特開 2023-94609 セラミックサセプターの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023094609

(43)【公開日】2023-07-05

(54)【発明の名称】セラミックサセプターの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C04B 35/111 20060101AFI20230628BHJP

   C04B 35/622 20060101ALI20230628BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20230628BHJP

【ＦＩ】

C04B35/111

C04B35/622

H01L21/68 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022206061

(22)【出願日】2022-12-22

(31)【優先権主張番号】10-2021-0185962

(32)【優先日】2021-12-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】520139620

【氏名又は名称】ミコ セラミックス リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ヒョン チョン リ

(72)【発明者】

【氏名】チン ミン ユ

【テーマコード（参考）】

5F131

【Ｆターム（参考）】

5F131AA02

5F131AA03

5F131AA32

5F131AA33

5F131BA03

5F131BA04

5F131BA19

5F131BA23

5F131CA02

5F131CA32

5F131CA68

5F131EA03

5F131EA04

5F131EB11

5F131EB24

5F131EB26

5F131EB78

5F131EB79

(57)【要約】

【課題】セラミックサセプターの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のセラミックサセプターの製造方法は、セラミックシートを製造する段階と、前記セラミックシートを積層する段階であって、これらのセラミックシートの間に電極用伝導性金属材質が配置される積層構造の成形体を製造する段階と、前記積層構造の成形体を焼結する段階と、を含み、前記セラミックシートを製造する段階は、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、ＣａＯを含むスラリーを熱処理して非晶質化された第１添加剤粉末を得る段階と、Ａｌ_２Ｏ_３粉末に、前記第１添加剤粉末、ＭｇＯ粉末を含む第２添加剤粉末、Ｙ_２Ｏ_３粉末を含む第３添加剤粉末を混合してスラリーを製造する段階と、前記スラリーをテープキャスティングしてセラミックシートを形成する段階とを含む。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミックシートを製造する段階と、
前記セラミックシートを積層する段階であって、これらのセラミックシートの間に電極用伝導性金属材質が配置される積層構造の成形体を製造する、段階と、
前記積層構造の成形体を焼結する段階と、
を含み、
前記セラミックシートを製造する段階は、
ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、ＣａＯを含むスラリーを熱処理して非晶質化された第１添加剤粉末を得る段階と、
Ａｌ_２Ｏ_３粉末に、前記第１添加剤粉末、ＭｇＯ粉末を含む第２添加剤粉末、Ｙ_２Ｏ_３粉末を含む第３添加剤粉末を混合してスラリーを製造する段階と、
前記スラリーをテープキャスティングしてセラミックシートを形成する段階とを含む、セラミックサセプターの製造方法。

【請求項2】

前記非晶質化された第１添加剤粉末を得る段階において、
前記スラリー中にＣａＯ、ＳｉＯ_２、ＭｇＯが重量比（ｗｔ％）３５～５５：３５～５０：８～１８で含まれる、請求項１に記載のセラミックサセプターの製造方法。

【請求項3】

前記セラミックシートを形成する段階において、前記Ａｌ_２Ｏ_３粉末、前記第１添加剤粉末、前記第２添加剤粉末及び前記第３添加剤粉末が重量比（ｗｔ％）９４～９８：１～３：０．５～１．５：０．５～１．５で含まれる、請求項１に記載のセラミックサセプターの製造方法。

【請求項4】

前記焼結後の焼結体内のセラミック粒子のグレーンサイズ分布が０．５～５μｍである、請求項１に記載のセラミックサセプターの製造方法。

【請求項5】

前記伝導性金属材質の厚さが１０μｍ～３０μｍである、請求項１に記載のセラミックサセプターの製造方法。

【請求項6】

前記非晶質化された第１添加剤粉末を得る段階は、
前記ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、ＣａＯを含むスラリーに対してミキシング、メルティング、クエンチング及びグラインディング工程を順次に行う段階を含む、請求項１に記載のセラミックサセプターの製造方法。

【請求項7】

前記クエンチングは、ウォータークエンチングである、請求項６に記載のセラミックサセプターの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、セラミックサセプターに関し、特に、組成が均一であり、物性の温度依存性が改善されたセラミックサセプターの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、半導体装置又はディスプレイ装置は、誘電体層及び金属層を含む複数の薄膜層をガラス基板、フレキシブル基板又は半導体ウエハー基板上に順次に積層した後にパターニングする方式で製造される。それらの薄膜層は、化学気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＣＶＤ）工程又は物理気相蒸着（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＰＶＤ）工程によって基板上に順次に蒸着される。前記ＣＶＤ工程には、低圧力化学気相蒸着（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ＣＶＤ，ＬＰＣＶＤ）工程、プラズマ強化化学気相蒸着（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＣＶＤ，ＰＥＣＶＤ）工程、有機金属化学気相蒸着（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ ＣＶＤ，ＭＯＣＶＤ）工程などがある。このような半導体工程を行うためのＣＶＤ装置及びＰＶＤ装置のチャンバー装置には、ガラス基板、フレキシブル基板及び半導体ウエハー基板などのような様々な基板を支持するための静電チャックとして用いられるか、又は半導体素子の配線微細化などの精密な工程のためにプラズマ蒸着工程などにおいて正確な温度制御と熱処理の要求などのためのヒーターとして用いられる、セラミックサセプター（Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ）が広く用いられている。

