JP7488712B2 - Ceramic plate and manufacturing method thereof, and method for adjusting volume resistivity of ceramic sintered body - Google Patents
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Description
本開示は、セラミック板及びその製造方法、セラミック焼結体の体積抵抗率の調整方法に関する。 This disclosure relates to a ceramic plate and its manufacturing method, and a method for adjusting the volume resistivity of a ceramic sintered body.
セラミック焼結体で構成されるセラミック板は、種々の技術分野における製品の部材として利用されている。例えば、ドライエッチング装置、プラズマアッシャ装置、ＣＶＤ装置、スパッタ装置等の半導体製造装置、並びに液晶ディスプレイ等のＦＰＤ製造装置等に用いられる静電チャックの部材、並びに、車両及び産業機械等の電力制御用のパワーモジュールにおける回路基板等に利用されている。 Ceramic plates made of sintered ceramics are used as components for products in various technical fields. For example, they are used as components for electrostatic chucks used in semiconductor manufacturing equipment such as dry etching equipment, plasma asher equipment, CVD equipment, and sputtering equipment, as well as FPD manufacturing equipment for liquid crystal displays and other displays, and as circuit boards in power modules for power control in vehicles and industrial machinery.
セラミック焼結体としては、窒化物、炭化物、硼化物、又は珪化物等で構成されるものが知られている。特許文献１では、円板状の静電チャックにおける載置板を構成するセラミックとして、酸化アルミニウム焼結体、窒化アルミニウム焼結体、酸化アルミニウム－炭化ケイ素複合焼結体等が挙げられている。特許文献２では、静電チャックの誘電体層を構成する材料として、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム及びサファイヤ等が挙げられている。 Ceramic sintered bodies are known that are made of nitrides, carbides, borides, silicides, etc. Patent Document 1 lists aluminum oxide sintered bodies, aluminum nitride sintered bodies, aluminum oxide-silicon carbide composite sintered bodies, etc. as ceramics that make up the mounting plate of a disk-shaped electrostatic chuck. Patent Document 2 lists aluminum oxide, aluminum nitride, sapphire, etc. as materials that make up the dielectric layer of the electrostatic chuck.
セラミック焼結体の多くは電気絶縁性であるが、その用途によっては、電気絶縁性を所定の範囲に調整することが求められる。例えば、静電チャックは、シリコンウェーハ等の板状試料を静電力によって吸着及び脱着する部材である。このような用途においては、円滑に除電できるようにするために、極めて高い絶縁性が求められるパワーモジュール等の回路基板用途よりも、体積抵抗率を低くすることが必要となる。そこで、本開示では、電気絶縁性を簡便に調整することが可能なセラミック焼結体の体積抵抗率の調整方法を提供する。また、本開示では、電気絶縁性が低減されたセラミック板を提供する。また、本開示では、電気絶縁性を低減することが可能なセラミック板の製造方法を提供する。 Many ceramic sintered bodies are electrically insulating, but depending on the application, it is required to adjust the electrical insulation to a predetermined range. For example, an electrostatic chuck is a member that uses electrostatic force to attach and detach a plate-shaped sample such as a silicon wafer. In such applications, in order to enable smooth de-electrification, it is necessary to lower the volume resistivity than in circuit board applications such as power modules, which require extremely high insulation. Therefore, this disclosure provides a method for adjusting the volume resistivity of a ceramic sintered body that allows for easy adjustment of electrical insulation. This disclosure also provides a ceramic plate with reduced electrical insulation. This disclosure also provides a method for manufacturing a ceramic plate with reduced electrical insulation.
本開示は、一つの側面において、板状のセラミック焼結体の主面にＵＶ光源からの紫外線を照射し、セラミック焼結体の少なくとも一部を変質する照射工程を有するセラミック板の製造方法を提供する。このような照射工程によって、電気絶縁性を低減することができる。照射工程を行うことによって、電気絶縁性が低減できる理由は必ずしも明らかではないが、以下のとおり推察される。すなわち、セラミック焼結体の主面にＵＶ光源からの紫外線が照射されると、主面及びその近傍部を構成するセラミック粒子の結晶構造においてホール等の欠陥が生じる。このような欠陥の生成が主面及びその近傍部における電気陰性度を変化させ、電気絶縁性の低減に寄与すると推察される。ただし、電気絶縁性が低減する理由は、上述の内容に限定されるものではない。 In one aspect, the present disclosure provides a method for manufacturing a ceramic plate, which includes an irradiation step of irradiating a main surface of a plate-shaped ceramic sintered body with ultraviolet light from a UV light source to alter at least a portion of the ceramic sintered body. Such an irradiation step can reduce electrical insulation. The reason why electrical insulation can be reduced by performing the irradiation step is not necessarily clear, but is presumed to be as follows. That is, when ultraviolet light from a UV light source is irradiated onto the main surface of the ceramic sintered body, defects such as holes are generated in the crystal structure of the ceramic particles that constitute the main surface and its vicinity. It is presumed that the generation of such defects changes the electronegativity of the main surface and its vicinity, contributing to the reduction of electrical insulation. However, the reason for the reduction in electrical insulation is not limited to the above.
上記照射工程において、セラミック焼結体の主面に照射される波長１０～４５０ｎｍの紫外線の積算光量は１０００ｍＪ／ｃｍ２以上であってよい。これによって、主面に十分な光量の紫外線が照射されるため、電気絶縁性を十分に低減することができる。 In the irradiation step, the integrated light amount of the ultraviolet light having a wavelength of 10 to 450 nm irradiated onto the main surface of the ceramic sintered body may be 1000 mJ/ cm2 or more. This allows a sufficient amount of ultraviolet light to be irradiated onto the main surface, thereby sufficiently reducing the electrical insulation.
