JP6672244B2 - セラミックス接合体の製造方法 - Google Patents

Description

本明細書に開示される技術は、セラミックス接合体の製造方法に関する。

対象物（例えば、半導体ウェハ）を保持しつつ所定の処理温度（例えば、４００〜６５０℃程度）に加熱する加熱装置（「サセプタ」とも呼ばれる）が知られている。加熱装置は、例えば、成膜装置（ＣＶＤ成膜装置やスパッタリング成膜装置等）やエッチング装置（プラズマエッチング装置等）といった半導体製造装置の一部として使用される。

一般に、加熱装置は、所定の方向（以下、「第１の方向」という）に略直交する保持面および裏面を有する板状の保持体と、第１の方向に延びる柱状であり、保持体の裏面に接合された柱状支持体とを備える。保持体の内部には、抵抗発熱体が配置されており、保持体の裏面側には、抵抗発熱体に電気的に接続された複数の受電電極（電極パッド）が配置されている。また、柱状支持体内には、各受電電極に接合された電極端子が収容されている。電極端子および受電電極を介して抵抗発熱体に電圧が印加されると、抵抗発熱体が発熱し、保持体の保持面上に保持された対象物（例えば、半導体ウェハ）が例えば４００〜６５０℃程度に加熱される。

従来、加熱装置における保持体と柱状支持体とのセラミックス接合体の製造方法として、次の方法が知られている。予め焼結した保持体（板状のセラミックス体）と、予め焼結した柱状支持体（筒状のセラミックス体）とを、セラミックス結合層を介して焼結にて一体的に接合することによって、セラミックス接合体が形成される（特許文献１参照）。

特開２０００−１１４３５５号公報

従来のセラミックス接合体の製造方法では、先に、各セラミックス部材（保持体、柱状支持体）の形成のための焼成工程が行われ、その後、保持体と柱状支持体との接合のための焼成工程が行われる。このように、各セラミックス部材の形成のための焼成工程と、保持体と柱状支持体との接合のための焼成工程とが別々に行われると、例えば、セラミックス接合体の製造時間の長期化や製造工数の増加などの問題を招くため、製造効率について改善の余地があった。

なお、このような課題は、加熱装置に限らず、プレス成形法によって形成された第１のセラミックス部材とシート積層法によって形成された第２のセラミックス部材とを接合してセラミックス接合体を製造する方法に共通の課題である。

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本明細書に開示されるセラミックス接合体の製造方法は、互いに接合された第１のセラミックス部材と第２のセラミックス部材とを備えるセラミックス接合体の製造方法であって、プレス成形法により、セラミックスを主成分とし、前記第１のセラミックス部材となる焼成前のプレス成形前駆体を成形する工程と、シート積層法により、前記セラミックスを主成分とし、前記第２のセラミックス部材となる焼成前のシート積層前駆体を成形する工程と、前記プレス成形前駆体と前記シート積層前駆体との間に、前記セラミックスの粉末を含む接合剤を介在させることによって、前記プレス成形前駆体と前記シート積層前駆体との焼成前の接合前駆体を形成する工程と、前記接合前駆体を焼成することによって、前記セラミックス接合体を形成する工程と、を含む。本セラミックス接合体の製造方法では、プレス成形前駆体とシート積層前駆体との間に、セラミックスの粉末を含む接合剤を介在させることによって、プレス成形前駆体とシート積層前駆体との焼成前の接合前駆体を形成する。その後、接合前駆体を焼成することによって、セラミックス接合体を形成する。このように、第１のセラミックス部材の形成のための焼成と、第２のセラミックス部材の形成のための焼成と、第１のセラミックス部材と第２のセラミックス部材との接合のための焼成とが一括で行われるため、セラミックス接合体の製造効率の向上を図ることができる。

（２）上記セラミックス接合体の製造方法において、前記接合剤は、前記セラミックスの粉末と水と水溶性エポキシ樹脂とを含む構成としてもよい。接合のための焼成工程前において、プレス成形前駆体とシート積層前駆体との間に接合剤が介在した状態では、該接合剤の接着性が低いことに起因して、プレス成形前駆体とシート積層前駆体とが分離し易く、慎重な取り扱いが必要になることがある。これに対して、本セラミックス接合体の製造方法によれば、プレス成形前駆体とシート積層前駆体との間に介在させる接合剤は、比較的に接着性が高い水溶性エポキシ樹脂を含んでいるため、プレス成形前駆体とシート積層前駆体とは分離にし難く、取り扱い性が高い。

（３）上記セラミックス接合体の製造方法において、前記シート積層前駆体は、アクリル樹脂を含む構成としてもよい。本セラミックス接合体の製造方法では、シート積層前駆体は、バインダとしてアクリル樹脂を含む。アクリル樹脂は、例えばブチラール樹脂に比べて脱炭性が高い。このため、本セラミックス接合体の製造方法によれば、接合前駆体の焼成工程において、バインダが十分に抜けるため、第２のセラミックス部材における剥離を抑制することができる。

（４）上記セラミックス接合体の製造方法において、前記接合剤は、水溶性の硬化剤と、水溶性の分散剤とが含まれている構成としてもよい。本セラミックス接合体の製造方法では、硬化剤と分散剤とが水溶性であるため、接合剤に含まれる水溶性エポキシ樹脂とともに均一に混合されることによって、プレス成形前駆体およびシート積層前駆体に対する接合剤の接合強度を高くすることができる。

（５）上記セラミックス接合体の製造方法において、前記接合前駆体を焼成する工程において、前記プレス成形前駆体の焼成割り掛けと、前記シート積層前駆体の焼成割り掛けと、前記接合剤の焼成割り掛けとの間の差は、１％以内であることを特徴とする構成としてもよい。本セラミックス接合体の製造方法では、接合前駆体を焼成する工程において、プレス成形前駆体の焼成割り掛けと、シート積層前駆体の焼成割り掛けと、接合体の焼成割り掛けとの間の差は、１％以内である。これにより、焼成工程後においてセラミックス接合体にクラックや剥離が生じることを抑制することができる。