【0003】

特に、乾式エッチング工程のうちポリシリコンエッチング（Ｐｏｌｙ Ｅｔｃｈ）工程に主に用いられるセラミック静電チャックは、従来のＭＬＣ（Ｍｕｌｔｉ－ｌａｙｅｒ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）のようなセラミック積層型静電チャックにおいて、常温から１００℃～１５０℃の付近に温度が上昇するにつれて静電力がクーロンタイプ（高抵抗）からジョンセン・ラーベック（中抵抗）に変わりながら静電力が大きく増加するため、残留電荷の放電時間が長くかかってしまい、ウエハーデチャッキング（Ｄｅ－ｃｈｕｃｋｉｎｇ）が難しくなるという問題があった。このように、セラミック静電チャックの組成によって素材物性の温度依存性が大きくなり、構造的欠陥につながってしまい、電気的／機械的物性が低下する原因として作用する問題点があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－１０３３８９号（２０１７．０６．０８）

【特許文献2】日本登録特許６０８８３４６号（２０１７．０３．０１）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

したがって、本発明は、上述した問題点を解決するために案出されたものであり、本発明の目的は、温度依存性がなく、固体的抵抗を有する均一な組性のセラミックシートを適用したセラミックサセプターの製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

まず、本発明の特徴を要約すると、上記の目的を達成するための本発明の一面によるセラミックサセプターの製造方法は、セラミックシートを製造する段階と、前記セラミックシートを積層する段階であって、これらのシートの間に電極用伝導性金属材質が配置される積層構造の成形体を製造する段階と、前記積層構造の成形体を焼結する段階と、を含み、前記セラミックシートを製造する段階は、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、ＣａＯを含むスラリーを熱処理し、非晶質化された第１添加剤粉末を得る段階と、Ａｌ_２Ｏ_３粉末に、前記第１添加剤粉末、ＭｇＯ粉末を含む第２添加剤粉末、Ｙ_２Ｏ_３粉末を含む第３添加剤粉末を混合してスラリーを製造する段階と、前記スラリーをテープキャスティングしてセラミックシートを形成する段階とを含む。

【0007】

前記非晶質化された第１添加剤粉末を得る段階において、前記スラリー中にＣａＯ、ＳｉＯ_２、ＭｇＯの重量比（ｗｔ％）が３５～５５：３５～５０：８～１８で含まれる。

【0008】

前記セラミックシートを形成する段階において、前記Ａｌ_２Ｏ_３粉末、前記第１添加剤粉末、前記第２添加剤粉末及び前記第３添加剤粉末の重量比（ｗｔ％）が９４～９８：１～３：０．５～１．５：０．５～１．５で含まれる。

【0009】

前記焼結後の焼結体内のセラミック粒子のグレーンサイズ分布が０．５～５μｍであることが好ましい。

【0010】

前記伝導性金属材質の厚さは、１０μｍ～３０μｍであることが好ましい。

【0011】

前記非晶質化された第１添加剤粉末を得る段階は、前記ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、ＣａＯを含むスラリーに対してミキシング、メルティング、クエンチング及びグラインディング工程を順次に行う段階を含む。

【0012】

前記クエンチングは、ウォータークエンチングであることが好ましい。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係るセラミックサセプターの製造方法によれば、均一な組性であり、温度依存性がなく、固体的抵抗を有するセラミックサセプターを提供し、静電チャックに適用時に、温度依存性がなく、静電力の変化無しでチャッキングとデチャッキングが安定して行われることが可能になる。

【0014】

本発明に関する理解を助けるために詳細な説明の一部として含まれる添付の図面は、本発明の実施例を提供し、詳細な説明と一緒に本発明の技術的思想を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施例に係るポリシリコンエッチング（Ｐｏｌｙ Ｅｔｃｈ）工程に主に用いられるセラミックサセプターの構造を説明するための図である。