上記照射工程で紫外線を照射する前のセラミック焼結体の体積抵抗率をＲ０、紫外線を照射した後のセラミック焼結体の体積抵抗率をＲ１としたときに、Ｒ１／Ｒ０が０．５以下であってよい。 In the above irradiation step, when the volume resistivity of the ceramic sintered body before irradiation with ultraviolet light is R0 and the volume resistivity of the ceramic sintered body after irradiation with ultraviolet light is R1, R1/R0 may be 0.5 or less.
上記セラミック焼結体は窒化アルミニウム焼結体であり、紫外線を照射することによって、体積抵抗率が５×１０１０Ω・ｃｍ以下の窒化アルミニウム板を得てもよい。このような窒化アルミニウム板は、絶縁性が低減されながらも高い熱伝導率を有する。このため、ある程度の導電性も求められる用途（例えば静電チャックの部材用）に好適である。 The ceramic sintered body is an aluminum nitride sintered body, and an aluminum nitride plate having a volume resistivity of 5× 10 Ω·cm or less may be obtained by irradiating it with ultraviolet light. Such an aluminum nitride plate has high thermal conductivity while having reduced insulating properties. For this reason, it is suitable for applications requiring a certain degree of electrical conductivity (for example, as a component of an electrostatic chuck).
本開示は、一つの側面において、ＵＶ光源からの紫外線を主面に照射することによって生成する変質部を備えるセラミック板を提供する。このような変質部におけるセラミック粒子は、変質部以外の部分のセラミック粒子よりも結晶構造においてホール等の欠陥が多くなり電気陰性度が変化していると考えられる。上記セラミック板は、このような変質部を主面及びその近傍部に有することから、電気絶縁性を低減することができる。ただし、電気絶縁性が低減する理由は、上述の内容に限定されるものではない。 In one aspect, the present disclosure provides a ceramic plate having an altered portion that is generated by irradiating the main surface with ultraviolet light from a UV light source. It is believed that the ceramic particles in such an altered portion have more defects such as holes in the crystal structure than the ceramic particles in the portion other than the altered portion, and thus the electronegativity is changed. Since the ceramic plate has such an altered portion on the main surface and in the vicinity thereof, the electrical insulation can be reduced. However, the reason for the reduction in electrical insulation is not limited to the above.
上記焼結体は、主成分として窒化アルミニウムを含み、体積抵抗率が５×１０１０Ω・ｃｍ以下であってよい。このようなセラミック板は、絶縁性が低減されながらも高い熱伝導率を有する。このため、ある程度の導電性が求められる用途（例えば静電チャックの部材用）に好適である。 The sintered body may contain aluminum nitride as a main component and have a volume resistivity of 5× 10 Ω·cm or less. Such a ceramic plate has high thermal conductivity while having reduced insulating properties. For this reason, it is suitable for applications requiring a certain degree of electrical conductivity (for example, as a component of an electrostatic chuck).
本開示は、一つの側面において、板状のセラミック焼結体の主面にＵＶ光源からの紫外線を照射することによって、セラミック焼結体の体積抵抗率を調整する工程を有する、セラミック焼結体の体積抵抗率の調整方法を提供する。この調整方法によれば、紫外線を照射するという簡便な手段によって、セラミック焼結体の体積抵抗率を調整することができる。紫外線を照射することによって、電気絶縁性が調整できる理由は必ずしも明らかではないが、以下のとおり推察される。すなわち、セラミック焼結体の主面にＵＶ光源からの紫外線が照射されると、主面及びその近傍部を構成するセラミック粒子の結晶構造においてホール等の欠陥が生じる。このような欠陥の生成が主面及びその近傍部における電気陰性度を変化させ、電気絶縁性の変化に寄与すると推察される。ただし、電気絶縁性が変化する理由は、上述の内容に限定されるものではない。 In one aspect, the present disclosure provides a method for adjusting the volume resistivity of a ceramic sintered body, which includes a step of adjusting the volume resistivity of the ceramic sintered body by irradiating the main surface of the plate-shaped ceramic sintered body with ultraviolet light from a UV light source. According to this adjustment method, the volume resistivity of the ceramic sintered body can be adjusted by the simple means of irradiating with ultraviolet light. The reason why the electrical insulation can be adjusted by irradiating with ultraviolet light is not necessarily clear, but is presumed to be as follows. That is, when the main surface of the ceramic sintered body is irradiated with ultraviolet light from a UV light source, defects such as holes are generated in the crystal structure of the ceramic particles that constitute the main surface and its vicinity. It is presumed that the generation of such defects changes the electronegativity in the main surface and its vicinity, contributing to a change in the electrical insulation. However, the reason why the electrical insulation changes is not limited to the above-mentioned content.
本開示によれば、電気絶縁性を簡便に調整することが可能なセラミック焼結体の体積抵抗率の調整方法を提供することができる。また、本開示では、電気絶縁性が低減されたセラミック板を提供することができる。また、本開示では、電気絶縁性を低減することが可能なセラミック板の製造方法を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a method for adjusting the volume resistivity of a ceramic sintered body, which allows for easy adjustment of electrical insulation. In addition, according to the present disclosure, it is possible to provide a ceramic plate with reduced electrical insulation. In addition, according to the present disclosure, it is possible to provide a method for manufacturing a ceramic plate with reduced electrical insulation.
以下、場合により図面を参照して、本開示の一実施形態について説明する。ただし、以下の実施形態は、本開示を説明するための例示であり、本開示を以下の内容に限定する趣旨ではない。各要素の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。 One embodiment of the present disclosure will be described below, with reference to the drawings where necessary. However, the following embodiment is an example for explaining the present disclosure, and is not intended to limit the present disclosure to the following content. The dimensional ratios of each element are not limited to the ratios shown in the drawings.
一本実施形態に係るセラミック板の製造方法は、板状のセラミック焼結体を作製する作製工程と、板状のセラミック焼結体の主面にＵＶ光源からの紫外線を照射してセラミック焼結体の少なくとも一部を変質し、変質部を生成する照射工程を有する。 The method for manufacturing a ceramic plate according to this embodiment includes a manufacturing step of producing a plate-shaped ceramic sintered body, and an irradiation step of irradiating a main surface of the plate-shaped ceramic sintered body with ultraviolet light from a UV light source to alter at least a portion of the ceramic sintered body and generate an altered portion.
