JP6994863B2

JP6994863B2 - Manufacturing method of ceramic parts

Info

Publication number: JP6994863B2
Application number: JP2017150440A
Authority: JP
Inventors: 誠若園; 晃文土佐; 龍之介坂巻
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2022-01-14
Anticipated expiration: 2037-08-03
Also published as: JP2019029600A

Description

本明細書に開示される技術は、セラミックス部材の製造方法に関する。 The techniques disclosed herein relate to methods of manufacturing ceramic members.

セラミックス基板の製造方法として、板状のセラミックス成形体を作製し、セラミックス成形体を焼成することによって板状のセラミックス焼成体を作製し、セラミックス焼成体に荷重を加えつつセラミックス焼成体を加熱する反り修正を行うことによって、反りの小さいセラミックス基板を得る方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。 As a method for manufacturing a ceramic substrate, a plate-shaped ceramic molded body is manufactured, a plate-shaped ceramic fired body is manufactured by firing the ceramic molded body, and the ceramic fired body is heated while applying a load to the ceramic fired body. A method of obtaining a ceramic substrate having a small warp by making modifications is known (see, for example, Patent Document 1).

特開平７－２７３４５６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-273456

半導体製造装置において、ウェハを保持する部品として、例えば静電チャックが用いられる。静電チャックは、板状のセラミックス体と、セラミックス体の内部に配置された内部電極（導電層）とを有するセラミックス板を備えており、内部電極に電圧が印加されることにより発生する静電引力を利用して、セラミックス板の表面（以下、「吸着面」という）にウェハを吸着して保持する。 In a semiconductor manufacturing apparatus, for example, an electrostatic chuck is used as a component for holding a wafer. The electrostatic chuck includes a ceramic plate having a plate-shaped ceramic body and an internal electrode (conductive layer) arranged inside the ceramic body, and is electrostatically generated when a voltage is applied to the internal electrodes. The attractive force is used to attract and hold the wafer on the surface of the ceramic plate (hereinafter referred to as "adsorption surface").

セラミックス板の製造の際には、例えば焼成時の温度ムラ等を原因として、セラミックス板に反りが発生することがある。セラミックス板に反りが発生すると、セラミックス板の吸着面の平面度が低下するため、好ましくない。また、セラミックス板の吸着面の平面度を向上させるために、セラミックス板の吸着面を研磨すると、吸着面の各位置における吸着面から内部電極までの距離（絶縁体厚さ）に差が発生し、その結果、吸着面の各位置における吸着力に差が発生するため、好ましくない。一方、セラミックス板の製造の際に上述した反り修正を行うと、吸着力の差の発生を抑制しつつ、反りの小さいセラミックス板を得ることができる。 When manufacturing a ceramic plate, the ceramic plate may be warped due to, for example, temperature unevenness during firing. If the ceramic plate is warped, the flatness of the suction surface of the ceramic plate is lowered, which is not preferable. Further, when the suction surface of the ceramic plate is polished in order to improve the flatness of the suction surface of the ceramic plate, a difference occurs in the distance (insulator thickness) from the suction surface to the internal electrode at each position of the suction surface. As a result, there is a difference in the suction force at each position of the suction surface, which is not preferable. On the other hand, if the warp correction described above is performed during the production of the ceramic plate, it is possible to obtain a ceramic plate having a small warp while suppressing the occurrence of a difference in suction force.

近年、ウェハを用いた半導体の微細化に対応するため、プロセス中におけるパーティクルの発生を抑制することが重要となっている。そのため、静電チャックのセラミックス板には、例えばプラズマにより損傷してパーティクルが発生することを抑制するために、より高い緻密性が求められている。一般に、常圧焼成を行うだけでは、求められる高い緻密性を具備するセラミックス板を得ることは困難である。従来、セラミックス板の緻密性を向上させるための処理として、熱間等方加圧（ＨｏｔＩｓｏｓｔａｔｉｃＰｒｅｓｓｉｎｇ、以下、「ＨＩＰ」という）が知られている。このＨＩＰは、例えばアルゴンガスなどの不活性ガスを圧力媒体とし、ガス圧と加熱との相乗効果を利用して対象物を緻密化させる処理である。常圧焼成の後に、ＨＩＰを行うことにより、求められる高い緻密性を具備するセラミックス板を得ることができる。 In recent years, it has become important to suppress the generation of particles during the process in order to cope with the miniaturization of semiconductors using wafers. Therefore, the ceramic plate of the electrostatic chuck is required to have higher density in order to suppress the generation of particles damaged by plasma, for example. In general, it is difficult to obtain a ceramic plate having the required high density only by firing at normal pressure. Conventionally, hot isostatic pressing (hereinafter referred to as "HIP") is known as a process for improving the denseness of a ceramic plate. This HIP is a process in which an inert gas such as argon gas is used as a pressure medium and the object is densified by utilizing the synergistic effect of gas pressure and heating. By performing HIP after normal pressure firing, a ceramic plate having the required high density can be obtained.

しかしながら、セラミックス板に対して、焼成に伴う反りを修正するために上述した反り修正を行った後、緻密性を向上させるために上述したＨＩＰを行うと、ＨＩＰに伴いセラミックス板の反りが再び大きくなるという課題がある。これは、反り修正を行ったときの残留応力が、ＨＩＰの際の加熱によって解放されるためであると考えられる。このように、従来のセラミックス板の製造方法では、反りの小ささと緻密性の高さとを両立させたセラミックス板を得ることが困難であるという課題がある。 However, when the above-mentioned warp correction is performed on the ceramic plate to correct the warp due to firing and then the above-mentioned HIP is performed to improve the fineness, the warp of the ceramic plate becomes large again due to the HIP. There is a problem of becoming. It is considered that this is because the residual stress when the warp is corrected is released by the heating at the time of HIP. As described above, the conventional method for manufacturing a ceramic plate has a problem that it is difficult to obtain a ceramic plate having both small warpage and high precision.