【図2】本発明の一実施例に係るセラミックサセプターのセラミックプレートを製造する過程を説明するためのフローチャートである。

【図3】本発明のセラミックシートを得るための製造過程を具体的に説明するためのフローチャートである。

【図4】参考論文のＣａＯ－ＭｇＯ－ＳｉＯ_２位相ダイヤグラムの例である。

【図5】［表２］の実施例によって製造されたセラミックシートに対する表面ＳＥＭ写真の例である。

【図6】従来、本発明（新規）及び比較例のセラミックシート焼結体の成分分析の結果である。

【図7】従来技術又は比較例と本発明（新規）との機械的物性の比較グラフである。

【図8A】シリコンウエハー、比較例のセラミックシート、本発明のセラミックシート（新規）におけるエッチング深さを比較した結果である。

【図8B】比較例のセラミックシートと本発明のセラミックシート（新規）のエッチング表面のＳＥＭ写真を比較した例である。

【図9】本発明のセラミックシートの組成比率を異ならせて作製した場合（ケース番号０、１、２、３）の組成比率表である。

【図10】本発明の図９のケース番号０、１、２、３に対する体積抵抗及び密度を測定した結果である。

【図11】非晶質粉末添加を用いない従来技術における温度による体積抵抗グラフである。

【図12】本発明の図９のケース番号０、１、２、３に対する体積抵抗グラフである。

【図13】本発明の図９のケース番号０、１、２、３に対する表面ＳＥＭ写真である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下では添付の図面を参照して本発明について詳しく説明する。図面中、同一の構成要素は可能な限り同一の符号で示す。また、既に公知された機能及び／又は構成に関する詳細な説明は省略する。以下に開示の内容は、様々な実施例に係る動作を理解する上で必要な部分を中心に説明し、その説明の要旨を曖昧にさせ得る要素に関する説明は省略する。また、図面の一部の構成要素は誇張されたり、省略されたり又は概略して示されてよい。各構成要素の大きさは実際の大きさを全的に反映するものではなく、よって、各図に示されている構成要素の相対的な大きさや間隔によって、ここに記載の内容が限定されるものではない。

【0017】

本発明の実施例を説明するとき、本発明に関連した公知技術に関する具体的な説明が本発明の要旨を却って曖昧にさせ得ると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。そして、後述する用語は、本発明での機能を考慮して定義された用語であり、それらは使用者、運用者の意図又は慣例などによって変わり得る。したがって、その定義は、本明細書全般にわたる内容に基づいて下されるべきであろう。詳細な説明で使われる用語は本発明の実施例を記述するためのものに過ぎず、決して制限的ではならない。特記しない限り、単数形態の表現は複数形態の意味を含む。本説明において、「含む」又は「備える」のような表現は、ある特性、数字、段階、動作、要素、それらの一部又は組合せを示すためのものであり、記述された以外の一つ又はそれ以上の他の特性、数字、段階、動作、要素、それらの一部又は組合せの存在又は可能性を排除するように解釈されてはならない。

【0018】

また、第１、第２などの用語は、様々な構成要素を説明するために使用可能であるが、前記構成要素が前記用語によって限定されるものではなく、これらの用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使われる。

【0019】

まず、本発明で言及されるセラミックサセプターは、半導体工程を行うための装置に備えられるものであり、プラズマ強化化学気相蒸着などの工程においてガラス基板、フレキシブル基板及び半導体ウエハー基板などのような様々な基板を支持するための静電チャックとして用いられるか、又は半導体素子の配線微細化などの精密な工程のためにプラズマ蒸着工程などで正確な温度制御及び熱処理要求などのためのヒーターとして用いられてよい。静電チャック（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｓｔａｔｉｃ Ｃｈｕｃｋ）の機能は、静電気力を用いて当該基板を固定させるためのものであり、イオン注入工程又は他の半導体工程装置において、基板を堅固に吸着固定・解除するためのチャッキング・デチャッキングを行い、特に、十分なクランピング力（ｃｌａｍｐｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）を提供してチャッキングがなされるようにし得る。このようなクランピング圧力は保持しながら基板のチャッキング及びデチャッキング時間を向上させ得るように、セラミックサセプターのチャッキング電極が交流電圧によって駆動される。ヒーター機能は、このような基板の支持と共に、半導体ウエハー基板上に形成された薄膜層のエッチング工程（ｅｔｃｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）、又はフォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）の焼成工程などでプラズマ形成及び基板加熱のためにセラミックサセプターの高周波電極／ヒーター電極に電力を供給することによって駆動されてよい。

【0020】

したがって、以下、本発明において、セラミックサセプターのチャッキング電極がセラミックプレートに備えられ、電極ロッドを通ってチャッキング電極に電力が供給されることを取り上げて説明するが（静電チャック機能）、これに限定されるものではなく、本発明において、セラミックサセプターのチャッキング電極の代わりに、セラミックプレートにヒーター電極又はプラズマ発生のためのＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電極が備えられ、電極ロッドを通ってヒーター／ＲＦ電極に電力が供給される場合にも（ヒーター／プラズマ機能）、関連説明の類似の適用が可能であることは明らかである。