作製工程で作製されるセラミック焼結体は、窒化物、酸化物又は炭化物であってよい。作製工程は例えば次の手順で行ってよい。まず、原料を準備する。原料としては、例えば、セラミック粉末、焼結助剤、及び、必要に応じて添加剤を用いる。添加剤としては、バインダー、可塑剤、分散媒、及び離型剤等が挙げられる。バインダーとしては、例えば、可塑性又は界面活性作用を有するメチルセルロース系のもの、熱分解性に優れたアクリル酸エステル系のものが挙げられる。可塑剤としては、例えばグリセリンが挙げられる。分散媒としては、イオン交換水及びエタノール等が挙げられる。セラミック粉末としては、例えば、窒化アルミニウム粉末、窒化ケイ素粉末、又は酸化アルミニウム粉末等を用いることができる。 The ceramic sintered body produced in the production process may be a nitride, oxide or carbide. The production process may be performed, for example, according to the following procedure. First, raw materials are prepared. The raw materials include, for example, ceramic powder, sintering aids, and additives as necessary. Examples of additives include binders, plasticizers, dispersion media, and release agents. Examples of binders include methylcellulose-based binders having plasticity or surface activity, and acrylic ester-based binders having excellent thermal decomposition properties. Examples of plasticizers include glycerin. Examples of dispersion media include ion-exchanged water and ethanol. Examples of ceramic powders that can be used include aluminum nitride powder, silicon nitride powder, and aluminum oxide powder.
焼結助剤としては、希土類元素、希土類元素とは異なる遷移元素、アルカリ土類金属元素、及びアルミニウム元素からなる群より選ばれる少なくとも一種を構成元素とする酸化物を用いることができる。例えば、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、及び酸化セリウム等が挙げられる。これらの酸化物の少なくとも２つは複合酸化物となって液相を形成して焼結を促進してもよい。これによって、セラミック焼結体を十分に緻密化することができる。複数の酸化物を用いる場合は、各酸化物の配合割合を変えて、セラミック焼結体における酸化物粒子の組成を調整してもよい。 As the sintering aid, an oxide containing at least one component selected from the group consisting of rare earth elements, transition elements different from rare earth elements, alkaline earth metal elements, and aluminum elements can be used. Examples include aluminum oxide, yttrium oxide, and cerium oxide. At least two of these oxides may form a composite oxide to form a liquid phase and promote sintering. This allows the ceramic sintered body to be sufficiently densified. When multiple oxides are used, the composition of the oxide particles in the ceramic sintered body may be adjusted by changing the compounding ratio of each oxide.
セラミック粉末、焼結助剤及び必要に応じて添加される添加剤を配合して混合し、成形原料を得る。成形原料をドクターブレード法等の公知の方法によって例えばシート状に成形する。得られた成形体の脱脂を行ってもよい。脱脂方法は特に限定されず、例えば、成形体を空気中又は窒素等の非酸化雰囲気中で３００～７００℃に加熱して行ってよい。加熱時間は、例えば１～１０時間であってよい。 The ceramic powder, sintering aid, and additives added as necessary are blended and mixed to obtain a molding raw material. The molding raw material is formed into, for example, a sheet by a known method such as the doctor blade method. The obtained molded body may be degreased. There are no particular limitations on the degreasing method, and for example, the molded body may be heated to 300 to 700°C in air or a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen. The heating time may be, for example, 1 to 10 hours.
セラミック焼結体は、上述の成形体を焼成して得ることができる。セラミック焼結体として窒化アルミニウム焼結体を製造する場合、不活性ガス雰囲気中で、１７６０～１８４０℃に昇温する。１７６０～１８４０℃の温度範囲における保持時間は、１～２０時間とする。焼成温度が高過ぎたり、保持時間が長くなり過ぎたりすると、酸化物粒子の凝集が進行する傾向にある。一方、焼成温度が低過ぎたり、保持時間が短くなり過ぎたりすると、セラミック焼結体の緻密化が十分に進行しない傾向がある。焼結は大気圧下で行ってよい。窒化アルミニウム焼結体以外の焼結体（例えば、窒化ケイ素焼結体、及び酸化アルミニウム焼結体等）の場合も、酸化物粒子の凝集の進行を抑制しつつ、焼結体の緻密化が十分に進行するような焼結条件を設定することができる。 The ceramic sintered body can be obtained by firing the above-mentioned molded body. When manufacturing an aluminum nitride sintered body as a ceramic sintered body, the temperature is raised to 1760 to 1840°C in an inert gas atmosphere. The holding time in the temperature range of 1760 to 1840°C is 1 to 20 hours. If the firing temperature is too high or the holding time is too long, the agglomeration of oxide particles tends to progress. On the other hand, if the firing temperature is too low or the holding time is too short, the densification of the ceramic sintered body tends not to progress sufficiently. Sintering may be performed under atmospheric pressure. In the case of sintered bodies other than aluminum nitride sintered bodies (e.g., silicon nitride sintered bodies and aluminum oxide sintered bodies, etc.), sintering conditions can be set so that the densification of the sintered body progresses sufficiently while suppressing the agglomeration of oxide particles.
セラミック焼結体の形状は、板状である。円板状であってよく、平板状であってもよい。ブロック状のセラミック焼結体を得た後に、切断加工して、板状のセラミック焼結体を得てもよい。このようにして作製されるセラミック焼結体の主面にＵＶ光源から紫外線を照射する照射工程を行う。 The shape of the ceramic sintered body is plate-like. It may be disk-like or flat. After obtaining a block-like ceramic sintered body, it may be cut to obtain a plate-like ceramic sintered body. An irradiation process is then performed in which ultraviolet light is irradiated from a UV light source onto the main surface of the ceramic sintered body thus produced.