なお、このような課題は、静電チャックを構成するセラミックス板に限らず、サセプタ（加熱装置）やシャワーヘッドなど、板状のセラミックス体と該セラミックス体の内部に配置された導電層とを有するセラミックス部材の製造の際に共通の課題である。 It should be noted that such a problem is not limited to the ceramic plate constituting the electrostatic chuck, but has a plate-shaped ceramic body such as a susceptor (heating device) and a shower head, and a conductive layer arranged inside the ceramic body. This is a common issue in the manufacture of ceramic members.

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。 This specification discloses a technique capable of solving the above-mentioned problems.

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。 The techniques disclosed herein can be realized, for example, in the following forms.

（１）本明細書に開示されるセラミックス部材の製造方法は、板状のセラミックス体と前記セラミックス体の内部に配置された導電層とを有するセラミックス部材の製造方法において、導電性材料により構成された導電性材料層が内部に配置された板状のセラミックス成形体を作製する成形工程と、前記導電性材料層を含む前記セラミックス成形体を常圧焼成することによって、板状のセラミックス焼成体を作製する焼成工程と、前記焼成工程の後に、前記セラミックス焼成体に対して熱間等方加圧（ＨｏｔＩｓｏｓｔａｔｉｃＰｒｅｓｓｉｎｇ）を行うことによって、セラミックス緻密体を作製するＨＩＰ工程と、前記ＨＩＰ工程の後に、前記セラミックス緻密体の第１の表面と、前記第１の表面とは反対側の第２の表面と、の少なくとも一方に対して荷重を加えつつ、前記セラミックス緻密体を加熱することによって、板状のセラミックス体と前記セラミックス体の内部に配置された導電層とを有するセラミックス部材を作製する反り修正工程と、を備える。本セラミックス部材の製造方法では、焼成工程の後に、セラミックス焼成体に対してＨＩＰを行うＨＩＰ工程が行われるため、作製されるセラミックス部材の緻密性を向上させることができる。また、本セラミックス部材の製造方法では、ＨＩＰ工程の後に、セラミックス緻密体の表面に対して荷重を加えつつセラミックス緻密体を加熱する反り修正工程が行われるため、作製されるセラミックス部材の表面を絶縁体厚さに差が生じる程度まで研磨することなく、反りの小さいセラミックス部材を得ることができる。従って、本セラミックス部材の製造方法によれば、反りの小ささと緻密性の高さとを両立させたセラミックス部材を得ることができる。なお、本セラミックス部材の製造方法では、反り修正工程の後にＨＩＰ工程が行われないため、反り修正工程の際の残留応力が解放されることがなく、セラミックス部材の反り量が再び大きくなることを抑制することができる。 (1) The method for manufacturing a ceramic member disclosed in the present specification is a method for manufacturing a ceramic member having a plate-shaped ceramic body and a conductive layer arranged inside the ceramic body, and is composed of a conductive material. A plate-shaped ceramic fired body is produced by a molding step of producing a plate-shaped ceramic molded body in which the conductive material layer is arranged inside and a normal pressure firing of the ceramic molded body including the conductive material layer. After the firing step and the HIP step, the ceramic compact is manufactured by hot isotropic pressing (Hot Isostatic Pressing) on the ceramic fired body, and after the HIP step. By heating the ceramic compact while applying a load to at least one of the first surface of the ceramic compact and the second surface opposite to the first surface, the plate The present invention comprises a warp correction step of producing a ceramic member having a ceramic body having a shape and a conductive layer arranged inside the ceramic body. In the method for manufacturing the ceramic member, since the HIP step of performing the HIP on the fired ceramic body is performed after the firing step, the precision of the ceramic member to be manufactured can be improved. Further, in the method for manufacturing the ceramic member, after the HIP step, a warp correction step of heating the ceramic dense body while applying a load to the surface of the ceramic dense body is performed, so that the surface of the ceramic member to be manufactured is insulated. It is possible to obtain a ceramic member having a small warp without polishing to the extent that there is a difference in body thickness. Therefore, according to the method for manufacturing the ceramic member, it is possible to obtain a ceramic member having both small warpage and high precision. In the method for manufacturing the ceramic member, since the HIP step is not performed after the warp correction step, the residual stress in the warp correction step is not released, and the warp amount of the ceramic member increases again. It can be suppressed.

（２）上記セラミックス部材の製造方法において、前記ＨＩＰ工程の終了時における前記セラミックス緻密体の密度を基準とした、前記反り修正工程の終了時における前記セラミックス体の密度の変化率は、１．１％以下である構成としてもよい。本セラミックス部材の製造方法によれば、ＨＩＰ工程後に反り修正工程を行うことに伴うセラミックス体の密度変化が極めて小さいため、反りの小ささと緻密性の高さとを高次元で両立させたセラミックス部材を得ることができる。 (2) In the method for manufacturing a ceramic member, the rate of change in the density of the ceramic body at the end of the warp correction step is 1.1, based on the density of the ceramic dense body at the end of the HIP process. The configuration may be less than or equal to%. According to the method for manufacturing the ceramic member, the change in the density of the ceramic body due to the warp correction step after the HIP process is extremely small. Can be obtained.

（３）上記セラミックス部材の製造方法において、前記焼成工程の終了時における前記セラミックス焼成体の平均粒径は、３．０μｍ以下である構成としてもよい。本セラミックス部材の製造方法によれば、焼成工程の終了時におけるセラミックス焼成体の平均粒径を比較的小さくすることにより、ＨＩＰ工程後に反り修正工程を行うことに伴うセラミックス体の密度変化を極めて小さくすることができ、反りの小ささと緻密性の高さとを高次元で両立させたセラミックス部材を得ることができる。 (3) In the method for manufacturing the ceramic member, the average particle size of the fired ceramic body at the end of the firing step may be 3.0 μm or less. According to the method for manufacturing the ceramic member, the average particle size of the fired ceramic body at the end of the firing process is relatively small, so that the change in the density of the ceramic body due to the warp correction step after the HIP process is extremely small. It is possible to obtain a ceramic member that has both small warpage and high precision at a high level.