【0021】

図１は、本発明の一実施例に係るポリシリコンエッチング（Ｐｏｌｙ Ｅｔｃｈ）工程に主に用いられるセラミックサセプター１００の構造を説明するための図である。

【0022】

図１を参照すると、本発明の一実施例に係るセラミックサセプター１００は、ベース基材２００及びセラミックプレート３００を含む。セラミックサセプター１００は円形の形状が好ましいが、場合によっては、楕円形、長方形などの他の形状に設計されてもよい。

【0023】

ベース基材２００は、複数の金属層からなる多層構造物（ｍｕｌｔｉ－ｌａｙｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）から形成されてよく、それらの金属層は、ブレイジング（ｂｒａｚｉｎｇ）工程、ウェルディング（ｗｅｌｄｉｎｇ）工程又はボンディング（ｂｏｎｄｉｎｇ）工程などによって接合されてよい。セラミックプレート３００はベース基材２００上に固定され、これは所定の固定手段や接着手段によってベース基材２００上に固定されてよい。ベース基材２００とセラミックプレート３００は別個に作製されて接合されてもよく、場合によっては、ベース基材２００の上面に直接セラミックプレート３００の構造物を形成することも可能である。

【0024】

半導体工程などのためのチャンバーの内部にセラミックサセプター１００が装着された場合に、外部の冷却ガスを用いてセラミックプレート３００上の基板（例えば、ガラス基板、フレキシブル基板及び半導体ウエハー基板など）を均一に冷却させるために、ベース基材２００とセラミックプレート３００は所定の冷却構造（図示せず）を備えることができる。例えば、ベース基材２００とセラミックプレート３００の冷却ガス孔と冷却流路パターンを通して冷却ガスを流し、セラミックプレート３００上の基板を均一に冷却させることができる。このとき、冷却ガスとしては主にヘリウムガス（Ｈｅ）が用いられてよいが、必ずしもこれに限定されない。

【0025】

図１において、セラミックプレート３００は、絶縁層／誘電体層として第１セラミックシート層３１０、第１セラミックシート層３１０上にチャッキング電極を含む電極層３２０、電極層３２０上に絶縁層／誘電体層として第２セラミックシート層３３０を含む。

【0026】

電極層３２０のチャッキング電極などは、伝導性金属材質で構成されてよい。例えば、電極層３２０のチャッキング電極などは、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）及びチタニウム（Ｔｉ）のうち少なくとも一つで形成されてよく、より好ましくは、タングステン（Ｗ）で形成されてよい。電極層３２０は、ＣＶＤ、ＰＶＣ、溶射コーティング工程又はスクリーンプリント工程などを用いて形成されてよい。電極層３２０の電極、例えば、ＤＣ電極は、約１０μｍ～３０μｍの厚さを有する。例えば、電極層３２０の電極の厚さが１０μｍ未満であると、当該電極層内の気孔率及びその他欠陥によって抵抗値が増加し、該記抵抗値の増加によって静電吸着力が低下する現象が発生するため好ましくない。また、電極層３２０の電極の厚さが３０μｍを超えると、温度変化によってセラミックと電極層との界面間の応力が増加し、場合によっては部分分離によってアーキングなどの現象が発生することがあるため好ましくない。したがって、電極層３２０のＤＣ電極の厚さは、約１０μｍ～３０μｍの範囲を有することが好ましい。電極層３２０の電極は、該当の電極ロッド（図示せず）を通って電力が供給され、第２セラミックシート層３３０の上部に置かれる基板（図示せず）をロードする際にバイアスをかけて静電気力を発生させ、これでチャッキングがされ得る。基板（図示せず）をアンロードする際には、電極層３２０の電極に反対のバイアスをかけて放電がなされるようにし、これでデチャッキングがなされる。

【0027】

第１セラミックシート層３１０及び第２セラミックシート層３３０は、セラミック材質からなる。本発明によって、下記するように、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、ＣａＯを含むスラリーをミキシング、メルティング、クエンチング及びグラインディングして非晶質化された第１添加剤粉末を得た後、Ａｌ_２Ｏ_３粉末に、前記第１添加剤粉末、ＭｇＯ粉末を含む第２添加剤粉末、Ｙ_２Ｏ_３粉末を含む第３添加剤粉末を含めてセラミックシートを製造し、該セラミックシートを電極層３２０を挟んで所望の厚さに複数回積層して電極層３２０と共に焼結することにより、第１セラミックシート層３１０及び第２セラミックシート層３３０を形成することができる。