照射工程で用いられるＵＶ光源（紫外線光源）は、人工光源であり、例えば、ＵＶ－ＬＥＤ方式のものであってもよく、ＵＶランプ方式のものであってよい。なお、ランプ方式のものとしては、水銀ランプ、重水素ランプ、エキシマランプ、メタルハライドランプ、無電極放電ランプ、キセノンランプ、及びカドミウムランプ等が挙げられる。ＵＶ光源は、効率よく変質部を生成させる観点から、メタルハライドランプであってよい。 The UV light source (ultraviolet light source) used in the irradiation process is an artificial light source, and may be, for example, a UV-LED type or a UV lamp type. Examples of lamp types include mercury lamps, deuterium lamps, excimer lamps, metal halide lamps, electrodeless discharge lamps, xenon lamps, and cadmium lamps. The UV light source may be a metal halide lamp from the viewpoint of efficiently generating the altered portion.
ＵＶ光源からセラミック焼結体の主面に照射される紫外線（紫外光）の波長は、１０～４５０ｎｍであってよい。セラミック焼結体の主面及び主面近傍において変質部を十分に生成する観点から、セラミック焼結体の主面に照射される紫外線の波長は、例えば、３００～４００ｎｍであってよい。ＵＶ光源は、エリア照射するタイプのもの、ライン照射するタイプのもの、及びスポット照射するタイプのもの等が挙げられる。ＵＶ光源は、これらの以外のタイプのものを用いてもよい。例えば、ライン照射するタイプのＵＶ光源を用い、搬送されるセラミック焼結体に連続的に紫外線を照射して変質部を生成させてもよい。 The wavelength of the ultraviolet light (ultraviolet light) irradiated from the UV light source to the main surface of the ceramic sintered body may be 10 to 450 nm. From the viewpoint of sufficiently generating an altered portion on the main surface of the ceramic sintered body and in the vicinity of the main surface, the wavelength of the ultraviolet light irradiated to the main surface of the ceramic sintered body may be, for example, 300 to 400 nm. Examples of UV light sources include those that irradiate an area, those that irradiate a line, and those that irradiate a spot. Other types of UV light sources may also be used. For example, a UV light source that irradiates a line may be used to continuously irradiate the transported ceramic sintered body with ultraviolet light to generate an altered portion.
ＵＶ光源からセラミック焼結体の主面に照射される波長１０～４５０ｎｍの紫外線の積算光量は、１０００ｍＪ／ｃｍ２以上であってよく、１５００ｍＪ／ｃｍ２以上であってもよい。この積算光量を大きくすることによって変質部を十分に生成し、体積抵抗率を十分に低くすることができる。上記積算光量を変えることによって、セラミック板の体積抵抗率を調整することができる。上記積算光量の上限は、例えば、１００００ｍＪ／ｃｍ２であってよく、５０００ｍＪ／ｃｍ２であってもよい。 The integrated light quantity of ultraviolet light having a wavelength of 10 to 450 nm irradiated from the UV light source onto the main surface of the ceramic sintered body may be 1000 mJ/ cm2 or more, or may be 1500 mJ/ cm2 or more. By increasing this integrated light quantity, the altered portion can be sufficiently generated, and the volume resistivity can be sufficiently reduced. By changing the integrated light quantity, the volume resistivity of the ceramic plate can be adjusted. The upper limit of the integrated light quantity may be, for example, 10000 mJ/ cm2 or may be 5000 mJ/ cm2 .
ＵＶ光源を複数用いて、セラミック焼結体の主面への紫外線の照射を複数回に分けて行ってもよい。セラミック焼結体の主面の所定エリアに、紫外線を複数回照射してもよいし、互いに異なるエリアに、紫外線をそれぞれ一回ずつ、又は複数回ずつ照射してもよい。同じエリアに複数回に分けて紫外線を照射する場合、上述の積算光量は、毎回リセットして算出されるのではなく、複数の合計値として求められる。 Multiple UV light sources may be used to irradiate the main surface of the ceramic sintered body with ultraviolet light in multiple separate instances. A specific area of the main surface of the ceramic sintered body may be irradiated with ultraviolet light multiple times, or different areas may be irradiated with ultraviolet light once or multiple times each. When the same area is irradiated with ultraviolet light multiple times, the above-mentioned integrated light amount is not reset and calculated each time, but is calculated as the total value of multiple instances.
紫外線は、セラミック焼結体の一方の主面のみに照射してもよく、両方の主面に照射してもよい。また、一方の主面の一部のみに照射してもよい。また、セラミック焼結体の主面のみならず、セラミック焼結体の側面にも照射してもよい。 The ultraviolet light may be irradiated onto only one or both of the main surfaces of the ceramic sintered body. Alternatively, it may be irradiated onto only a portion of one of the main surfaces. Alternatively, it may be irradiated onto not only the main surface of the ceramic sintered body but also the side surface of the ceramic sintered body.
照射工程で紫外線を照射する前のセラミック焼結体の体積抵抗率をＲ０、照射工程で紫外線を照射した後のセラミック焼結体の体積抵抗率をＲ１としたときに、Ｒ１／Ｒ０は、０．５以下であってよく、０．３以下であってよく、０．２以下であってもよい。紫外線を照射後のセラミック板（セラミック焼結体）の体積抵抗率は、ある程度の電気絶縁性を維持する観点から、Ｒ１／Ｒ０は、０．０１以上であってよく、０．０５以上であってもよい。これによって、例えば、静電チャックの部材用に好適なセラミック板を製造することができる。Ｒ１／Ｒ０は、例えば、０．０１～０．５であってよい。 When the volume resistivity of the ceramic sintered body before being irradiated with ultraviolet light in the irradiation process is R0, and the volume resistivity of the ceramic sintered body after being irradiated with ultraviolet light in the irradiation process is R1, R1/R0 may be 0.5 or less, 0.3 or less, or 0.2 or less. From the viewpoint of maintaining a certain degree of electrical insulation, the volume resistivity of the ceramic plate (ceramic sintered body) after being irradiated with ultraviolet light, R1/R0, may be 0.01 or more, or 0.05 or more. This makes it possible to manufacture a ceramic plate suitable for use as a member of, for example, an electrostatic chuck. R1/R0 may be, for example, 0.01 to 0.5.
