ＭＰａ以上１００ＭＰａとしてＣＩＰ法により成形して得られる成形体を切削加工によって、上面に冷却用流路８となる段差部６ａを、また、厚み方向に第１流路６となる第１貫通孔をそれぞれ備え、下面を平坦にした第１成形体を得る。同様の方法で、上面に凹部３を、また、厚み方向に第２流路７となる第２貫通孔をそれぞれ備え、下面を平坦にした第２成形体を得る。

次に、ペーストの製造方法について説明する。

成形体の製造方法で説明した混合粉末に対して、純水などの溶媒を、体積比で、混合粉末：溶媒＝５５～６０：４０～４５となるように加え、この溶媒と混合粉末との合計を１
００質量部とする。この１００質量部に対し、８質量部以上２０質量部以下の非イオン性水溶性ポリマーおよびセルロース系多糖類の少なくともいずれかを加え、これらを撹拌装置内の収納容器に入れ、混合・撹拌して、ペーストを得る。

ここで、非イオン性水溶性ポリマーは、ポリエチレン型およびポリビニル型の少なくともいずれかが良い。ポリエチレン型としては、例えばポリエチレングリコール、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンリン酸エステル、ポリオキシエチレングリコールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアリルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコールエーテルおよびポリオキシエチレンラウリルエーテルの少なくともいずれかであり、ポリビニル型としては、例えばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドン、塩化ビニル／塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニリデン／アクリル酸メチル共重合体、塩化ビニル－酢酸ビニル共重合体および塩化ビニリデン／メチルアクリレート共重合体の少なくともいずれかであり、セルロース系多糖類は、例えば、メチルセルロース、エチルセルロース、エチルメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルエチルセルロースおよびカルボキシエチルセルロースの少なくともいずれかである。

ここで、第１凸部の閉気孔の平均径が、第１本体部および第２本体部の閉気孔の平均径の０．８倍以上１．５倍以下である半導体製造装置用部材を得るには、撹拌装置の自転回転数を１２００ｒｐｍ以上１６００ｒｐｍ以下とし、回転時間を５分以上１５分以下とするとよい。

また、第１凸部の閉気孔の平均径が、第１本体部および第２本体部のそれぞれの閉気孔の平均径よりも小さい半導体製造装置用部材を得るには、回転数を高くして１４００ｒｐｍ以上１６００ｒｐｍ以下とし、回転時間を５分以上１５分以下とすればよい。

また、第１凸部の閉気孔の重心間距離の平均値から第１凸部の閉気孔の平均径を差し引いた値が、第１本体部の閉気孔の重心間距離の平均値から第１本体部の閉気孔の平均径を差し引いた値の０．４倍以上の半導体製造装置用部材を得るには、上記撹拌後、さらに、収納容器に自転および公転を同時に与え、自転の回転数および公転の回転数とも８００ｒｐｍ以上１２００ｒｐｍ以下とし、２分以上５分以下回転させることにより、撹拌すればよい。第１凸部の閉気孔の重心間距離の平均値から第１凸部の閉気孔の平均径を差し引いた値が、第２本体部の閉気孔の重心間距離の平均値から第２本体部の閉気孔の平均径を差し引いた値の０．４倍以上の半導体製造装置用部材を得る場合も上述した方法と同じ方法を用いればよい。

また、第１凸部の閉気孔の円形度の平均値が０．７８μｍ以上である半導体製造装置用部材を得るには、上記自転の回転数および上記公転の回転数とも１０００ｒｐｍ以上１２００ｒｐｍ以下とすればよい。

図５は、図１に示す吸着部材の製造工程を示す模式図である。

図５（ａ）に示すように、第１成形体４１ａの上面にペースト４１ｃを塗布した後、第１成形体４１ａの上面と第２成形体４１ｂの下面とを向き合った状態にして、第１成形体４１ａおよび第２成形体４１ｂを、例えば圧力を２０ｋＰａ以上４０ｋＰａ以下として加圧することにより、第１凸部の前駆体（図示しない）を備えた複合成形体４１を得る。塗布後のペースト４１ｃの厚みは、例えば、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。

次に、常温で、湿度を調整しながら１２時間以上４８時間以下保持することによりペースト４１ｃを乾燥させる。しかる後、大気雰囲気中で、１５００℃以上１７００℃以下の温度で、５時間以上８時間以下保持して複合成形体４１を焼成することにより、図５（ｂ）に示すセラミック接合体４２を得ることができる。

複合成形体４１における第１成形体４１ａは焼成後に第１本体部４ａとなり、第２成形体は焼成後に第２本体部４ｂとなる。なお、第１本体部４ａおよび第２本体部４ｂは、必要に応じて、研削加工を施してもよい。第１成形体４１ａと第２成形体４１ｂとの間に介在するペースト４１ｃは焼成後に第１接合層４ｃとなり、第１成形体４１ａと第２成形体４１ｂとの間から外側に滲出したペーストは焼成後に第１凸部４ｄとなる。