【0028】

一方、上述したように、図示してはいないが、本発明において、セラミックプレート３００は、電極３２０の他にも、セラミック材質、又は上のようなセラミックシート層同士の間に、ヒーター機能のためのヒーター電極と該当の電極ロッドをさらに含んでよい。すなわち、セラミックプレート３００は、セラミック材質の間にチャッキング電極３２０及び（又は）ヒーター／ＲＦ電極が上下に所定の間隔でセラミック材質を挟んで離隔して配置（埋設）されるように構成されてよい。これにより、セラミックプレート３００は加工対象基板を安定して支持しながら加熱及び（又は）プラズマ強化化学気相蒸着工程が可能なように構成され得る。セラミックプレート３００は、所定の形状を有する板状構造物であってよい。例えば、セラミックプレート３００は板状構造物となってよく、上視図において円形であることが好ましいが、必ずしもこれに限定されない。

【0029】

図２は、本発明の一実施例に係るセラミックサセプター１００のセラミックプレート３００を製造する過程を説明するためのフローチャートである。

【0030】

図２を参照すると、本発明の一実施例に係るセラミックサセプター１００のためのセラミックプレート３００を製造するために、第１セラミックシート層３１０及び第２セラミックシート層３３０を形成するためのセラミックシートを製造して得る（Ｓ１１０）。セラミックシートの製造過程は図３で具体的に説明する。

【0031】

次に、電極層３２０の電極が配置されたサンドウィッチ構造の積層構造を成形する（Ｓ１２０）。すなわち、それぞれが複数のセラミックシート層を含む、第１セラミックシート層３１０と第２セラミックシート層３３０との間に電極層３２０の電極のための伝導性金属材質が配置された成形体を製造する。例えば、所定のステージ又はキャリアフィルム上に、第１セラミックシート層３１０のためにセラミックシートを所望の厚さに複数回積層する。前記ステージ又はキャリアフィルム上には接着剤などを配置し、第１セラミックシート層３１０を容易に固定支持させることができる。その上には、電極層３２０の電極のための伝導性金属材質を配置する。伝導性金属材質の配置は、スクリーンプリンティングなどの印刷法でプリントされてよい。伝導性金属材質の厚さは１０μｍ～３０μｍであってよい。また、伝導性金属材質上には、第２セラミックシート層３３０のためにセラミックシートを所望の厚さに複数回積層する。電極層３２０のチャッキング電極の代わりに、ヒーター／プラズマ機能のためのヒーター電極／ＲＦ電極のための伝導性金属材質を配置してもよい。また、上述したように、電極層３２０のチャッキング電極に加え、ヒーター機能のためのヒーター電極／ＲＦ電極がさらに備えられたセラミックサセプター１００の製造のために、ヒーター電極／ＲＦ電極のための伝導性金属材質を第２セラミックシート層３３０上にさらに配置することもできる。この時、ヒーター電極／ＲＦ電極のための伝導性金属材質上に、第３セラミックシート層のためにセラミックシートを所望の厚さに複数回積層することができる。

【0032】

次に、セラミックサセプター１００を構成するサセプター１００ボディー部の全体的な形状に対応する当該積層構造の成形体内に含まれた炭素を除去するための還元雰囲気での脱脂工程、及び電極酸化防止のための還元雰囲気での常圧焼結がなされてよい（Ｓ１３０）。

【0033】

例えば、所定の成形モールドと加圧モールドを用いて次のように成形体に対する脱脂工程及び常圧焼結がなされてよい。すなわち、第１セラミックシート層３１０のためのセラミックシートの複数積層、電極層３２０のための金属材質の配置、及び第２セラミックシート層３３０のためのセラミックシートの複数積層（必要によって、セラミックシートの複数積層とヒーター電極／ＲＦ電極のための金属材質の追加配置）がなされた、当該積層構造の成形体に対して、まず、脱脂工程がなされてよい。脱脂工程では、当該積層構造の成形体内に残存する高分子化合物の除去のために、還元雰囲気で高温の熱を提供することにより、積層構造内の炭素化合物を除去する。この時、脱脂工程の温度は５００～７００℃の範囲が適切である。脱脂工程が行われた成形体は、電極の酸化防止のための還元雰囲気で常圧焼結がなされてよい。常圧焼結では、前記積層構造の成形体中のアルミナ粒子の緻密化を誘導するように高温で常圧焼結がなされる。常圧焼結工程の温度は１５００～１７００℃の範囲が適切である。