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば静電チャック、真空チャック等の保持装置、サセプタ等の加熱装置、シャワーヘッド等の半導体製造装置用部品、さらには、プレス成形法によって形成された第１のセラミックス部材とシート積層法によって形成された第２のセラミックス部材とが接合されて構成されたセラミックス接合体、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。

本実施形態における加熱装置１００の外観構成を概略的に示す斜視図である。 本実施形態における加熱装置１００のＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。 本実施形態における加熱装置１００の製造方法を示すフローチャートである。 加熱装置１００の製造工程の一部を概略的に示す説明図である。 加熱装置１００の製造工程における温度と湿度との関係を示す説明図である。 性能評価結果を示す説明図である。 アクリル樹脂とブチラール樹脂との温度変化に対する重量減率（％）の推移を示す説明図である。 グリーンシート用スラリーに含まれる樹脂の含有率と回収率ならびに樹脂の含有率と粘度との関係を示す説明図である。

Ａ．本実施形態：
Ａ−１．加熱装置１００の構成：
図１は、本実施形態における加熱装置１００の外観構成を概略的に示す斜視図であり、図２は、本実施形態における加熱装置１００のＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向といい、Ｚ軸負方向を下方向というものとするが、加熱装置１００は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。

加熱装置１００は、対象物（例えば、半導体ウェハＷ）を保持しつつ所定の処理温度（例えば、４００〜６５０℃程度）に加熱する装置であり、サセプタとも呼ばれる。加熱装置１００は、例えば、成膜装置（ＣＶＤ成膜装置やスパッタリング成膜装置等）やエッチング装置（プラズマエッチング装置等）といった半導体製造装置の一部として使用される。加熱装置１００は、特許請求の範囲におけるセラミックス接合体に相当する。

図１および図２に示すように、加熱装置１００は、保持体１０と柱状支持体２０とを備える。

（保持体１０）
保持体１０は、所定の方向（本実施形態では上下方向）に略直交する保持面Ｓ１および裏面Ｓ２を有する略円板状の部材である。保持体１０は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）を主成分とするセラミックスにより形成されている。なお、ここでいう主成分とは、含有割合（重量割合）の最も多い成分を意味する。保持体１０の直径は、例えば１００ｍｍ以上、５００ｍｍ以下程度であり、保持体１０の厚さ（上下方向における長さ）は、例えば３ｍｍ以上、１０ｍｍ以下程度である。保持体１０は、特許請求の範囲における第２のセラミックス部材に相当する。

図２に示すように、保持体１０の内部には、保持体１０を加熱するヒータとしての抵抗発熱体５０が配置されている。抵抗発熱体５０は、例えば、タングステンやモリブデン等の導電性材料により形成されている。抵抗発熱体５０の一対の端部は、保持体１０の周縁側に配置されている。また、保持体１０の内部には、一対の周縁側ビア導体５１と、一対の導電路５３と、ビア群５２とが設けられている。各周縁側ビア導体５１は、上下方向に延びる線状の導電体であり、保持体１０の周縁側に位置している。各周縁側ビア導体５１の上端は、抵抗発熱体５０の各端部に接続されている。各導電路５３は、保持体１０の径方向に延びる線状の導電体であり、各導電路５３の上記径方向外側の端部に、各周縁側ビア導体５１の下端が接続されている。ビア群５２は、上下方向に延びる線状の導電体である複数（本実施形態では、２つ）のビア５２Ａを含む。各ビア５２Ａの上端は、各導電路５３の上記径方向内側の端部に接続されている。また、保持体１０の裏面Ｓ２の中央部付近には、一対の凹部１２が形成されており、各凹部１２内には受電電極（電極パッド）５４が配置されている。各受電電極５４は、保持体１０の裏面Ｓ２に露出するように配置されており、受電電極５４の露出部分は接合部５６に覆われている。各ビア５２Ａの下端は各受電電極５４に接続されている。これにより、抵抗発熱体５０と各受電電極５４とが電気的に接続されている。

（柱状支持体２０）
柱状支持体２０は、上記所定の方向（上下方向）に延びる略円柱状部材である。柱状支持体２０は、保持体１０と同様に、例えばアルミナを主成分とするセラミックスにより形成されている。柱状支持体２０の外径は、例えば３０ｍｍ以上、９０ｍｍ以下程度であり、柱状支持体２０の高さ（上下方向における長さ）は、例えば１００ｍｍ以上、３００ｍｍ以下程度である。柱状支持体２０は、特許請求の範囲における第１のセラミックス部材に相当する。

保持体１０と柱状支持体２０とは、保持体１０の裏面Ｓ２と柱状支持体２０の上面Ｓ３とが上下方向に対向するように配置されている。柱状支持体２０は、保持体１０の裏面Ｓ２の中心部付近に、後述の接合材料により形成された接合層３０を介して接合されている。

図２に示すように、柱状支持体２０には、保持体１０の裏面Ｓ２側に開口する貫通孔２２が形成されている。貫通孔２２は、上下方向と略同一方向に延び、延伸方向にわたって略一定の内径を有する断面略円形の孔である。貫通孔２２には、複数（本実施形態では２つ）の電極端子７０が収容されている。各電極端子７０の上端部は、金属ろう材（例えば金ろう材）を含む接合部５６を介して受電電極５４に接合されている。なお、接合部５６は、ろう材以外の物質を含んでいてもよい。図示しない電源から各電極端子７０、各受電電極５４、ビア群５２（ビア５２Ａ）を介して抵抗発熱体５０に電圧が印加されると、抵抗発熱体５０が発熱し、保持体１０の保持面Ｓ１上に保持された対象物（例えば、半導体ウェハＷ）が所定の温度（例えば、４００〜６５０℃程度）に加熱される。