セラミック焼結体及びセラミック板の体積抵抗率は、ＪＩＳ Ｃ２１３９：２００８に準拠し、厚さ１．０ｍｍの板状に加工して測定することができる。測定試料の形状は、縦×横×厚さ＝５０ｍｍ×５０ｍｍ×１．０ｍｍの直方体形状であってよい。測定装置は、例えば、三菱ケミカルアナリテック製のハイレスタＵＸＭＣＰ－ＨＴ８００（商品名）を用いる。測定温度は、２３±１℃としてよい。 The volume resistivity of the ceramic sintered body and ceramic plate can be measured in accordance with JIS C2139:2008 by processing the ceramic sintered body and ceramic plate into a plate with a thickness of 1.0 mm. The shape of the measurement sample may be a rectangular parallelepiped with dimensions of length x width x thickness = 50 mm x 50 mm x 1.0 mm. The measurement device used may be, for example, a Hiresta UXMCP-HT800 (product name) manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech. The measurement temperature may be 23±1°C.
照射工程で紫外線を照射する前のセラミック焼結体の熱伝導率をＫ０、照射工程で紫外線を照射した後のセラミック板（セラミック焼結体）の熱伝導率をＫ１としたときに、Ｋ１／Ｋ０は、０．９～１．１であってよく。０．９５～１．０５であってもよい。このように、紫外線を照射したときの熱伝導率の変化は、体積抵抗率の変化よりも極めて小さい。本実施形態の製造方法は、紫外線を照射するという簡便な方法によって電気絶縁性を低減しつつも、放熱特性を十分に高く維持することができる。 When the thermal conductivity of the ceramic sintered body before irradiating with ultraviolet light in the irradiation process is K0, and the thermal conductivity of the ceramic plate (ceramic sintered body) after irradiating with ultraviolet light in the irradiation process is K1, K1/K0 may be 0.9 to 1.1. It may also be 0.95 to 1.05. In this way, the change in thermal conductivity when irradiated with ultraviolet light is much smaller than the change in volume resistivity. The manufacturing method of this embodiment can maintain sufficiently high heat dissipation characteristics while reducing electrical insulation by the simple method of irradiating with ultraviolet light.
セラミック板の熱伝導率は、例えば、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であってよく、１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であってよく、１４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であってもよい。このようなセラミック板は、例えば、静電チャックの部材として好適である。ただし、その用途はこれに限定されるものではない。 The thermal conductivity of the ceramic plate may be, for example, 100 W/m·K or more, 120 W/m·K or more, or 140 W/m·K or more. Such a ceramic plate is suitable, for example, as a component of an electrostatic chuck. However, its use is not limited to this.
熱伝導率は、ＪＩＳ Ｒ１６１１：２０１０に準拠し、レーザーフラッシュ法で測定することができる。測定試料は、厚さ１．０ｍｍの板状に加工して測定することができる。セラミック板の形状は、縦×横×厚さ＝５０ｍｍ×５０ｍｍ×１．０ｍｍの直方体形状であってよい。測定装置は、例えば、株式会社リガク製のＬＦ／ＴＣＭ－８５１０Ｂ（商品名）を用いる。測定温度は、２３±１℃としてよい。 Thermal conductivity can be measured by the laser flash method in accordance with JIS R1611:2010. The measurement sample can be processed into a plate with a thickness of 1.0 mm and then measured. The shape of the ceramic plate may be a rectangular parallelepiped with dimensions of length x width x thickness = 50 mm x 50 mm x 1.0 mm. For example, the measurement device used is LF/TCM-8510B (product name) manufactured by Rigaku Corporation. The measurement temperature may be 23±1°C.
照射工程で一方の主面のみに紫外線を照射した場合、当該主面及びその近傍に変質部が生成する。一方、他方の主面には、紫外線が照射されないことから、変質部は生成しない。このように変質していない部分を、本実施形態では非変質部と称する。変質部と非変質部は、結晶構造におけるホール等の欠陥の濃度が異なっていてもよく、電気陰性度が異なっていてもよい。変質部は、非変質部よりも低い電気抵抗を有する。照射工程を経て得られるセラミック板は、半導体製造装置、ＦＰＤ製造装置、薄膜形成装置、及び搬送装置等に用いられる静電チャックの部材として好適に用いることができる。 When only one of the main surfaces is irradiated with ultraviolet light in the irradiation process, an altered portion is generated on that main surface and in its vicinity. On the other hand, since the other main surface is not irradiated with ultraviolet light, no altered portion is generated. In this embodiment, such an unaltered portion is referred to as a non-altered portion. The altered portion and the non-altered portion may have different concentrations of defects such as holes in the crystal structure, and may have different electronegativities. The altered portion has a lower electrical resistance than the non-altered portion. The ceramic plate obtained through the irradiation process can be suitably used as a component of an electrostatic chuck used in semiconductor manufacturing equipment, FPD manufacturing equipment, thin film forming equipment, and conveying equipment.
セラミック焼結体が窒化アルミニウム焼結体である場合、照射工程で紫外線を照射することによって、体積抵抗率が５×１０１０Ω・ｃｍ以下の窒化アルミニウム板を得てもよい。窒化アルミニウム板の体積抵抗率は、３×１０１０Ω・ｃｍ以下であってよく、２×１０１０Ω・ｃｍ以下であってもよい。また、ある程度の電気絶縁性を維持する観点から、窒化アルミニウム板の体積抵抗率は、１×１０９Ω・ｃｍ以上であってよく、５×１０９Ω・ｃｍ以上であってもよい。窒化アルミニウム板の密度は、３．１ｇ／ｃｍ３以上であってよく、３．２ｇ／ｃｍ３以上であってもよい。 When the ceramic sintered body is an aluminum nitride sintered body, an aluminum nitride plate having a volume resistivity of 5×10 10 Ω·cm or less may be obtained by irradiating with ultraviolet light in the irradiation step. The volume resistivity of the aluminum nitride plate may be 3×10 10 Ω·cm or less, or may be 2×10 10 Ω·cm or less. In addition, from the viewpoint of maintaining a certain degree of electrical insulation, the volume resistivity of the aluminum nitride plate may be 1×10 9 Ω·cm or more, or may be 5×10 9 Ω·cm or more. The density of the aluminum nitride plate may be 3.1 g/cm 3 or more, or may be 3.2 g/cm 3 or more.