（４）上記セラミックス部材の製造方法において、前記セラミックス部材は、半導体製造装置用部品の少なくとも一部であることを特徴とする構成としてもよい。本セラミックス部材の製造方法によれば、反りの小ささと緻密性の高さとの両立が求められる半導体製造装置用部品の少なくとも一部を構成するセラミックス部材について、反りの小ささと緻密性の高さとの両立を実現することができる。 (4) In the method for manufacturing a ceramic member, the ceramic member may be configured to be at least a part of a component for a semiconductor manufacturing apparatus. According to the method for manufacturing a ceramic member, the ceramic member constituting at least a part of a component for a semiconductor manufacturing apparatus, which is required to have both a small warp and a high precision, has a small warp and a high precision. It is possible to achieve both compatibility with.

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、静電チャック等の保持装置、サセプタ等の加熱装置、シャワーヘッド、といった半導体製造装置用部品の少なくとも一部の製造方法等の形態で実現することが可能である。 The technique disclosed in the present specification can be realized in various forms, and for example, a holding device such as an electrostatic chuck, a heating device such as a susceptor, and a component for a semiconductor manufacturing device such as a shower head. It can be realized in the form of at least some manufacturing methods and the like.

本実施形態における静電チャック１００の外観構成を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic appearance structure of the electrostatic chuck 100 in this embodiment. 本実施形態における静電チャック１００のＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic the XZ cross-sectional structure of the electrostatic chuck 100 in this embodiment. 本実施形態における静電チャック１００の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the electrostatic chuck 100 in this embodiment. 性能評価結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the performance evaluation result. アルミナ原料の平均粒径および焼成条件の組合せと、焼成工程の終了時におけるセラミックス焼成体の平均粒径との関係の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the relationship between the combination of the average particle diameter and firing conditions of an alumina raw material, and the average particle diameter of a ceramic fired body at the end of a firing process.

Ａ．実施形態：
Ａ－１．静電チャック１００の構成：
図１は、本実施形態における静電チャック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静電チャック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、静電チャック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。 A. Embodiment:
A-1. Configuration of electrostatic chuck 100:
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an external configuration of the electrostatic chuck 100 in the present embodiment, and FIG. 2 is an explanatory view schematically showing an XZ cross-sectional configuration of the electrostatic chuck 100 in the present embodiment. .. Each figure shows XYZ axes that are orthogonal to each other to identify the direction. In the present specification, for convenience, the Z-axis positive direction is referred to as an upward direction, and the Z-axis negative direction is referred to as a downward direction, but the electrostatic chuck 100 is actually installed in a direction different from such an orientation. May be done.

静電チャック１００は、対象物（例えばウェハＷ）を静電引力により吸着して保持する装置であり、例えば半導体製造装置の真空チャンバー内でウェハＷを固定するために使用される。静電チャック１００は、所定の配列方向（本実施形態では上下方向（Ｚ軸方向））に並べて配置されたセラミックス板１０およびベース板２０を備える。セラミックス板１０とベース板２０とは、セラミックス板１０の下面（以下、「セラミックス側接合面Ｓ２」という）とベース板２０の上面（以下、「ベース側接合面Ｓ３」という）とが上記配列方向に対向するように配置されている。静電チャック１００は、さらに、セラミックス板１０のセラミックス側接合面Ｓ２とベース板２０のベース側接合面Ｓ３との間に配置された接合部３０を備える。静電チャック１００は、特許請求の範囲における半導体製造装置用部品に相当する。 The electrostatic chuck 100 is a device that attracts and holds an object (for example, a wafer W) by electrostatic attraction, and is used for fixing the wafer W in a vacuum chamber of a semiconductor manufacturing apparatus, for example. The electrostatic chuck 100 includes a ceramic plate 10 and a base plate 20 arranged side by side in a predetermined arrangement direction (in the present embodiment, the vertical direction (Z-axis direction)). In the ceramic plate 10 and the base plate 20, the lower surface of the ceramic plate 10 (hereinafter referred to as “ceramic side joint surface S2”) and the upper surface of the base plate 20 (hereinafter referred to as “base side joint surface S3”) are arranged in the above-mentioned arrangement direction. It is arranged so as to face the. The electrostatic chuck 100 further includes a joint portion 30 arranged between the ceramic side joint surface S2 of the ceramic plate 10 and the base side joint surface S3 of the base plate 20. The electrostatic chuck 100 corresponds to a component for a semiconductor manufacturing apparatus within the scope of claims.

セラミックス板１０は、例えば円形平面の板状部材であり、セラミックスにより形成されている。セラミックス板１０の直径は、例えば５０ｍｍ～５００ｍｍ程度（通常は２００ｍｍ～３５０ｍｍ程度）であり、セラミックス板１０の厚さは、例えば１ｍｍ～１０ｍｍ程度である。 The ceramic plate 10 is, for example, a circular flat plate-shaped member, and is made of ceramics. The diameter of the ceramic plate 10 is, for example, about 50 mm to 500 mm (usually about 200 mm to 350 mm), and the thickness of the ceramic plate 10 is, for example, about 1 mm to 10 mm.

セラミックス板１０の形成材料としては、種々のセラミックスが用いられ得るが、強度や耐摩耗性、耐プラズマ性等の観点から、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ、Ａｌ_２Ｏ_３）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とするセラミックスが用いられることが好ましい。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。 Various ceramics can be used as the material for forming the ceramic plate 10, and from the viewpoint of strength, wear resistance, plasma resistance, etc., for example, aluminum oxide (alumina, Al ₂ O ₃ ) or aluminum nitride (Al N). It is preferable to use ceramics containing the above as a main component. The main component referred to here means the component having the highest content ratio (weight ratio).