Ａ−２．加熱装置１００の製造方法：
次に、本実施形態における加熱装置１００の製造方法を説明する。図３は、本実施形態における加熱装置１００の製造方法を示すフローチャートであり、図４は、加熱装置１００の製造工程の一部を概略的に示す説明図であり、図５は、加熱装置１００の製造工程における温度と湿度との関係を示す説明図である。

はじめに、プレス成形前駆体２０Ｐとシート積層前駆体１０Ｐとをそれぞれ成形する（図４（Ａ）参照）。プレス成形前駆体２０Ｐは、後述の焼成工程（Ｓ１５０）によって柱状支持体２０となる焼成前のプレス成形体である。シート積層前駆体１０Ｐは、後述の焼成工程（Ｓ１５０）によって保持体１０となる焼成前のシート積層体である。一般に、プレス成形法だけでは、加熱装置１００のような凹凸形状を有する構造体を一括で成形することは困難である。一方、シート積層法では、保持体１０のような平板状の部材を成形することは比較的に容易だが、柱状支持体２０のような所定方向に長い棒状体を成形することは比較的に困難である。そこで、本実施形態では、棒状の柱状支持体２０の前駆体であるプレス成形前駆体２０Ｐをプレス成形法により成形し、平板状の保持体１０の前駆体であるシート積層前駆体１０Ｐをシート積層法により成形する。以下、詳説する。

（プレス成形前駆体２０Ｐの成形工程）
プレス成形法により、プレス成形前駆体２０Ｐを成形する（Ｓ１１０）。まず、アルミナ粉末（例えば、ＡＥＳ−１２、住友化学株式会社製、平均粒径約０．５μｍ以下）１００重量部に、焼結助剤として酸化マグネシウム（ＭｇＯ、アルミナ粉末に対する含有量０．０５重量部）を添加する。このアルミナ粉末に酸化マグネシウムを添加した混合物に、さらに、溶剤としての水と、アクリル樹脂（例えば、約２２．１ｖｏｌ％）とを加えて、ボールミルにて混合し、プレス用スラリーを得る。このプレス用スラリーをスプレードライヤーにて顆粒化し、原料粉末を作製する。次に、貫通孔２２に対応する中子が配置されたゴム型に原料粉末を充填し、冷間静水圧プレスを行う。これにより、略円柱状のプレス成形前駆体２０Ｐが成形される。なお、プレス成形前駆体２０Ｐの各サイズは、例えば、上下方向の長さが約５０ｍｍ、外径が約６ｍｍ、内径が２．４ｍｍである。

（シート積層前駆体１０Ｐの成形工程）
シート積層法により、シート積層前駆体１０Ｐを成形する（Ｓ１２０）。まず、上述のプレス成形前駆体２０Ｐの成形工程（Ｓ１１０）で使用した、アルミナ粉末１００重量部に酸化マグネシウム０．０５重量部を添加した混合物と同じものに、さらに、溶剤としてのトルエン（例えば、アルミナ粉末に対する含有量約１６．７重量部）とメチルエチルケトン（ＭＥＫ 例えば、アルミナ粉末に対する含有量約１６．７重量部）とを添加する。これらの溶剤が添加された混合物を、直径約１０ｍｍの玉石が２ｋｇ入った樹脂製ポットに入れて、分散混合を約２０時間行う。次に、分散混合して得られたスラリーに、バインダとしての樹脂（例えばブチラール樹脂またはアクリル樹脂）を、例えば３９．５ｖｏｌ％以上、４５．５ｖｏｌ％以下だけ添加し、約３０分間樹脂混合を行って、グリーンシート用スラリーを作製する。このグリーンシート用スラリーを約１分間脱泡した後、図示しないキャスティング装置でシート状に成形した後に乾燥させ、グリーンシートを複数枚作製する。

また、アルミナ粉末、アクリル系バインダ、テルピネオール等の有機溶剤の混合物に、タングステンやモリブデン等の導電性粉末を添加して混練することにより、メタライズペーストを作製する。このメタライズペーストを例えばスクリーン印刷装置を用いて印刷することにより、特定のグリーンシートに、後に抵抗発熱体５０や受電電極５４等となる未焼結導体層を形成する。また、グリーンシートにあらかじめビア孔を設けた状態で印刷することにより、後にビア群５２（ビア５２Ａ）となる未焼結導体部を形成する。

次に、これらのグリーンシートを複数枚（例えば１４枚）熱圧着し、必要に応じて外周を切断して、グリーンシート積層体を作製する。このグリーンシート積層体をマシニングによって切削加工して円板状の成形体を作製する。これにより、シート積層前駆体１０Ｐが成形される。

（接合スラリー３０Ｐの作製工程）
接合スラリー３０Ｐを作製する（Ｓ１３０）。接合スラリー３０Ｐは、後に接合層３０になる硬化・焼成前の接合剤である。まず、上述のプレス成形前駆体２０Ｐの成形工程（Ｓ１１０）で使用した、アルミナ粉末１００重量部に酸化マグネシウム０．０５重量部を添加した混合物と同じものに、さらに、分散剤としてのカルボン酸含有ポリマー変性物（例えば、フローレンＧ−７００、共栄社化学株式会社製、アルミナ粉末に対する含有量約０．５重量部）を添加し、溶剤としてのイオン交換水（例えば、アルミナ粉末に対する含有量約１９重量部）を投入し、約１２時間分散混合を行う。次に、分散混合したスラリーに水溶性エポキシ樹脂（例えば、グリセロールポリグリシジルエーテル、ＥＸ３１３、ナガセケムテックス株式会社製、水溶率９９％、アルミナ粉末に対する含有量約７．１６重量部）を投入し、約１０分間、スプーンで混合を行う。スプーンで混合後のスラリーに硬化剤としての鎖状脂肪族ポリアミン（例えば、トリエチレンテトラミン、アルミナ粉末に対する含有量約１．２４重量部）を添加し、さらに約２分間、スプーンで混合を行う。これにより、接合スラリー３０Ｐが作製される。