窒化アルミニウム焼結体の場合、紫外線の照射によって生成する変質部は、変質していない部分（非変質部）よりも白い色を有していてよい。変質の有無及び変質の程度を、色の変化に基づいて目視で確認してもよい。 In the case of an aluminum nitride sintered body, the altered portion produced by irradiation with ultraviolet light may be whiter than the unaltered portion (non-altered portion). The presence or absence of alteration and the degree of alteration may be visually confirmed based on the color change.
図１は、ＵＶ光源からの紫外線を照射することによって生成する変質部を備えるセラミック板の一例を示す斜視図である。図２は、図１のセラミック板１０を厚さ方向に沿って切断したときの断面図である。円板状のセラミック板１０は、一対の主面１０Ａ，１０Ｂを有する。図２に示すように、主面１０Ａ側には、変質部２０が生成している。変質部２０は、ＵＶ光源からの紫外線を主面１０Ａに照射することによって生成する。一方、主面１０Ｂは紫外線が照射されていないため、主面１０Ｂ側には変質部２０が生成せず、非変質部２２が残存している。
Figure 1 is a perspective view showing an example of a ceramic plate having an altered portion generated by irradiation with ultraviolet light from a UV light source. Figure 2 is a cross-sectional view of the
変質部２０と非変質部２２は、境界線２１のように明確に区分されている必要はない。例えば、ホール（欠陥）の濃度が、主面１０Ａから主面１０Ｂに向かって徐々に減少していてもよい。変質部２０と非変質部２２の色が異なる場合、主面１０Ａから主面１０Ｂに向かって色が徐々に変化していてもよい。この場合、セラミック板１０の変質部２０は、主面１０Ａから主面１０Ｂに向かって体積抵抗率が徐々に変化する傾斜部を有する。
The altered
セラミック板１０の体積抵抗率をＲ１、及び、変質部２０を含む上側半分（板厚の１／２）を除去して得られるセラミック板１０の下側半分の体積抵抗率をＲ２としたときに、Ｒ１／Ｒ２は、０．５以下であってよく、０．３以下であってよく、０．２以下であってもよい。セラミック板１０（セラミック焼結体）の電気絶縁性をある程度維持する観点から、Ｒ１／Ｒ２は、０．０１以上であってよく、０．０５以上であってもよい。これによって、例えば、静電チャックの部材用に好適なセラミック板を製造することができる。Ｒ１／Ｒ２は、例えば、０．０１～０．５であってよい。
When the volume resistivity of the
セラミック板１０が静電チャックの部材用である場合、直径は１００～５００ｍｍであり、厚みは１～１０ｍｍであってよい。変質部２０の厚みは特に限定されず、例えば、非変質部２２の厚みよりも小さくてよい。セラミック板１０は、厚み方向に沿って、穴又は貫通孔を有していてもよい。静電チャックは、支持板と静電吸着用電極と載置板がこの順に積層されて構成されていてもよい。このうち、支持板と載置板の少なくとも一方に、セラミック板１０を用いてもよい。この場合、載置板として用いられるセラミック板の静電吸着用電極側とは反対側の主面に半導体ウェハ等の板状試料が載置され、板状試料に加工が施される。板状試料は、シリコンウェーハ、又は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等の平板型ディスプレイであってよい。
When the
セラミック板１０は、主成分として窒化アルミニウムを含んでいてよい。本開示における主成分とは、セラミック板に含まれる成分のうち、最も含有量が多い成分をいう。主成分以外の成分は、副成分と称する。副成分は、主成分とは異なる成分であり、主成分中に分散していてよい。例えば、主成分である窒化アルミニウムの粒子の粒界に含まれていてよい。
The
セラミック板１０は、副成分として、酸化物（複合酸化物）を含んでいてよい。酸化物としては、希土類元素、希土類元素とは異なる遷移元素、アルカリ土類金属元素、及びアルミニウム元素からなる群より選ばれる少なくとも一種を構成元素とする酸化物が挙げられる。このような酸化物は、焼結助剤に由来する成分であってよい。
The
セラミック板１０（窒化アルミニウム板）における主成分（窒化アルミニウム）の含有量は、熱伝導性を高くする観点から、８０質量％以上であってよく、８５質量％以上であってよく、９０質量％以上であってもよい。セラミック板１０（窒化アルミニウム板）における主成分（窒化アルミニウム）の含有量は、緻密化を促進する観点から、９７質量％以下であってよく、９５質量％以下であってよく、９３質量％以下であってもよい。 The content of the main component (aluminum nitride) in the ceramic plate 10 (aluminum nitride plate) may be 80 mass% or more, 85 mass% or more, or 90 mass% or more from the viewpoint of increasing thermal conductivity. The content of the main component (aluminum nitride) in the ceramic plate 10 (aluminum nitride plate) may be 97 mass% or less, 95 mass% or less, or 93 mass% or less from the viewpoint of promoting densification.