【0034】

図３は、本発明のセラミックシートを得るための製造過程を具体的に説明するためのフローチャートである。

【0035】

図３を参照すると、上記のようなセラミックシート層３１０，３３０のためのセラミックシートを得るための製造過程は、ミキシング（ｍｉｘｉｎｇ）（Ｓ２１０）、メルティング（ｍｅｌｔｉｎｇ）（Ｓ２２０）、ウォータークエンチング（ｗａｔｅｒ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）（Ｓ２３０）、グラインディング（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）（Ｓ２４０）、ミーリング（ｍｉｌｌｉｎｇ）（Ｓ２５０）及びテープキャスティング（ｔａｐｅ ｃａｓｔｉｎｇ）（Ｓ２６０）のような工程を含むことができる。

【0036】

すなわち、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、ＣａＯを含むスラリーをミキシング（Ｓ２１０）、メルティング（Ｓ２２０）、クエンチング（Ｓ２３０）及びグラインディング（Ｓ２４０）処理して非晶質化された第１添加剤粉末が得られ、その後、Ａｌ_２Ｏ_３粉末に前記第１添加剤粉末、ＭｇＯ粉末を含む第２添加剤粉末、Ｙ_２Ｏ_３粉末を含む第３添加剤粉末をミーリング（Ｓ２５０）及びテープキャスティング（Ｓ２６０）によって混合加工してセラミックシートを形成する。

【0037】

まず、非晶質化された第１添加剤粉末を得るために、ミキシング（Ｓ２１０）工程では、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、ＣａＯを含むスラリー、すなわち、ＣａＯ、ＳｉＯ_２、ＭｇＯの重量比が３５～５５ｗｔ％：３５～５０ｗｔ％：８～１８ｗｔ％であって、概略的にＣａＯ、ＳｉＯ_２、ＭｇＯの重量比（ｗｔ％）が１：０．７：０．３程度であるスラリーを所定の混合装置で混合する。スラリーには溶媒（例えば、水やアルコール）と分散剤が一部含まれてよい。

【0038】

メルティング（Ｓ２２０）工程では、前記スラリーを坩堝（例えば、Ｐｔ坩堝）に入れて加熱して溶かす。メルティング（Ｓ２２０）工程はその他にも１１００～１６００℃で１～３時間行われてよく、好ましくは１４００～１５００℃で２時間行われてよい。

【0039】

ウォータークエンチング（Ｓ２３０）工程では、メルティング（Ｓ２２０）工程で処理されて液状に変化した前記スラリーを非晶質化するために水で冷却させるが、液状に変化した前記スラリーを含んでいる容器を所定のウォータークエンチング装置の水に焼入れ（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）して急冷させることにより、液状に変化した前記スラリーを非晶質化させて非晶質固体を生成することができる。

【0040】

グラインディング（Ｓ２４０）工程では、ウォータークエンチング（Ｓ２３０）工程で生成される非晶質固体をビーズミル（Ｂｅａｄｓ Ｍｉｌｌ）装置などを用いてグラインドし、直径０．３～１．０μｍ程度の粉末（非晶質第１添加剤粉末）を生成する。上のようなＣａＯ、ＳｉＯ_２、ＭｇＯの混合によって、前記非晶質第１添加剤粉末は、ＣａＭｇＳｉＯ_４、ＣａＭｇＳｉ_２Ｏ_６、ＣａＭｇ（Ｓｉ_２Ｏ_７）などの非晶質固体状態のものが得られる。

【0041】

ミーリング（Ｓ２５０）工程では、Ａｌ_２Ｏ_３粉末に、前記第１添加剤粉末、ＭｇＯ粉末を含む第２添加剤粉末、Ｙ_２Ｏ_３粉末を含む第３添加剤粉末をボールミーリング（Ｂａｌｌ Ｍｉｌｌｉｎｇ）装置などを用いて均一に混合する。例えば、前記Ａｌ_２Ｏ_３粉末、前記第１添加剤粉末（ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、ＣａＯを含む非晶質粉末）、前記第２添加剤粉末（ＭｇＯ粉末）及び前記第３添加剤粉末（Ｙ_２Ｏ_３粉末）の重量比が、９４～９８ｗｔ％：１～３ｗｔ％：０．５～１．５ｗｔ％：０．５～１．５ｗｔ％となるように含めることができ、概略的に前記Ａｌ_２Ｏ_３粉末、前記第１添加剤粉末（ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、ＣａＯを含む非晶質粉末）、前記第２添加剤粉末（ＭｇＯ粉末）及び前記第３添加剤粉末（Ｙ_２Ｏ_３粉末）の重量比を９６：２：１：１程度にすることができる。

【0042】

テープキャスティング（Ｓ２６０）工程では、ミーリング（Ｓ２５０）工程で処理された混合粉末を溶媒、結合剤、分散剤、可塑剤などと適切な割合で混合してスラリーを製造した後、キャリアフィルム（Ｃａｒｒｉｅｒ ｆｉｌｍ）上に均一な厚さの板状に成形して乾燥させ、テープ形態のセラミックシートを作る。