なお、水溶性エポキシ樹脂の水溶率は、８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましい。水溶率は、常温（室温：２５℃）にて、水９０部にエポキシ樹脂１０部を混合したときに溶解する割合を数値化したものである。すなわち、水９０部にエポキシ樹脂１０部が全て溶解した場合、水溶率１００％であり、水９０部にエポキシ樹脂５部が溶解し、エポキシ樹脂の残りの５部が溶解しなかった場合、水溶率５０％である。水溶性エポキシ樹脂の水溶率は高いほど好ましい。水溶率が低いほど、水に溶解せずに残存するエポキシ樹脂が多くなり、その結果、後述の焼成工程（Ｓ１５０）後に接合層３０に空隙が生じる可能性が高いためである。この理由は、次の通りであると考えられる。すなわち、エポキシ樹脂の水溶率が低いと、未溶解のエポキシ樹脂が接合層３０中に塊状で存在し、この塊状のエポキシ樹脂が、脱脂、焼成工程で塊状の大きさのまま焼失して空隙となる。これに対し、エポキシ樹脂の水溶率が高いと、接合層３０中に塊状のエポキシ樹脂が存在しても、塊状のエポキシ樹脂の数は少なく、かつ、塊状のエポキシ樹脂のサイズが小さいため、空隙が小さい。このため、エポキシ樹脂の水溶率が低いほど、後述の焼成工程（Ｓ１５０）後に接合層３０に空隙が生じる可能性が高くなると考えられる。アルミナ粉末は、特許請求の範囲におけるセラミックスの粉末に相当し、接合スラリー３０Ｐは、特許請求の範囲における接合剤に相当する。

（接合前駆体１００Ｐの形成工程）
次に、接合前駆体１００Ｐを形成する（Ｓ１４０）。接合前駆体１００Ｐは、プレス成形前駆体２０Ｐとシート積層前駆体１０Ｐとの間に、接合硬化体３０ＰＸが介在したものである。接合硬化体３０ＰＸは、熱硬化処理によって接合スラリー３０Ｐが硬化したものである。この接合硬化体３０ＰＸによって、プレス成形前駆体２０Ｐとシート積層前駆体１０Ｐとが接着されている（図４（Ｂ）参照）。まず、シート積層前駆体１０Ｐを、図示しないシリコンゴム型に入れて、シート積層前駆体１０Ｐの裏面Ｓ２側に所定量の接合スラリー３０Ｐを塗布し、その接合スラリー３０Ｐが塗布された部分にプレス成形前駆体２０Ｐを配置する。そして、接合スラリー３０Ｐが介在したシート積層前駆体１０Ｐとプレス成形前駆体２０Ｐとの組付体に対して、図示しない恒温恒湿器によって熱硬化処理を施すことにより、接合スラリー３０Ｐが硬化して接合硬化体３０ＰＸが形成される。これにより、接合前駆体１００Ｐが形成される。

接合前駆体１００Ｐでは、接合スラリー３０Ｐに含まれる水溶性エポキシ樹脂の比較的高い接着性によって、シート積層前駆体１０Ｐとプレス成形前駆体２０Ｐとが接着されており、互いに分離し難い。但し、接合スラリー３０Ｐに対する熱硬化処理の加熱温度は、後述の焼成工程の焼成温度より低い。このため、接合前駆体１００Ｐにおいて、シート積層前駆体１０Ｐとプレス成形前駆体２０Ｐと接合硬化体３０ＰＸとは、未焼成である。

なお、接合スラリー３０Ｐの硬化条件は、例えば、加熱温度８０℃、相対湿度１００％ＲＨ、加熱時間５時間、昇温速度および降温速度５℃／ｈである。加熱温度を８０℃以上とすることにより、接合スラリー３０Ｐの硬化時間が短縮し、加熱装置１００の製造効率が向上する。また、高湿度にすることにより、乾燥収縮に起因して接合硬化体３０ＰＸにクラックが発生することが抑制される。

（接合焼結体１００Ｘの形成工程）
接合前駆体１００Ｐを脱脂・焼成することによって、接合焼結体１００Ｘを形成する（Ｓ１５０）。接合焼結体１００Ｘは、加熱装置１００のうち、保持体１０と柱状支持体２０と接合層３０とを含み、接合部５６と電極端子７０とを含まないものである。まず、接合前駆体１００Ｐを、シリコンゴム型から取り出して加湿乾燥を行う。この加湿乾燥条件は、例えば、図５に示すように、乾燥温度８０℃、相対湿度８０％ＲＨにて１２時間乾燥し、相対湿度８０％ＲＨから降湿速度５％ＲＨ／ｈで４時間かけて相対湿度６０％ＲＨまで降湿し、相対湿度６０％ＲＨにて１２時間乾燥し、相対湿度６０％ＲＨから降湿速度５％ＲＨ／ｈで４時間かけて相対湿度４０％ＲＨまで降湿し、相対湿度４０％ＲＨにて１２時間乾燥し、最後に降温速度５℃／ｈで約１０時間かけて室温付近まで降温して接合焼結体１００Ｘを取り出す。降温時の湿度は成行きで変化した。相対湿度を制御しながら、８０℃で合計４４時間乾燥を行った。乾燥温度８０℃、相対湿度８０％ＲＨの高温高湿環境から湿度を緩やかに低下させることにより、乾燥収縮に起因して接合硬化体３０ＰＸまたは接合層３０にクラックが発生することが抑制される。以下、加湿乾燥後の接合前駆体１００Ｐを、「接合加湿乾燥体」という。