セラミックス板１０の内部には、導電性材料（例えば、タングステンやモリブデン等）により形成された一対の内部電極４０が設けられている。一対の内部電極４０に電源（図示せず）から電圧が印加されると、静電引力が発生し、この静電引力によってウェハＷがセラミックス板１０の上面（以下、「吸着面Ｓ１」という）に吸着固定される。 Inside the ceramic plate 10, a pair of internal electrodes 40 formed of a conductive material (for example, tungsten, molybdenum, etc.) are provided. When a voltage is applied to the pair of internal electrodes 40 from a power source (not shown), an electrostatic attraction is generated, and the wafer W is subjected to the electrostatic attraction on the upper surface of the ceramic plate 10 (hereinafter referred to as “adsorption surface S1”). It is adsorbed and fixed to.

なお、セラミックス板１０は、特許請求の範囲におけるセラミックス体に相当し、内部電極４０は、特許請求の範囲における導電層に相当し、セラミックス板１０と内部電極４０とにより構成される部材は、特許請求の範囲におけるセラミックス部材に相当する。 The ceramic plate 10 corresponds to a ceramic body in the claims, the internal electrode 40 corresponds to the conductive layer in the claims, and the member composed of the ceramic plate 10 and the internal electrode 40 is patented. Corresponds to the ceramic member in the claims.

また、セラミックス板１０の内部には、導電性材料（例えば、タングステンやモリブデン等）を含む抵抗発熱体により構成されたヒータ５０が設けられている。ヒータ５０に電源（図示せず）から電圧が印加されると、ヒータ５０が発熱することによってセラミックス板１０が温められ、セラミックス板１０の吸着面Ｓ１に保持されたウェハＷが温められる。これにより、ウェハＷの温度制御が実現される。 Further, inside the ceramic plate 10, a heater 50 composed of a resistance heating element containing a conductive material (for example, tungsten, molybdenum, etc.) is provided. When a voltage is applied to the heater 50 from a power source (not shown), the heater 50 generates heat to heat the ceramic plate 10, and the wafer W held on the suction surface S1 of the ceramic plate 10 is heated. As a result, the temperature control of the wafer W is realized.

ベース板２０は、例えばセラミックス板１０と同径の、または、セラミックス板１０より径が大きい円形平面の板状部材であり、例えば金属（アルミニウムやアルミニウム合金等）により形成されている。ベース板２０の直径は、例えば２２０ｍｍ～５５０ｍｍ程度（通常は２２０ｍｍ～３５０ｍｍ程度）であり、ベース板２０の厚さは、例えば２０ｍｍ～４０ｍｍ程度である。 The base plate 20 is, for example, a circular flat plate-shaped member having the same diameter as the ceramic plate 10 or having a diameter larger than that of the ceramic plate 10, and is formed of, for example, a metal (aluminum, an aluminum alloy, or the like). The diameter of the base plate 20 is, for example, about 220 mm to 550 mm (usually about 220 mm to 350 mm), and the thickness of the base plate 20 is, for example, about 20 mm to 40 mm.

ベース板２０の内部には冷媒流路２１が形成されている。冷媒流路２１に冷媒（例えば、フッ素系不活性液体や水等）が供給されると、ベース板２０が冷却される。上述したヒータ５０によるセラミックス板１０の加熱と併せてベース板２０の冷却が行われると、接合部３０を介したセラミックス板１０とベース板２０との間の伝熱により、セラミックス板１０の吸着面Ｓ１に保持されたウェハＷの温度が一定に維持される。さらに、プラズマ処理中にプラズマからの入熱が生じた際には、ヒータ５０に加える電力を調整することにより、ウェハＷの温度制御が実現される。 A refrigerant flow path 21 is formed inside the base plate 20. When the refrigerant (for example, a fluorine-based inert liquid, water, etc.) is supplied to the refrigerant flow path 21, the base plate 20 is cooled. When the base plate 20 is cooled together with the heating of the ceramic plate 10 by the heater 50 described above, the heat transfer between the ceramic plate 10 and the base plate 20 via the joint portion 30 causes the suction surface of the ceramic plate 10 to be attracted. The temperature of the wafer W held in S1 is kept constant. Further, when heat is input from the plasma during the plasma processing, the temperature of the wafer W is controlled by adjusting the electric power applied to the heater 50.

接合部３０は、例えばシリコーン系樹脂やアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等の接着剤を含んでおり、セラミックス板１０とベース板２０とを接合している。接合部３０の厚さは例えば０．１ｍｍ～１ｍｍ程度である。 The joint portion 30 contains an adhesive such as a silicone-based resin, an acrylic resin, or an epoxy-based resin, and joins the ceramic plate 10 and the base plate 20. The thickness of the joint portion 30 is, for example, about 0.1 mm to 1 mm.

Ａ－２．静電チャック１００の製造方法：
次に、本実施形態における静電チャック１００の製造方法を説明する。図３は、本実施形態における静電チャック１００の製造方法を示すフローチャートである。 A-2. Manufacturing method of electrostatic chuck 100:
Next, a method of manufacturing the electrostatic chuck 100 in the present embodiment will be described. FIG. 3 is a flowchart showing a method of manufacturing the electrostatic chuck 100 according to the present embodiment.

はじめに、導電性材料層が内部に配置された板状のセラミックス成形体を作製する（Ｓ１１０）。セラミックス成形体の作製は、例えば、公知のシート積層法やプレス成形法により行うことができる。 First, a plate-shaped ceramic molded body in which a conductive material layer is arranged is produced (S110). The ceramic molded body can be manufactured, for example, by a known sheet laminating method or press molding method.