そして、例えば、ＳｉＯ_２が３０～６５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が１０～４０質量％、Ｂ_２Ｏ_３が１０～２０質量％、ＣａＯが４～５質量％、ＭｇＯが１～５質量％、ＴｉＯ_２が０～５質量％、ＢａＯが０～６質量％およびＳｒＯが０～５質量％からなるペースト状のガラスを凹部３に塗布する。ガラス塗布後、多孔質のセラミックスからなる吸着部５を凹部３に載置し、専用の加圧装置を用いて厚み方向から加圧する。加圧後、９５０～９８０℃で熱処理することにより、本体部４と吸着部５とは、ガラスからなる結合層で接合されて、図５（ｃ）に示す、吸着部材となる。

次に、本開示の半導体製造装置用部材を構成するセラミックスの主成分が酸化イットリウムであって、半導体製造装置用部材がガスノズルである場合について説明する。

まず、純度９９．９％の酸化イットリウムを主成分とする粉末に純水と分散剤を加えた後、ビーズミルで粉砕、混合してスラリーを得る。酸化イットリウムを主成分とする粉末の純度は、例えば、９９．９質量％以上であり、この粉末の平均粒径は、１．２μｍ以下である。その後、スラリーに有機バインダを添加、撹拌した後、スラリーを噴霧乾燥して、酸化イットリウムを主成分とする顆粒を得る。この顆粒を成形型に充填した後、１軸加圧成形法または冷間静水圧加圧成形法（ＣＩＰ成形法）などの任意の成形法を用いて円柱状に加圧成形して、焼成後に第１本体部となる第１成形体と、第２本体部となる第２成形体とを得る。第１成形体は、第２成形体よりも予め外径を短くしておく。

これらの成形体に焼成、内面研磨後に、第２流路２１ｂとなる第２流路用下穴および第１流路２１ａとなる第１流路用下穴とを形成した第１前駆体と、第２流路２１ｂとなる第２前駆体とを得る。第１前駆体の上面に、上述した製造方法によって得られるペーストを塗した後、第１前駆体の上面と第２前駆体の下面とを向き合った状態にして、第１前駆体および第２前駆体を、例えば圧力を２０ｋＰａ以上４０ｋＰａ以下として加圧することにより、第１凸部の前駆体（図示しない）を備えた複合前駆体を得る。そして、この複合前駆体を順次、脱脂、焼成することで、ガスノズルを得ることができる。

ここで、焼成雰囲気は大気雰囲気、焼成温度は１５００℃以上１８００℃以下とし、保持時間は２時間以上４時間以下とすればよい。

次に、本開示の半導体製造装置用部材を構成するセラミックスの主成分がイットリウム・アルミニウム・ガーネットであって、半導体製造装置用部材がシャワーヘッドである場合について説明する。

まず、酸化アルミニウム粉末と酸化イットリウム粉末とを以下の式の割合で混合して１０００～１６００℃で仮焼した後、これらを粉砕して平均粒子径が０．６～１．２μｍ、ＢＥＴ比表面積が２～５ｍ^２／ｇのイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）粉末を得る。

Ａ＋Ｂ＝１
０．３６５≦Ａ≦０．３８５
０．６１５≦Ｂ≦０．６３５
Ａ：酸化イットリウムのモル量
Ｂ：酸化アルミニウムのモル量

次に、このイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）粉末にパラフィンワックス，ＰＶＡ（ポリビニルアルコール），ワックスエマルジョン（ワックス＋乳化剤），ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）等の有機バインダを添加して混合した後、スラリーを噴霧乾燥して、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）を主成分とする顆粒を得る。

この顆粒を例えば圧力を８０ＭＰａ以上１００ＭＰａとしてＣＩＰ法により成形して得られる成形体を切削加工によって、上面に冷却用流路８となる放射状流路３４ｃおよび同心円状流路（図示しない）を、また、厚み方向に排出流路３４ｄとなる第１貫通孔をそれぞれ備え、下面を平坦にした第１成形体を得る。同様の方法で、厚み方向に第２流路３４ｂとなる第２貫通孔を備え、下面を平坦にした第２成形体を得る。

さらに、ガス供給部３３となる円筒状の第３成形体をＣＩＰ法による成形および切削加工によって得る。

第１成形体の上面および第３成形体の下面に上述した製造方法によって得られるペーストを塗布した後、第１成形体の上面および第２成形体の下面、第２成形体の上面と第３成形体の下面をそれぞれ向き合った状態にして、第１成形体および第２成形体を、また、第２成形体および第３成形体を、例えば、圧力を２０ｋＰａ以上４０ｋＰａ以下として加圧することにより、第１凸部および第２凸部の前駆体（いずれも図示しない）を備えた複合成形体を得る。そして、この複合成形体を順次、脱脂、焼成することで、シャワーヘッドを得ることができる。