接合加湿乾燥体を脱脂し、さらにこの脱脂後の接合加湿乾燥体を焼成する。これにより、接合層３０によって互いに接合された保持体１０と柱状支持体２０とを備える接合焼結体１００Ｘが作製される（図４（Ｃ）参照）。この脱脂条件は、例えば、脱脂温度４００℃、脱脂時間２時間、昇温速度および降温速度２．５℃／ｈである。また、焼成条件は、例えば、焼成温度１６００℃、焼成時間６時間、昇温速度および降温速度２５℃／ｈである。
接合焼結体１００Ｘは、特許請求の範囲におけるセラミックス接合体に相当する。

接合焼結体１００Ｘの形成後、柱状支持体２０の各貫通孔２２内に各電極端子７０を挿入し、各電極端子７０の上端部を各受電電極５４に例えば金ろう材によりろう付けすることにより接合部５６を形成する（Ｓ１６０）。以上の製造方法により、上述した構成の加熱装置１００が製造される。

Ａ−３．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の加熱装置１００の製造方法では、プレス成形前駆体２０Ｐとシート積層前駆体１０Ｐとの間に、セラミックスの粉末を含む接合スラリー３０Ｐを介在させることによって、プレス成形前駆体２０Ｐとシート積層前駆体１０Ｐとの焼成前の接合前駆体１００Ｐを形成する（図３のＳ１４０、図４（Ｂ）参照）。その後、接合前駆体１００Ｐを焼成することによって、接合焼結体１００Ｘを形成する（図３のＳ１５０、図４（Ｃ）参照）。このように、本実施形態の加熱装置１００の製造方法によれば、プレス成形前駆体２０Ｐの形成のための焼成と、シート積層前駆体１０Ｐの形成のための焼成と、プレス成形前駆体２０Ｐとシート積層前駆体１０Ｐとの接合のための焼成とが一括で行われるため、接合焼結体１００Ｘ（加熱装置１００）の製造効率の向上を図ることができる。

また、本実施形態では、接合スラリー３０Ｐは、比較的に接着性が高い水溶性エポキシ樹脂を含んでいる。このため、本実施形態では、接合スラリー３０Ｐが、水溶性エポキシ樹脂の代わりに、例えばブチラール樹脂を含んでいる場合に比べて、プレス成形前駆体２０Ｐとシート積層前駆体１０Ｐとの間の接着強度が高く、プレス成形前駆体２０Ｐとシート積層前駆体１０Ｐとは分離し難い。これにより、接合前駆体１００Ｐの搬送中や加湿乾燥中や、接合加湿乾燥体の焼成中において、接合スラリー３０Ｐの破損等の発生が抑制されるため、接合前駆体１００Ｐや接合加湿乾燥体の取り扱い性（ハンドリング性）を向上させることができる。その結果、加熱装置１００の製造効率が向上する。

また、プレス成形前駆体２０Ｐとシート積層前駆体１０Ｐとの少なくとも１つにバインダとして水溶性のアクリル樹脂が含まれている場合、接合スラリー３０Ｐに溶剤として水が含まれていることが好ましい。このような場合、接合前駆体１００Ｐにおいて、シート積層前駆体１０Ｐと接合スラリー３０Ｐとの界面や、プレス成形前駆体２０Ｐと接合スラリー３０Ｐとの界面において、シート積層前駆体１０Ｐやプレス成形前駆体２０Ｐに含まれるアクリル樹脂が接合スラリー３０Ｐに含まれる水に溶解することによって、各界面の接着強度が向上し、焼成前の接合前駆体１００Ｐの取り扱い性が向上したり、焼成後の接合焼結体１００Ｘにクラックや剥離が発生することを抑制できたりするためである。また、作業環境や安全性の面からも、溶剤として、可燃性の有機溶剤よりも水を使用する方が好ましい。

また、本実施形態において、シート積層前駆体１０Ｐは、バインダとしてアクリル樹脂を含むことが好ましい。アクリル樹脂は、例えばブチラール樹脂に比べて脱炭性が高い。このため、シート積層前駆体１０Ｐがバインダとしてアクリル樹脂を含む場合には、接合前駆体１００Ｐの焼成工程（Ｓ１５０）において、バインダが十分に抜けるため、シート積層法によって成形された保持体１０におけるグリーンシート間の剥離を抑制することができる。なお、シート積層前駆体１０Ｐの直径が比較的に大きい構成や、シート積層前駆体１０Ｐにおけるグリーンシートの積層枚数が比較的に多い構成では、シート積層前駆体１０Ｐの成形にバインダが多く使用され、乾燥工程において接合加湿乾燥体内にバインダが残存し易く、焼成後において保持体１０を構成するシート間で剥離が生じやすい。このため、これらのような接合加湿乾燥体内にバインダが残存し易い構成において、シート積層前駆体１０Ｐにバインダとしてアクリル樹脂を含ませることは、特に有効である。

また、上記実施形態において、接合スラリー３０Ｐに含まれる硬化剤と分散剤とは、水溶性であることが好ましい。これにより、硬化剤と分散剤とは、接合スラリー３０Ｐに含まれる水溶性エポキシ樹脂とともに略均一に混合されることによって、接合スラリー３０Ｐによる接合強度を高くすることができる。

ここで、焼成割り掛けとは、焼成工程における部材の収縮度合いを数値化したものであり、次の式で示すことができる。
焼成割り掛け＝焼成前の部材の寸法／焼成後の部材の寸法
焼成による収縮量が多いほど、焼成割り掛けの値は大きくなり、焼成による収縮量が少ないほど、焼成割り掛けの値は「１」に近づく。本実施形態では、接合前駆体１００Ｐ（接合加湿乾燥体）の焼成工程（Ｓ１５０）において、プレス成形前駆体２０Ｐの焼成割り掛けと、シート積層前駆体１０Ｐの焼成割り掛けと、接合スラリー３０Ｐの焼成割り掛けとの間の差は、１％以内であることが好ましい。ここで、これら３者１０Ｐ，２０Ｐ，３０Ｐの間における焼成割り掛けの差が１％以内である、とは、これらの３者から任意に選択したどの２者についても、２者の間における焼成割り掛けの差は、２者のそれぞれの焼成割り掛けの値の１％以内であることを意味する。これにより、焼成工程後において接合焼結体１００Ｘにクラックや剥離が生じることを抑制することができる。