シート積層法によるセラミックス成形体の作製方法の一例は、次の通りである。まず、アルミナ原料とブチラール樹脂と可塑剤と溶剤とを混合し、得られた混合物をドクターブレード法によってシート状に成形することにより、複数枚のセラミックスグリーンシートを作製する。また、所定のセラミックスグリーンシートに対して、スルーホールの形成やビア用インクの充填、内部電極４０やヒータ５０の形成のための電極用インクの塗布等の必要な加工を行う。電極用インクが塗布された箇所が、導電性材料層となる。なお、ビア用インクや電極用インクとしては、例えばタングステンやモリブデン等の導電性材料とアルミナ原料とエトセル（登録商標）樹脂と溶剤とを混合してスラリー状としたメタライズインクが用いられる。その後、複数のセラミックスグリーンシートを積層して熱圧着し、所定のサイズに加工することにより、セラミックス成形体を得る。 An example of a method for producing a ceramic molded body by the sheet laminating method is as follows. First, an alumina raw material, a butyral resin, a plasticizer, and a solvent are mixed, and the obtained mixture is formed into a sheet by the doctor blade method to prepare a plurality of ceramic green sheets. Further, the predetermined ceramic green sheet is subjected to necessary processing such as formation of through holes, filling of via ink, and application of electrode ink for forming the internal electrodes 40 and heater 50. The portion to which the electrode ink is applied becomes the conductive material layer. As the via ink and the electrode ink, for example, a metallized ink obtained by mixing a conductive material such as tungsten or molybdenum, an alumina raw material, an etocell (registered trademark) resin, and a solvent to form a slurry is used. Then, a plurality of ceramic green sheets are laminated and thermocompression bonded, and processed into a predetermined size to obtain a ceramic molded body.

次に、セラミックス成形体を窒素中で脱脂した後、加湿した水素窒素雰囲気で、所定の温度（例えば１５００～１６００℃）で常圧焼成することにより、板状のセラミックス焼成体を作製する（Ｓ１２０）。このとき、例えば焼成温度ムラ等を原因として、作製されたセラミックス焼成体に反りが発生することがある。 Next, the ceramic molded body is degreased in nitrogen and then fired at a predetermined temperature (for example, 1500 to 1600 ° C.) in a humidified hydrogen-nitrogen atmosphere to produce a plate-shaped ceramic fired body (S120). ). At this time, warpage may occur in the produced ceramic fired body due to, for example, uneven firing temperature.

次に、セラミックス焼成体に対して熱間等方加圧（ＨＩＰ）を行うことにより、セラミックス緻密体を作製する（Ｓ１３０）。ＨＩＰは、例えばアルゴンガスなどの不活性ガスを圧力媒体とし、ガス圧と加熱との相乗効果を利用して対象物を緻密化させる処理である。ＨＩＰのガス圧は、例えば１００～２００ＭＰａであり、ＨＩＰの処理温度は、例えば１３５０～１４５０℃である。ＨＩＰを行うことにより、ＨＩＰ前の状態（セラミックス焼成体）より緻密性の高いセラミックス緻密体を得ることができる。ただし、ＨＩＰを行うことにより、セラミックス焼成体が収縮し、作製されたセラミックス緻密体に反りが発生することがある。 Next, the ceramic fired body is subjected to hot isotropic pressurization (HIP) to produce a ceramic dense body (S130). HIP is a process in which an inert gas such as argon gas is used as a pressure medium and the object is densified by utilizing the synergistic effect of gas pressure and heating. The gas pressure of HIP is, for example, 100 to 200 MPa, and the processing temperature of HIP is, for example, 1350 to 1450 ° C. By performing HIP, it is possible to obtain a ceramics dense body having higher density than the state before HIP (ceramic fired body). However, by performing HIP, the fired ceramic body may shrink, and the produced dense ceramic body may warp.

次に、セラミックス緻密体に対して、反り修正を行うことにより、セラミックス板１０を作製する（Ｓ１４０）。反り修正は、例えば、加湿した水素窒素雰囲気で、セラミックス緻密体の両面を一対の加圧部材によって挟んで荷重（例えば、３～２０ｋＰａ）を加えつつ、所定の温度（例えば１４００～１５００℃）で加熱する処理である。なお、加圧部材としては、セラミックス緻密体の各表面全体を覆うサイズのものが用いられる。また、加圧部材は、例えばカーボン板でもよいが、例えばタングステンやモリブデン用によって形成された高融点金属板であることが好ましい。作製されたセラミックス板１０は、セラミックスグリーンシートから形成されたセラミックス体と、導電性材料層から形成された内部電極４０等を有する。セラミックス緻密体の各表面は、特許請求の範囲における第１および第２の表面に相当する。 Next, the ceramic plate 10 is manufactured by correcting the warp of the ceramic dense body (S140). Warpage correction is performed, for example, in a humidified hydrogen-nitrogen atmosphere at a predetermined temperature (for example, 1400 to 1500 ° C.) while sandwiching both sides of the ceramic dense body with a pair of pressure members and applying a load (for example, 3 to 20 kPa). It is a process of heating. As the pressure member, a member having a size that covers the entire surface of each ceramic dense body is used. The pressure member may be, for example, a carbon plate, but is preferably a refractory metal plate formed of, for example, tungsten or molybdenum. The manufactured ceramic plate 10 has a ceramic body formed of a ceramic green sheet, an internal electrode 40 formed of a conductive material layer, and the like. Each surface of the ceramic compact corresponds to the first and second surfaces in the claims.