セラミック板１０は、例えば、上述の作製工程及び照射工程を有するセラミック板の製造方法によって製造することができる。したがって、セラミック板の製造方法に関する上述の説明内容は、セラミック板１０にも適用される。
The
一実施形態に係るセラミック焼結体の体積抵抗率の調整方法は、板状のセラミック焼結体の主面にＵＶ光源からの紫外線を照射することによって、セラミック焼結体の体積抵抗率を調整する工程を有する。この工程は、上述の照射工程と同様にして行うことができる。紫外線の積算光量を調節することによって、セラミック焼結体の体積抵抗率を目標とする範囲に調整することができる。例えば、セラミック焼結体の搬送路にＵＶ光源を設けておけば、搬送速度を変えることによって積算光量を調節し、搬送後のセラミック焼結体の体積抵抗率を調整することができる。例えば、搬送速度を上げて積算光量を小さくすれば、体積抵抗率を高くすることができる。一方、搬送速度を下げて紫外線の積算光量を大きくすれば、体積抵抗率を低くすることができる。このように、この調整方法は、複雑な設備を導入することなく、簡便な手段で体積抵抗率を調整することができる。 The method for adjusting the volume resistivity of a ceramic sintered body according to one embodiment includes a step of adjusting the volume resistivity of the ceramic sintered body by irradiating the main surface of the plate-shaped ceramic sintered body with ultraviolet light from a UV light source. This step can be performed in the same manner as the above-mentioned irradiation step. The volume resistivity of the ceramic sintered body can be adjusted to a target range by adjusting the integrated amount of ultraviolet light. For example, if a UV light source is provided on the conveying path of the ceramic sintered body, the integrated amount of light can be adjusted by changing the conveying speed, and the volume resistivity of the ceramic sintered body after conveying can be adjusted. For example, by increasing the conveying speed and reducing the integrated amount of light, the volume resistivity can be increased. On the other hand, by decreasing the conveying speed and increasing the integrated amount of ultraviolet light, the volume resistivity can be reduced. In this way, this adjustment method can adjust the volume resistivity by simple means without introducing complicated equipment.
以上、本開示の幾つかの実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、本開示のセラミック板は、図１及び図２の構造のものに限定されない。また、セラミック板は、静電チャック用に限定されるものではなく、例えば、回路基板の放熱材として用いてもよい。 Although several embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments. For example, the ceramic plate of the present disclosure is not limited to the structure shown in Figures 1 and 2. Furthermore, the ceramic plate is not limited to use in electrostatic chucks, and may be used, for example, as a heat dissipation material for circuit boards.
以下、実施例を挙げて本開示の内容をさらに具体的に説明する。ただし、本開示は以下の実施例に限定されるものではない。 The contents of this disclosure will be explained in more detail below with reference to examples. However, this disclosure is not limited to the following examples.
［実施例１］
（セラミック焼結体の作製）
市販の窒化アルミニウム粉末と、酸化イットリウム粉末と、酸化アルミニウム粉末とを、９７：１．５：１．５の質量比で配合し、ボールミルを用いて混合して混合粉末を得た。混合粉末１００質量部に対し、セルロースエーテル系バインダー（信越化学工業株式会社製、商品名：メトローズ）を６質量部、グリセリン（花王株式会社製、商品名：エキセパール）を５質量部、及びイオン交換水を１０質量部添加して、ヘンシェルミキサーを用いて１分間混合し、成形原料を得た。この成形原料を、ドクターブレード法によって成形し、シート状の成形体（厚み：１．４ｍｍ）を作製した。
[Example 1]
(Preparation of sintered ceramic body)
Commercially available aluminum nitride powder, yttrium oxide powder, and aluminum oxide powder were blended in a mass ratio of 97:1.5:1.5, and mixed using a ball mill to obtain a mixed powder. 6 parts by mass of cellulose ether binder (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product name: Metolose), 5 parts by mass of glycerin (manufactured by Kao Corporation, product name: Exepar), and 10 parts by mass of ion-exchanged water were added to 100 parts by mass of the mixed powder, and mixed for 1 minute using a Henschel mixer to obtain a molding material. This molding material was molded by a doctor blade method to produce a sheet-shaped molded body (thickness: 1.4 mm).
この成形体を、空気中において５７０℃で５時間加熱して脱脂した。次に、脱脂した積層体を加熱炉に入れて、窒素ガス雰囲気中（大気圧）、１８００℃まで昇温した。その後、積層体を１８００℃で４時間加熱した後、加熱炉内で放冷した。このようにして、セラミック焼結体を得た。 This compact was degreased by heating in air at 570°C for 5 hours. Next, the degreased laminate was placed in a heating furnace and heated to 1800°C in a nitrogen gas atmosphere (atmospheric pressure). The laminate was then heated at 1800°C for 4 hours and then allowed to cool in the heating furnace. In this way, a ceramic sintered body was obtained.
（紫外線照射前の体積抵抗率の測定）
セラミック焼結体を、縦×横×厚さ＝５０ｍｍ×５０ｍｍ×１．０ｍｍの直方体形状に加工した。ＪＩＳ Ｃ２１３９：２００８に準拠して、体積抵抗率を測定した。測定装置は、三菱ケミカルアナリテック製のハイレスタＵＸＭＣＰ－ＨＴ８００（商品名）を用いた。測定温度は、２３±１℃とした。測定結果は表１にＲ０として示した。
(Measurement of volume resistivity before UV irradiation)
The ceramic sintered body was processed into a rectangular parallelepiped shape with a length x width x thickness of 50 mm x 50 mm x 1.0 mm. The volume resistivity was measured in accordance with JIS C2139:2008. The measurement device used was Hiresta UXMCP-HT800 (product name) manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech. The measurement temperature was 23±1°C. The measurement results are shown as R0 in Table 1.
（紫外線照射前の熱伝導率の測定）
縦×横×厚さ＝５０ｍｍ×５０ｍｍ×１．０ｍｍの直方体形状の加工したセラミック焼結体を測定試料として用いた。ＪＩＳ Ｒ１６１１：２０１０に準拠し、レーザーフラッシュ法で上記測定試料の熱伝導率を測定した。測定装置は、株式会社リガク製のＬＦ／ＴＣＭ－８５１０Ｂ（商品名）を用いた。測定温度は、２３±１℃とした。測定結果は表１にＫ０として示した。
(Measurement of thermal conductivity before UV irradiation)
A processed ceramic sintered body having a rectangular parallelepiped shape with a length x width x thickness of 50 mm x 50 mm x 1.0 mm was used as a measurement sample. The thermal conductivity of the measurement sample was measured by a laser flash method in accordance with JIS R1611:2010. The measurement device used was LF/TCM-8510B (product name) manufactured by Rigaku Corporation. The measurement temperature was 23±1°C. The measurement results are shown as K0 in Table 1.