この点、本実施形態では、プレス成形前駆体２０Ｐとシート積層前駆体１０Ｐとは同じセラミックスを主成分として含んでおり、さらに、接合スラリー３０Ｐにも同じセラミックスの粉末が含まれている。このため、プレス成形前駆体２０Ｐの焼成割り掛けと、シート積層前駆体１０Ｐの焼成割り掛けと、接合スラリー３０Ｐの焼成割り掛けとの間の差が小さい。すなわち、上述の焼成工程（Ｓ１５０）における３者１０Ｐ，２０Ｐ，３０Ｐの間の焼成収縮量の差が小さい。これにより、例えば、焼成工程後において、保持体１０と接合層３０との間の剥離、柱状支持体２０と接合層３０との間の剥離や、接合層３０へのクラックの発生等が生じることが抑制され、柱状支持体２０と保持体１０との接合強度の向上を図ることができる。

Ａ−４．性能評価：
接合焼結体１００Ｘの製造方法に関する実施例１〜５について性能評価を行った。図６は、性能評価結果を示す説明図である。以下、この性能評価について説明する。

Ａ−４−１．各実施例について：
図６に示すように、実施例１〜５は、基本的には上述した加熱装置１００の製造方法（図３のＳ１１０〜Ｓ１５０）と同じ製造方法である。ただし、実施例１〜５は、シート積層前駆体１０Ｐの成形工程（Ｓ１２０）において、グリーンシート用スラリー（シート積層前駆体１０Ｐ）に含まれる樹脂の種類と該樹脂の含有率との少なくとも１つが互いに異なる。

具体的には、実施例１では、グリーンシート用スラリーに含まれる樹脂はブチラール樹脂であり、含有率は４１．０ｖｏｌ％であり、実施例２では、グリーンシート用スラリーに含まれる樹脂はアクリル樹脂であり、含有率は３９．５ｖｏｌ％であり、実施例３では、グリーンシート用スラリーに含まれる樹脂はアクリル樹脂であり、含有率は４１．５ｖｏｌ％である。また、実施例４では、グリーンシート用スラリーに含まれる樹脂はアクリル樹脂であり、含有率は４３．５ｖｏｌ％であり、実施例５では、グリーンシート用スラリーに含まれる樹脂はアクリル樹脂であり、含有率は４５．５ｖｏｌ％である。

Ａ−４−２．各性能評価の方法について：
図６中の「粘度」および「回収率」は、それぞれ、各実施例１〜５におけるグリーンシート用スラリーの粘度（Ｐａ・ｓ）と回収率（％）とを意味する。グリーンシート用スラリーの粘度は、公知のＢ型粘度計を用いて測定した。グリーンシート用スラリーの回収率は、予め準備されたグリーンシート用スラリーの原料（上述のアルミナ粉末等）の調合量に対する、該原料を上述の樹脂製ポットに入れて分散混合した後に樹脂製ポットから取り出されたグリーンシート用スラリーの重量の比率である。グリーンシート用スラリーの回収率が低いことは、樹脂製ポットや玉石に原料が付着することで樹脂製ポット内に残存し、シート積層前駆体１０Ｐ（保持体１０）の成形に使用されない原料が多いことを意味しており、加熱装置１００の生産コストの上昇につながるため、好ましくない。

図６中の「焼成割り掛け」は、各実施例１〜４について、シート積層前駆体１０Ｐとプレス成形前駆体２０Ｐと接合スラリー３０Ｐとのそれぞれの焼成割り掛けの値を意味する。各焼成割り掛けの値は、シート積層前駆体１０Ｐとプレス成形前駆体２０Ｐと接合スラリー３０Ｐとのそれぞれについて、接合前駆体１００Ｐの焼成工程（Ｓ１５０）の前後の寸法を測定することにより算出した。

図６中の「取り扱い性」は、脱脂後の接合前駆体１００Ｐ（接合加湿乾燥体）の取り扱い性を意味する。接合加湿乾燥体は、有機物であるバインダ成分がほとんどなくなっているため、比較的壊れやすくなっている。接合加湿乾燥体の強度が、第１の強度（例えば、焼成のために接合加湿乾燥体を搬送する際に通常の取り扱いの範囲内であれば、破損しない程度の強度）以上である場合、最良「○」と判定した。接合加湿乾燥体の強度が、第１の強度未満であり、かつ、第２の強度（例えば、接合加湿乾燥体を搬送する際に、振動や衝撃を与えないようやや注意が必要な程度の強度）以上である場合、良好「Δ」と判定した。接合加湿乾燥体の強度が、第２の強度未満である場合、不良「×」と判定した。

図６中の「デラミネーション」は、接合層３０におけるデラミネーション（層状の剥離、クラック）の有無を意味する。接合焼結体１００Ｘの接合層３０の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、剥離やクラックが確認できなかった場合、良好「○」と判定し、剥離やクラックが確認できた場合、不良「×」と判定した。