【0043】

このように、本発明のセラミックサセプター１００の製造方法は、高温用セラミック静電チャックやヒーターなどのセラミックサセプター１００に適用されるセラミックシートの作製において、Ａｌ_２Ｏ_３を主要セラミックとし、また、固体的抵抗値を有するように添加剤としてＭｇＯ、ＳｉＯ_２、ＣａＯ及びＹ_２Ｏ_３などを添加して製造される。特に、添加されるＭｇＯ、ＳｉＯ_２、ＣａＯスラリーをまず高温で溶融した後に急冷させる工程によって非晶質化（ガラス化）させて非晶質粉末に作った後、Ａｌ_２Ｏ_３粉末に前記非晶質粉末と共にＭｇＯ粉末、Ｙ_２Ｏ_３粉末などをさらに添加することによってセラミックシートを製造する。

【0044】

本発明のように固体的抵抗セラミックとなるためには非晶質化された組成が必要であり、素材の高温安定性の向上のために焼結助剤（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ａｄｄｉｔｉｖｅ）を高い融点の非晶質で合成して添加した。非晶質がセラミック母材の焼結性を促進し、９８％以上の相対密度を有させることができる。また、粒子成長の制御及び高温特性の向上のためにＭｇＯ及びＹ_２Ｏ_３がさらに添加されており、さらに添加されるＭｇＯは、Ａｌ_２Ｏ_３セラミックの不均一な粒子成長を抑制することにより、焼結（Ｓ１３０）後の焼結体、すなわち、セラミックプレート３００におけるセラミック粒子のグレーンサイズ分布が０．５～５μｍ、平均としては約３μｍを有するようにし、高強度性の維持及び耐プラズマ性の増大を可能にした。

【0045】

＜実施例１＞

【0046】

本発明の一実施例によってＭｇＯ、ＳｉＯ_２、ＣａＯを含むスラリーによって［表１］、図４のような高い融点の非晶質組成からなるＣａＭｇＳｉ_２Ｏ_６焼結助剤を合成した。図４は、参考論文のＣａＯ－ＭｇＯ－ＳｉＯ_２位相ダイヤグラムの例である。参考論文は、「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ Ｅａｆ ａｎｄ Ｌａｄｌｅ Ｓｌａｇｓ ａｎｄ Ｌａｄｌｅ Ｒｅｆｉｎｉｎｇ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，Ｓｅｍａｎｔｉｃ Ｓｃｈｏｌａｒ，２０２１」を参考した。

【0047】

【表1】

【0048】

［表２］のように、Ａｌ_２Ｏ_３粉末に、非晶質粉末（Ｇｌａｓｓ）と共にＭｇＯ粉末、Ｙ_２Ｏ_３粉末などをさらに添加してセラミックシートを製造した。

【0049】

【表2】

【0050】

図５は、［表２］の実施例によって製造されたセラミックシートに対する表面ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真の例である。図５の（ａ）は、セラミックシートの比較例（例えば、商用製品など）であり、図５の（ｂ）は、［表２］のような本発明の実施例であり、図５の（ｃ）は、［表２］のような本発明の実施例において局部的な結晶化ガラス部分の例である。

【0051】

図５の（ｂ）のように、［表２］のような焼結助剤の添加量を制御することによって、不均一な粒子成長を抑制できることを確認したし、図５の（ｃ）のように、Ｙ_２Ｏ_３のような希土類を添加し、局部的に希土類を中心にした結晶化ガラスが形成されることを確認した。

【0052】

＜実施例２＞

【0053】

本発明の他の実施例によってＭｇＯ、ＳｉＯ_２、ＣａＯを含むスラリーを用いて高い融点の非晶質粉末を作って添加し、比較例の組成範囲内で各組成が含まれるようにしてセラミックシートを作製した。

【0054】

図６は、従来（非晶質粉末添加を利用しない）、本発明（新規）及び比較例のセラミックシート焼結体の成分分析結果である。

【0055】

図６の実施例のような組成の本発明のセラミックシートでは、比較例の密度３．８４ｇ／ｃｍ^３よりも高い密度（測定値）３．９４ｇ／ｃｍ^３を示した。

【0056】

図７は、従来技術（非晶質粉末添加を利用しない）又は比較例と本発明（新規）との機械的物性の比較グラフである。

【0057】

図７に示すように、本発明のセラミックシートでは、曲げ強度（ａ）、ビッカース硬度（ｂ）、及び体積抵抗（ｃ）がいずれも、従来技術又は比較例に比べて向上していることを確認した。特に、図７の（ｃ）のように、本発明のセラミックシートでは、高温溶融液状と希土類の添加によって高温体積抵抗特性が向上することを確認した。