次に、セラミックス板１０とベース板２０とを、接合部３０を介して接合する（Ｓ１５０）。具体的には、セラミックス板１０に加えて、ベース板２０および樹脂系の接着剤（図示せず）を準備する。ベース板２０は、例えばアルミニウム合金により形成される。接着剤は、例えばシリコーン系接着剤である。セラミックス板１０とベース板２０との間に接着剤を配置し、真空中で加圧しつつ加熱する。これにより、接着剤が硬化して接合部３０が形成され、セラミックス板１０とベース板２０とが接合部３０により接着される。その後、必要により後処理（外周の研磨、端子の形成等）を行う。以上の製造方法により、上述した構成の静電チャック１００が製造される。 Next, the ceramic plate 10 and the base plate 20 are joined via the joint portion 30 (S150). Specifically, in addition to the ceramic plate 10, a base plate 20 and a resin-based adhesive (not shown) are prepared. The base plate 20 is formed of, for example, an aluminum alloy. The adhesive is, for example, a silicone-based adhesive. An adhesive is placed between the ceramic plate 10 and the base plate 20 and heated while being pressurized in a vacuum. As a result, the adhesive is cured to form the joint portion 30, and the ceramic plate 10 and the base plate 20 are adhered to each other by the joint portion 30. Then, if necessary, post-treatment (polishing of the outer circumference, formation of terminals, etc.) is performed. By the above manufacturing method, the electrostatic chuck 100 having the above-described configuration is manufactured.

Ａ－３．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の静電チャック１００を構成するセラミックス板１０の製造方法は、導電性材料により構成された導電性材料層が内部に配置された板状のセラミックス成形体を作製する成形工程（Ｓ１１０）と、導電性材料層を含むセラミックス成形体を常圧焼成することによって、板状のセラミックス焼成体を作製する焼成工程（Ｓ１２０）と、焼成工程の後に、セラミックス焼成体に対して熱間等方加圧（ＨＩＰ）を行うことによって、セラミックス緻密体を作製するＨＩＰ工程（Ｓ１３０）と、ＨＩＰ工程の後に、セラミックス緻密体の第１の表面および第２の表面に対して荷重を加えつつセラミックス緻密体を加熱することによって、板状のセラミックス体とセラミックス体の内部に配置された導電層（内部電極４０等）とを有するセラミックス板１０を作製する反り修正工程（Ｓ１４０）とを備える。 A-3. Effect of this embodiment:
As described above, the method for manufacturing the ceramic plate 10 constituting the electrostatic chuck 100 of the present embodiment produces a plate-shaped ceramic molded body in which a conductive material layer made of a conductive material is arranged inside. After the molding step (S110), the firing step (S120) for producing a plate-shaped ceramic fired body by atmospheric firing the ceramic molded body containing the conductive material layer, and the ceramic fired body. On the other hand, after the HIP step (S130) for producing the ceramic dense body by performing hot isotropic pressurization (HIP) and the HIP step, the first surface and the second surface of the ceramic dense body are subjected to. Warp correction step (S140) for producing a ceramic plate 10 having a plate-shaped ceramic body and a conductive layer (internal electrode 40, etc.) arranged inside the ceramic body by heating the ceramic dense body while applying a load. And.

このように、本実施形態におけるセラミックス板１０の製造方法では、焼成工程（Ｓ１２０）の後に、セラミックス焼成体に対してＨＩＰを行うＨＩＰ工程（Ｓ１３０）が行われるため、作製されるセラミックス板１０の緻密性を向上させることができる。また、本実施形態のセラミックス板１０の製造方法では、ＨＩＰ工程（Ｓ１３０）の後に、セラミックス緻密体の表面に対して荷重を加えつつセラミックス緻密体を加熱する反り修正工程（Ｓ１４０）が行われるため、作製されるセラミックス板１０の表面を絶縁体厚さ（セラミックス板１０の吸着面Ｓ１から内部電極４０までの距離）に差が生じる程度まで研磨することなく（すなわち、絶縁体厚さの均一性を維持しつつ）、反りの小さいセラミックス板１０を得ることができる。従って、本実施形態のセラミックス板１０の製造方法によれば、反りの小ささと緻密性の高さとを両立させたセラミックス板１０を得ることができる。なお、本実施形態のセラミックス板１０の製造方法では、反り修正工程の後にＨＩＰ工程が行われないため、反り修正工程の際の残留応力が解放されることがなく、セラミックス板１０の反り量が再び大きくなることを抑制することができる。 As described above, in the method for manufacturing the ceramic plate 10 in the present embodiment, the HIP step (S130) for performing HIP on the fired ceramic body is performed after the firing step (S120), so that the ceramic plate 10 to be manufactured is manufactured. The precision can be improved. Further, in the method for manufacturing the ceramic plate 10 of the present embodiment, after the HIP step (S130), a warp correction step (S140) for heating the ceramic dense body while applying a load to the surface of the ceramic dense body is performed. The surface of the ceramic plate 10 to be manufactured is not polished to the extent that there is a difference in the insulator thickness (distance from the suction surface S1 of the ceramic plate 10 to the internal electrode 40) (that is, the uniformity of the insulator thickness). It is possible to obtain a ceramic plate 10 having a small warp (while maintaining the above). Therefore, according to the method for manufacturing the ceramic plate 10 of the present embodiment, it is possible to obtain the ceramic plate 10 having both small warpage and high precision. In the method for manufacturing the ceramic plate 10 of the present embodiment, since the HIP step is not performed after the warp correction step, the residual stress in the warp correction step is not released, and the warp amount of the ceramic plate 10 is increased. It is possible to suppress the growth again.

特に、セラミックス板１０は、半導体製造装置用部品である静電チャック１００の一部を構成する部材であり、反りの小ささと緻密性の高さとの両立が求められる部材である。そのため、セラミックス板１０の製造方法として、本実施形態の製造方法を採用することが好適である。 In particular, the ceramic plate 10 is a member that constitutes a part of the electrostatic chuck 100, which is a component for a semiconductor manufacturing apparatus, and is a member that is required to have both small warpage and high precision. Therefore, it is preferable to adopt the manufacturing method of the present embodiment as the manufacturing method of the ceramic plate 10.