Ａ−４−３．評価結果について：
図６に示すように、実施例１では、焼成割り掛けの評価において、シート積層前駆体１０Ｐの焼成割り掛けの値は「１．２２０」であり、プレス成形前駆体２０Ｐや接合スラリー３０Ｐの焼成割り掛けの値「１．２００」より大きい。具体的には、実施例１において、シート積層前駆体１０Ｐの焼成割り掛けと、プレス成形前駆体２０Ｐや接合スラリー３０Ｐの焼成割り掛けとの間の差は、０．０２０であり、プレス成形前駆体２０Ｐ等の焼成割り掛けの値「１．２００」の１％に相当する差「０．０１２」より大きい。ここで、実施例１において、シート積層前駆体１０Ｐの焼成割り掛けの値を小さくして、プレス成形前駆体２０Ｐ等の焼成割り掛けの値に近づけようとすると、加熱装置１００の製造効率が低下するおそれがある。すなわち、シート積層前駆体１０Ｐの焼成割り掛けの値を小さくするには、シート積層前駆体１０Ｐにおけるブチラール樹脂の添加量を減らす必要がある。しかし、ブチラール樹脂の添加量を減らすと、グリーンシートにおいてアルミナの粉末等が十分に分散していない部分が存在することによって、グリーンシートの柔軟性が低下することがある。グリーンシートの柔軟性が低下すると、例えば、グリーンシートの搬送や積層中にグリーンシートにクラックが生じたり、穴開けや切断などの生加工工程でクラックが生じたりするなど、グリーンシートの取り扱い性や加工性が低下するおそれがあるからである。

また、実施例１では、取り扱い性の評価において、良好「Δ」と判定された。このことは、グリーンシート用スラリーに含まれる樹脂がブチラール樹脂である場合でも、図３に示す上記製造方法を用いることにより、取り扱い性の低下を抑制できることを意味する。但し、実施例１では、デラミネーションの評価において、不良「×」と判定された。実施例１では、接合焼結体１００Ｘの接合層３０の断面のＳＥＭ画像の観察において、接合層３０の焼結体組織に比較的に大きい気孔が確認された。実施例１において、接合層３０に比較的に大きい気孔が存在する理由は、接合前駆体１００Ｐの形成工程（Ｓ１４０）において、シート積層前駆体１０Ｐやプレス成形前駆体２０Ｐに含まれる樹脂が接合スラリー３０Ｐに溶出し、接合スラリー３０Ｐにおける樹脂量が多くなり、接合層３０に気孔として残存したものと考えられる。

また、図６に示すように、実施例２〜４では、焼成割り掛けの評価において、シート積層前駆体１０Ｐの焼成割り掛けの値は「１．１８８」「１．１９０」であり、実施例１に比べて、プレス成形前駆体２０Ｐ等の焼成割り掛けの値「１．２００」に近い。具体的には、実施例２〜４において、シート積層前駆体１０Ｐの焼成割り掛けと、プレス成形前駆体２０Ｐ等の焼成割り掛けとの間の差は、シート積層前駆体１０Ｐ等の焼成割り掛けの値「１．２００」の１％に相当する差（０．０１２）以下である。実施例２〜４では、実施例１とは異なり、シート積層前駆体１０Ｐの焼成割り掛けの値を小さくしても、グリーンシートの取り扱い性や加工性が低下する可能性は低い。その理由は次の通りであると考えられる。すなわち、アクリル樹脂が分散機能を有するため、シート積層前駆体１０Ｐの焼成割り掛けを小さくするために、アクリル樹脂の添加量を減らしても、グリーンシートにおいてアルミナの粉末等が十分に分散されるため、グリーンシートの柔軟性の低下が抑制されるからである。

また、実施例２〜４では、いずれも、取り扱い性の評価において、最良「○」と判定され、デラミネーションの評価において、良好「○」と判定された。この理由の１つは、アクリル樹脂は、ブチラール樹脂に比べて、熱分解性が高いことである。図７は、アクリル樹脂とブチラール樹脂との温度変化に対する重量減率（％）の推移を示す説明図である。重量減率とは、各樹脂（アクリル樹脂、ブチラール樹脂）の当初の重量に対する昇温後の重量の割合である。各樹脂を大気中に配置し、昇温しながら各樹脂の重量を測定し、重量減率を算出した。各樹脂の重量は、大気流量１００ｍｌ／ｍｉｎの環境下において、室温から７００℃まで昇温速度２℃／ｍｉｎで昇温しつつ、示差熱天秤ＴＧ−ＤＴＡ（ＴＧ８１２０、株式会社リガク製）を用いて測定した。図７から分かるように、アクリル樹脂は、ブチラール樹脂に比べて、低い温度で重量減率が大きく低下している。このことは、アクリル樹脂は、ブチラール樹脂に比べて、熱分解性が高い（脱炭性が高い）ことを意味する。このため、実施例２〜４では、実施例１に比べて、脱脂・焼成工程（Ｓ１５０）において、シート積層前駆体１０Ｐからバインダが十分に抜けるため、接合層３０による接合強度が高く、接合層３０におけるデラミネーションの発生が抑制されている。

また、図８は、グリーンシート用スラリーに含まれる樹脂の含有率と回収率ならびに樹脂の含有率と粘度との関係を示す説明図である。図６の実施例２〜４の評価結果および図８に示すように、グリーンシート用スラリーに含まれる樹脂（アクリル樹脂）の含有率が高いほど、グリーンシート用スラリーの粘度が高くなり、回収率が低下することが分かる。上述したように、グリーンシート用スラリーに含まれるアクリル樹脂の含有率を高くすれば、シート積層前駆体１０Ｐとシート積層前駆体１０Ｐや接合スラリー３０Ｐとの間の焼成割り掛けの差を小さくすることができる。しかし、その反面、グリーンシート用スラリーに含まれるアクリル樹脂の含有率が高いほど、グリーンシート用スラリーの粘度が高くなり、回収率が低下し、加熱装置１００の生産コストの上昇につながることがわかる。その結果、実施例５では、回収率が著しく低下した。このため、グリーンシート用スラリーに含まれるアクリル樹脂の含有率は、３９．５ｖｏｌ％以上であることが好ましく、また、４５．０ｖｏｌ％以下であることが好ましい。