ここで、焼成雰囲気は大気雰囲気、焼成温度は１５００℃以上１８００℃以下とし、保持時間は３時間以上６時間以下とすればよい。

上述したように、本開示の半導体製造装置用部材は、信頼性に優れることから、真空チャック、ガスノズル、シャワーヘッド以外、静電チャック、ピンチャック、ガス注入アセンブリ等に用いることができる。

１ ：吸着部材
２ ：被処理物
３ ：凹部
４ ：本体部
４ａ ：第１本体部
４ｂ ：第２本体部
４ｃ ：第１接合層
４ｄ ：第１凸部
５ ：吸着部
６ ：第１流路
７ ：第２流路
８ ：冷却用流路
１１ ：成膜装置
１２ ：被処理物
１３ ：反応室
１４ ：ガス導入管
１５ ：ガスノズル（本体部）
１５ａ：第１本体部
１５ｂ：第２本体部
１５ｃ：第１接合層
１５ｄ：第１凸部
１６ ：内部電極
１７ ：基板保持部
１８ ：バイアス電源
１９ ：コイル
２０ ：電源
２１ ：流路
２１ａ：第１流路
２１ｂ：第２流路
３１ ：シャワーヘッド
３２ ：本体部（シャワープレート）
３２ａ：第１本体部
３２ｂ：第２本体部
３２ｃ：第１接合層
３２ｄ：第１凸部
３３ ：ガス供給部
３３ａ：貫通孔
３４ａ：第１流路
３４ｂ：第２流路
３４ｃ：放射状流路
３４ｄ：排出流路
３５ｃ：第２接合層
３５ｄ：第２凸部
４１ ：複合成形体
４１ａ：第１成形体
４１ｂ：第２成形体
４１ｃ：ペースト
４２ ：セラミック接合体

Claims (7)

1. 外部に連通する第１流路を備えてなるセラミックスからなる第１本体部と、前記第１流路に連通する第２流路を備えてなるセラミックスからなる第２本体部と、前記第１本体部と前記第２本体部との間に位置する、セラミックスからなる第１接合層と、該第１接合層に繋がるセラミックスからなる第１凸部と、を有するセラミック接合体からなり、前記第１本体部、前記第２本体部、前記第１接合層および前記第１凸部が、酸化アルミニウム、酸化イットリウムまたはイットリウム・アルミニウム・ガーネットを主成分とした緻密質のセラミックスであり、前記第１凸部の閉気孔の平均径が、前記第１本体部および前記第２本体部のそれぞれの閉気孔の平均径の０．８倍以上１．５倍以下である、半導体製造装置用部材。
2. 前記第１凸部の閉気孔の平均径が、前記第１本体部および前記第２本体部のそれぞれの閉気孔の平均径よりも小さい、請求項１に記載の半導体製造装置用部材。
3. 前記第１凸部の閉気孔の重心間距離の歪度Ｓｋの絶対値が前記第１本体部および前記第２本体部のそれぞれの重心間距離の歪度Ｓｋの絶対値よりも小さい、請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置用部材。
4. 前記第１凸部の閉気孔の重心間距離の平均値から前記第１凸部の閉気孔の平均径を差し引いた値が、前記第１本体部の閉気孔の重心間距離の平均値から前記第１本体部の閉気孔の平均径を差し引いた値および前記第２本体部の閉気孔の重心間距離の平均値から前記第２本体部の閉気孔の平均径を差し引いた値の０．４倍以上である、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体製造装置用部材。
5. 前記第１凸部の閉気孔の円相当径の歪度Ｓｋは、前記第１凸部の閉気孔の重心間距離
   の歪度Ｓｋよりも大きい、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体製造装置用部材。
6. 前記第１凸部の閉気孔の円形度の平均値が０．７８以上である、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体製造装置用部材。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の半導体製造装置用部材の製造方法であって、
   酸化アルミニウム、酸化イットリウムまたはイットリウム・アルミニウム・ガーネットを主成分とする粉末と樹脂とを含む第１成形体と、前記第１成形体に含まれる主成分と同
   じ成分を主成分とする粉末と樹脂とを含有する第２成形体とを準備する工程と、前記第１成形体に含まれる主成分と同じ成分を主成分とする粉末と非イオン性水溶性ポリマーおよびセルロース系多糖類の少なくともいずれかと溶媒とを含有するペーストを準備する工程と、前記第１成形体および前記第２成形体のいずれかの表面に前記ペーストを存在させる工程と、前記第１成形体と前記第２成形体との間である接合領域から前記ペーストが突出するように前記第１成形体および前記第２成形体を合わせて複合成形体とする工程と、前記複合成形体を焼成することによって、前記第１成形体を前記第１本体部に、前記第２成形体を前記第２本体部に、前記接合領域の前記ペーストを前記第１接合層に、および前記接合領域から突出した前記ペーストを前記第１凸部にする工程とを、有する、半導体製造装置用部材の製造方法。

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