（紫外線の照射によるセラミック板の作製）
ＵＶ光源（株式会社ＧＳユアサ製、商品名：ＭＡＬ２００ＮＬ、ピーク波長：４０５ｎｍ、波長範囲：２００～４５０ｎｍ）を備える搬送ラインを用い、セラミック焼結体を２ｍ／分の搬送速度で搬送した。このとき、セラミック焼結体の上側の主面に上記ＵＶ光源から紫外線を照射してセラミック板を作製した。波長１０～４５０ｎｍの紫外線の積算光量は１９００ｍＪ／ｃｍ２であった。紫外線照射後のセラミック板の主面は、照射前よりも白くなっており、当該主面側に変質部が生成していることが確認された。
(Preparation of ceramic plates by ultraviolet irradiation)
The ceramic sintered body was transported at a transport speed of 2 m/min using a transport line equipped with a UV light source (manufactured by GS Yuasa Corporation, product name: MAL200NL, peak wavelength: 405 nm, wavelength range: 200-450 nm). At this time, the upper main surface of the ceramic sintered body was irradiated with ultraviolet light from the UV light source to produce a ceramic plate. The integrated light amount of ultraviolet light with a wavelength of 10-450 nm was 1900 mJ/ cm2 . After ultraviolet light irradiation, the main surface of the ceramic plate was whiter than before irradiation, and it was confirmed that an altered area had been generated on the main surface side.
（紫外線照射後の評価）
紫外線照射することによって得られたセラミック板の体積抵抗率及び熱伝導率を、紫外線照射前と同じ方法で測定した。測定結果は表１に、Ｒ１及びＫ１としてそれぞれ示した。また、照射後のセラミック板から変質部を含む上側半分（板厚の１／２）を除去し、セラミック板の下側半分の体積抵抗率をＲ０及びＲ１と同じ方法で測定した。表１には、測定結果の比として、Ｒ１／Ｒ０、Ｒ１／Ｒ２及びＫ１／Ｋ０をそれぞれ示す。
(Evaluation after UV irradiation)
The volume resistivity and thermal conductivity of the ceramic plate obtained by ultraviolet irradiation were measured in the same manner as those before ultraviolet irradiation. The measurement results are shown in Table 1 as R1 and K1, respectively. In addition, the upper half (1/2 of the plate thickness) including the altered portion was removed from the ceramic plate after irradiation, and the volume resistivity of the lower half of the ceramic plate was measured in the same manner as R0 and R1. Table 1 shows the ratios of the measurement results as R1/R0, R1/R2, and K1/K0, respectively.
［実施例２］
セラミック焼結体の搬送速度を、３ｍ／分にしたこと以外は、実施例１と同様にしてセラミック板を作製した。波長１０～４５０ｎｍの紫外線の積算光量、作製したセラミック板の体積抵抗率、及び熱伝導率の測定結果は表１に示すとおりであった。
[Example 2]
A ceramic plate was produced in the same manner as in Example 1, except that the conveying speed of the ceramic sintered body was set to 3 m/min. The measurement results of the integrated light amount of ultraviolet light having a wavelength of 10 to 450 nm, the volume resistivity, and the thermal conductivity of the produced ceramic plate are shown in Table 1.
表１に示すとおり、照射する紫外線の積算光量が大きくなると、体積抵抗率が低くなることが確認された。一方、熱伝導率は紫外線の照射前後で殆ど変化しなかった。 As shown in Table 1, it was confirmed that the volume resistivity decreased as the cumulative amount of UV light irradiated increased. On the other hand, the thermal conductivity hardly changed before and after UV light irradiation.
本開示によれば、本開示によれば、電気絶縁性を簡便に調整することが可能なセラミック焼結体の体積抵抗率の調整方法を提供することができる。また、本開示では、電気絶縁性が低減されたセラミック板を提供することができる。また、本開示では、電気絶縁性を低減することが可能なセラミック板の製造方法を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a method for adjusting the volume resistivity of a ceramic sintered body, which allows for easy adjustment of electrical insulation. In addition, the present disclosure can provide a ceramic plate with reduced electrical insulation. In addition, the present disclosure can provide a method for manufacturing a ceramic plate with reduced electrical insulation.
１０…セラミック板、１０Ａ，１０Ｂ…主面、２０…変質部、２１…境界線、２２…非変質部。 10...ceramic plate, 10A, 10B...main surfaces, 20...degraded portion, 21...boundary line, 22...non-degraded portion.
Claims (7)
前記紫外線を照射することによって、体積抵抗率が５×１０１０Ω・ｃｍ以下の窒化アルミニウム板を得る、請求項１～３のいずれか一項に記載のセラミック板の製造方法。 the ceramic sintered body is an aluminum nitride sintered body,
The method for producing a ceramic plate according to any one of claims 1 to 3, wherein an aluminum nitride plate having a volume resistivity of 5 x 10 10 Ω·cm or less is obtained by irradiating with ultraviolet light.
一方の主面側にＵＶ光源からの紫外線を主面に照射することによって生成する変質部と、
他方の主面側に前記紫外線によって変質していない非変質部と、を備え、
体積抵抗率Ｒ１が５×１０９～５×１０１０Ω・ｃｍであり、熱伝導率Ｋ１が１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるセラミック板。 A ceramic plate containing aluminum nitride as a main component,
an altered portion generated by irradiating one of the principal surfaces with ultraviolet light from a UV light source;
a non-altered portion on the other main surface side that is not altered by the ultraviolet rays ,
A ceramic plate having a volume resistivity R1 of 5×10 9 to 5×10 10 Ω·cm and a thermal conductivity K1 of 120 W/m·K or more.
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