Ａ－４．性能評価：
静電チャック１００を構成するセラミックス板１０を対象として、以下に説明する性能評価を行った。図４は、性能評価結果を示す説明図である。性能評価には、セラミックス板１０の９つのサンプル（Ｓ１～Ｓ９）を用いた。 A-4. Performance evaluation:
The performance evaluation described below was performed on the ceramic plate 10 constituting the electrostatic chuck 100. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a performance evaluation result. Nine samples (S1 to S9) of the ceramic plate 10 were used for the performance evaluation.

図４に示すように、サンプルＳ１～Ｓ６のセラミックス板は、上述した本実施形態のセラミックス板の製造方法により製造されたものである。すなわち、サンプルＳ１～Ｓ６のセラミックス板は、焼成工程（図３のＳ１２０）、ＨＩＰ工程（同Ｓ１３０）、反り修正工程（同Ｓ１４０）の順に処理が行われる製造方法により製造されたものである。 As shown in FIG. 4, the ceramic plates of the samples S1 to S6 are manufactured by the above-described method for manufacturing the ceramic plate of the present embodiment. That is, the ceramic plates of the samples S1 to S6 are manufactured by a manufacturing method in which the firing step (S120 in FIG. 3), the HIP step (S130), and the warp correction step (S140) are performed in this order.

サンプルＳ１～Ｓ６のセラミックス板の製造方法は、より詳細には、以下の通りである。はじめに、平均粒径０．４μｍ程度のアルミナ原料とブチラール樹脂と可塑剤と溶剤とを混合し、得られた混合物をドクターブレード法によってシート状に成形することにより、複数枚のセラミックスグリーンシートを作製した。また、所定のセラミックスグリーンシートに対して、スルーホールの形成やビア用インクの充填、内部電極４０等の形成のための電極用インクの塗布等の必要な加工を行った。ビア用インクや電極用インクとしては、タングステンとモリブデンとアルミナ原料とエトセル（登録商標）樹脂と溶剤とを混合してスラリー状としたメタライズインクを用いた。その後、複数のセラミックスグリーンシートを積層して熱圧着し、所定のサイズに加工することにより、セラミックス成形体を得た。 The method for manufacturing the ceramic plates of the samples S1 to S6 is as follows in more detail. First, an alumina raw material having an average particle size of about 0.4 μm, a butyral resin, a plasticizer, and a solvent are mixed, and the obtained mixture is formed into a sheet by the doctor blade method to prepare a plurality of ceramic green sheets. did. Further, the predetermined ceramic green sheet was subjected to necessary processing such as formation of through holes, filling of via ink, and application of electrode ink for forming the internal electrode 40 and the like. As the via ink and the electrode ink, metallized ink obtained by mixing tungsten, molybdenum, an alumina raw material, an etocell (registered trademark) resin, and a solvent into a slurry was used. Then, a plurality of ceramic green sheets were laminated and thermocompression bonded, and processed into a predetermined size to obtain a ceramic molded body.

次に、セラミックス成形体を窒素中で脱脂し、加湿した水素窒素雰囲気で、サンプル毎に定められた温度（１５１０～１６１０℃、図４参照）で所定の時間（１～４時間、同じく図４参照）、常圧焼成することにより、板状のセラミックス焼成体を作製した。次に、セラミックス焼成体に対して、熱間等方加圧（ＨＩＰ）を行うことにより、セラミックス緻密体を作製した。ＨＩＰの際のガス圧は１７６ＭＰａとし、処理温度は１４００℃とし、処理時間は４時間とした。次に、セラミックス緻密体に対して、反り修正を行った。反り修正の際には、加圧部材として平面度３０μｍ以下のモリブデン板を使用し、荷重は３～２０ｋＰａとし、処理温度は１５００℃とし、処理時間は１時間とした。以上の製造方法により、サンプルＳ１～Ｓ６のセラミックス板を作製した。 Next, the ceramic compact was degreased in nitrogen, and in a humidified hydrogen-nitrogen atmosphere, the temperature (1510 to 1610 ° C., see FIG. 4) determined for each sample was set for a predetermined time (1 to 4 hours, also FIG. 4). (See), a plate-shaped ceramic fired body was produced by normal pressure firing. Next, the ceramic fired body was subjected to hot isotropic pressurization (HIP) to prepare a ceramic dense body. The gas pressure at the time of HIP was 176 MPa, the treatment temperature was 1400 ° C., and the treatment time was 4 hours. Next, the warp was corrected for the ceramic dense body. When correcting the warp, a molybdenum plate having a flatness of 30 μm or less was used as a pressure member, the load was 3 to 20 kPa, the treatment temperature was 1500 ° C., and the treatment time was 1 hour. Ceramic plates of samples S1 to S6 were produced by the above manufacturing method.

また、サンプルＳ７のセラミックス板は、上述した本実施形態のセラミックス板の製造方法からＨＩＰ工程（Ｓ１３０）を省略した製造方法により製造されたものである。なお、サンプルＳ７のセラミックス板の製造方法における焼成工程や反り修正工程の内容は、上述したサンプルＳ１～Ｓ６のセラミックス板の製造方法における焼成工程や反り修正工程の内容と同様である。 Further, the ceramic plate of the sample S7 is manufactured by a manufacturing method omitting the HIP step (S130) from the manufacturing method of the ceramic plate of the present embodiment described above. The contents of the firing step and the warp correction step in the method for manufacturing the ceramic plate of the sample S7 are the same as the contents of the firing step and the warp correction step in the method for manufacturing the ceramic plate of the samples S1 to S6 described above.

また、サンプルＳ８のセラミックス板は、上述した本実施形態のセラミックス板の製造方法から反り修正工程（Ｓ１４０）を省略した製造方法により製造されたものである。なお、サンプルＳ８のセラミックス板の製造方法における焼成工程やＨＩＰ工程の内容は、上述したサンプルＳ１～Ｓ６のセラミックス板の製造方法における焼成工程やＨＩＰ工程の内容と同様である。 Further, the ceramic plate of the sample S8 is manufactured by a manufacturing method omitting the warp correction step (S140) from the manufacturing method of the ceramic plate of the present embodiment described above. The contents of the firing step and the HIP step in the method for manufacturing the ceramic plate of the sample S8 are the same as the contents of the firing step and the HIP step in the method for manufacturing the ceramic plate of the samples S1 to S6 described above.