【0058】

図８Ａは、シリコンウエハー、比較例のセラミックシート、本発明のセラミックシート（新規）のエッチング深さを比較した結果である。

【0059】

図８Ｂは、比較例のセラミックシート、本発明のセラミックシート（新規）のエッチング表面のＳＥＭ写真を比較した例である。

【0060】

図８Ａに示すように、所定のエッチング溶液を使用し、同一のエッチング条件において、本発明のセラミックシート（新規）は、シリコンウエハーはもとより、比較例のセラミックシートのエッチング深さ（１．７９）よりも相対的に低いエッチング深さ（１．６５）を示している。これは、図８Ｂのように本発明のセラミックシート（新規）の表面の溝サイズが比較例のセラミックシートのそれよりも小さいことからも、本発明のセラミックシート（新規）が緻密且つ微細な粒子で構成されていることが確認できる。

【0061】

＜実施例３＞

【0062】

図９は、本発明のセラミックシートの組成比率を異ならせて作製した場合（ケース番号０、１、２、３）の組成比率表である。

【0063】

図９に示すように、ケース２は、非晶質粉末を添加していない場合であり、ケース０は、非晶質粉末とＭｇＯ、Ｙ_２Ｏ_３粉末を添加剤とした場合であり、ケース１は、ケース０において非晶質粉末を原料配合比で計算して添加した場合であり、ケース２は任意に選定した配合原料配合比であり、ケース３はケース０においてＹ_２Ｏ_３粉末の添加がない場合である。

【0064】

図１０は、本発明の図９のケース番号０、１、２、３に対する体積抵抗及び密度を測定した結果である。

【0065】

図１０に示すように、全てのケースにおいて３．７９ｇ／ｃｍ^３以上の密度を示しており、２００℃で体積抵抗１０^１５Ωｃｍ以上を示している。

【0066】

図１１は、非晶質粉末添加を用いない従来技術における温度による体積抵抗グラフである。

【0067】

図１２は、本発明の図９のケース番号０、１、２、３に対する体積抵抗グラフである。

【0068】

図１１に示すように、従来技術では２００℃以上で体積抵抗が１０^１２Ωｃｍよりも小さく測定された。これに対し、本発明の図９の全ケース番号０、１、２、３に対して２００℃以上で概ね体積抵抗が１０^１５Ωｃｍ以上を維持することを確認した。

【0069】

図１３は、本発明の図９のケース番号０、１、２、３に対する表面ＳＥＭ写真である。

【0070】

図１３に示すように、ケース０（非晶質粉末とＭｇＯ、Ｙ_２Ｏ_３粉末を添加剤とした場合）では、サークル表示部分のように、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）がガラス質に溶けて界面に存在することが確認できる。また、ケース０、及びケース０から非晶質粉末を除いたケース１では、サークル表示部分のように、結晶化ガラスとして予想されるグレーンが発見されることが確認できる。

【0071】

また、ケース１において大部分のイットリアは粒子として存在し、ケース１、２において方向性による収縮率の相違があることが分かる。ケース２（非晶質粉末を添加しない場合）には異常粒子が多数成長していることが確認できる。ケース３（ケース０においてＹ_２Ｏ_３粉末添加がない場合）では、イットリアが添加されず、結晶化ガラスが見られないことが確認できる。

【0072】

その他にも、本発明のケース０（非晶質粉末とＭｇＯ、Ｙ_２Ｏ_３粉末を添加剤とした場合）では、ＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）測定の結果、ガラス質とイットリアが相対的に多量含まれることを確認した。これは、界面ではなく粒子位置で周辺粒子を吸収して成長することと考えられる。

【0073】

上述したように、本発明に係るセラミックサセプター１００の製造方法は、均一な組性であり、温度依存性がなく、固体的抵抗を有するセラミックサセプター１００を提供し、静電チャックに適用時に、温度依存性がなく、静電力の変化無しでチャッキングとデチャッキングが安定して行われるようにし得る。

【0074】

以上のように、具体的な構成要素などのような特定事項と限定された実施例及び図面によって本発明が説明されたが、これは、本発明のより全般的な理解を助けるために提供されたものに過ぎず、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で様々な修正及び変形が可能であろう。したがって、本発明の思想は、説明された実施例に限定して定められてはならず、添付する特許請求の範囲及びこの特許請求の範囲と均等又は等価の範囲で変形された技術思想はいずれも本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきであろう。

【符号の説明】

【0075】

２００ ベース基材
３００ セラミックプレート
３１０ 第１セラミックシート層
３３０ 第２セラミックシート層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】