Ｂ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。

上記実施形態における加熱装置１００の製造方法はあくまで一例であり、種々変形可能である。図３において、ステップＳ１１０〜Ｓ１３０の処理の順序はいずれが先でもよく、これらの３つのステップのうちの少なくとも２つを同時期に並行して行うとしてもよい。加熱装置１００を構成する各部材の形成材料の含有率は、あくまでも例示であり、上述した数値とは異なる含有率であってもよい。

また、上記実施形態における加熱装置１００を構成する各部材の形成材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により形成されてもよい。例えば、上記実施形態における加熱装置１００では、保持体１０、柱状支持体２０および接合層３０に含まれるセラミックスは、アルミナであるとしているが、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）など、他のセラミックスであるとしてもよい。また、上記実施形態では、プレス成形前駆体２０Ｐの成形工程（Ｓ１１０）に使用される樹脂として、アクリル樹脂を例示したが、例えばブチラール樹脂など、他の種類の樹脂でもよい。また、上記実施形態では、シート積層前駆体１０Ｐの成形工程（Ｓ１２０）において、グリーンシート用スラリーに添加するバインダとしてブチラール樹脂やアクリル樹脂を例示したが、これらの以外の樹脂であるとしてもよい。

また、上記実施形態では、接合スラリー３０Ｐは、有機材として、比較的に接着性が高い水溶性エポキシ樹脂を含んでいるとしたが、例えば、ブチラール樹脂など、他の樹脂を含んでいるとしてもよい。また、上記実施形態において、接合スラリー３０Ｐは、水以外の溶剤を含むとしてもよい。また、上記実施形態では、接合スラリー３０Ｐに、分散剤として、水溶性のカルボン酸含有ポリマー変性物が添加されるとしているが、アンモニウム塩を含まない、他のカルボン酸系の分散剤が添加されるとしてもよいし、カルボン酸系以外の分散剤が添加されるとしてもよい。また、接合スラリー３０Ｐに、硬化剤として、水溶性の鎖状脂肪族ポリアミンが添加されるとしているが、これ以外の水溶性の硬化剤であるとしてもよい。

また、上記実施形態における加熱装置１００の構成は、あくまで例示であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、保持体１０および柱状支持体２０のＺ軸方向視の外形が略円形であるとしているが、他の形状であってもよい。また、柱状支持体２０に形成された貫通孔２２に収容される電極端子は、抵抗発熱体５０に電気的に接続された端子に限らず、例えば、プラズマを発生させる高周波（ＲＦ）電極に電気的に接続された端子や、静電吸着のための吸着電極に電気的に接続された端子でもよい。また、上記実施形態では、受電電極５４は、保持体１０の裏面Ｓ２に形成された凹部１２内に配置されているが、保持体１０の裏面Ｓ２上に配置されているとしてもよい。要するに、受電電極は、保持体の第２の表面側に配置されていればよい。

また、上記実施形態において、ビア群５２は、１つのビア５２Ａを含むとしてもよいし、３つ以上のビア５２Ａを含むとしてもよい。

本発明は、加熱装置に限らず、静電チャック、真空チャック等の保持装置、サセプタ等の加熱装置、シャワーヘッド等の半導体製造装置用部品の製造方法にも適用可能である。要するに、本発明は、プレス成形法によって形成された第１のセラミックス部材とシート積層法によって形成された第２のセラミックス部材とが接合されて構成されたセラミックス接合体の製造方法に適用可能である。

１０：保持体 １０Ｐ：シート積層前駆体 １２：凹部 ２０：柱状支持体 ２０Ｐ：プレス成形前駆体 ２２：貫通孔 ３０：接合層 ３０Ｐ：接合スラリー ３０ＰＸ：接合硬化体 ５０：抵抗発熱体 ５１：周縁側ビア導体 ５２：ビア群 ５２Ａ：ビア ５３：導電路 ５４：受電電極 ５６：接合部 ７０：電極端子 １００：加熱装置 １００Ｐ：接合前駆体 １００Ｘ：接合焼結体 Ｓ１：保持面 Ｓ２：裏面 Ｓ３：上面

Claims (2)

1. 第１のセラミックス部材と、所定の方向に略直交する保持面および裏面を有し、半導体ウェハが保持される板状の保持体である第２のセラミックス部材とを備え、前記第１のセラミックス部材と前記第２のセラミックス部材とが互いに接合されたセラミックス接合体の製造方法であって、
   前記第１のセラミックス部材は、前記所定の方向に延びる形状であり、前記第２のセラミックス部材の前記裏面に接合された柱状支持体であり、
   プレス成形法により、セラミックスを主成分とし、前記第１のセラミックス部材となる焼成前のプレス成形前駆体を成形する工程と、
   シート積層法により、前記セラミックスを主成分とし、含有率が４５．０ｖｏｌ％以下であるアクリル樹脂を含み、前記第２のセラミックス部材となる焼成前のシート積層前駆体を成形する工程と、
   前記プレス成形前駆体と前記シート積層前駆体との間に、前記セラミックスの粉末と水と水溶性エポキシ樹脂とを含む接合剤を介在させることによって、前記プレス成形前駆体と前記シート積層前駆体との焼成前の接合前駆体を形成する工程と、
   前記接合前駆体を焼成することによって、前記セラミックス接合体を形成する工程と、を含み、
   前記接合前駆体を焼成する工程において、前記プレス成形前駆体の焼成割り掛けと、前記シート積層前駆体の焼成割り掛けと、前記接合剤の焼成割り掛けとの間の差は、１％以内であることを特徴とする、セラミックス接合体の製造方法。
2. 請求項１に記載のセラミックス接合体の製造方法において、
   前記接合剤は、水溶性の硬化剤と、水溶性の分散剤とが含まれていることを特徴とする、セラミックス接合体の製造方法。

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