また、サンプルＳ９のセラミックス板は、上述した本実施形態のセラミックス板の製造方法におけるＨＩＰ工程（Ｓ１３０）と反り修正工程（Ｓ１４０）との順序を入れ替えた製造方法により製造されたものである。すなわち、サンプルＳ９のセラミックス板は、焼成工程（Ｓ１２０）、反り修正工程（Ｓ１４０）、ＨＩＰ工程（Ｓ１３０）の順に処理が行われる製造方法により製造されたものである。なお、サンプルＳ９のセラミックス板の製造方法における焼成工程や反り修正工程やＨＩＰ工程の内容は、上述したサンプルＳ１～Ｓ６のセラミックス板の製造方法における焼成工程や反り修正工程やＨＩＰ工程の内容と同様である。また、図４では、図示の便宜上、サンプルＳ９についてのＨＩＰ工程の記載欄と反り修正工程の記載欄との位置関係が、他のサンプルとは逆になっている。 Further, the ceramic plate of the sample S9 is manufactured by a manufacturing method in which the order of the HIP step (S130) and the warp correction step (S140) in the above-described method for manufacturing the ceramic plate of the present embodiment is changed. That is, the ceramic plate of the sample S9 is manufactured by a manufacturing method in which the firing step (S120), the warp correction step (S140), and the HIP step (S130) are performed in this order. The contents of the firing step, the warp correction step, and the HIP step in the method for manufacturing the ceramic plate of the sample S9 are the same as the contents of the firing step, the warp correction step, and the HIP step in the method for manufacturing the ceramic plate of the samples S1 to S6 described above. Is. Further, in FIG. 4, for convenience of illustration, the positional relationship between the description column of the HIP process and the description column of the warp correction step for the sample S9 is opposite to that of the other samples.

図４に示すように、各サンプルのセラミックス板の製造の際には、焼成工程の終了時におけるセラミックス焼成体の平均粒径を算出した。また、焼成工程とＨＩＰ工程と反り修正工程とのそれぞれの終了時において、セラミックス焼成体、セラミックス緻密体およびセラミックス板の密度を測定すると共に、反り量を測定して反り量に関する判定を行った。反り量に関する判定では、反り量が１５０μｍを超える場合に不良（×）と判定し、反り量が１５０μｍ以下である場合に良好（〇）と判定した。また、製造された各サンプルのセラミックス板を対象として耐電圧を測定し、耐電圧に関する判定を行った。なお、サンプルＳ７については、反り修正工程後のサンプルの耐電圧を測定し、サンプルＳ８およびサンプルＳ９については、ＨＩＰ工程後のサンプルの耐電圧を測定した（以下では、いずれの場合にも、単に「セラミックス板の耐電圧」と記載する）。耐電圧に関する判定では、耐電圧が３０ｋＶ未満である場合に不良（×）と判定し、耐電圧が３０ｋＶ以上、３５ｋＶ未満である場合に良好（〇）と判定し、耐電圧が３５ｋＶ以上である場合に優秀（◎）と判定した。 As shown in FIG. 4, when manufacturing the ceramic plate of each sample, the average particle size of the fired ceramic body at the end of the firing step was calculated. Further, at the end of each of the firing step, the HIP step, and the warp correction step, the densities of the ceramic fired body, the ceramic dense body, and the ceramic plate were measured, and the warp amount was measured to determine the warp amount. In the determination regarding the amount of warpage, when the amount of warpage exceeds 150 μm, it is determined to be defective (×), and when the amount of warpage is 150 μm or less, it is determined to be good (◯). In addition, the withstand voltage was measured for the ceramic plates of each manufactured sample, and the withstand voltage was determined. For sample S7, the withstand voltage of the sample after the warp correction step was measured, and for sample S8 and sample S9, the withstand voltage of the sample after the HIP step was measured (hereinafter, in any case, simply Described as "withstand voltage of ceramic plate"). In the judgment regarding the withstand voltage, when the withstand voltage is less than 30 kV, it is judged as defective (×), when the withstand voltage is 30 kV or more and less than 35 kV, it is judged as good (〇), and the withstand voltage is 35 kV or more. In some cases, it was judged to be excellent (◎).

なお、各サンプルのセラミックス焼成体、セラミックス緻密体およびセラミックス板の密度は、各サンプルのセラミックス焼成体、セラミックス緻密体およびセラミックス板から電極部分を避けてセラミックス部分を切り出し、公知のアルキメデス法により測定した。 The densities of the ceramic fired body, the ceramic dense body and the ceramic plate of each sample were measured by a known Archimedes method by cutting out the ceramic part from the ceramic fired body, the ceramic dense body and the ceramic plate of each sample while avoiding the electrode portion. ..

また、各サンプルのセラミックス焼成体の平均粒径については、以下のようにして測定した。すなわち、サンプルのセラミックス焼成体を切断し、切断面を平面研磨した後、焼成温度よりも１００～２００℃低い温度でサーマルエッチングを行った。その加工面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で３０００倍の倍率で撮像した後、視野（４２μｍ×３２μｍ）の２つの対角線の少なくとも一方と交差する結晶粒子を選択した。選択された個々の結晶粒子について、その最大径と、最大径の中点を通り、かつ、最大径の方向と直交する方向の径と、の平均値を、該結晶粒子のみなし粒径とした。この手法により、選択されたすべての結晶粒子のみなし粒径を求め、すべての結晶粒子のみなし粒径の平均値を求めた。このようにしてみなし粒径の平均値を５枚のＳＥＭ画像を対象として求め、５枚のＳＥＭ画像についての平均値を、セラミックス焼成体の平均粒径とした。 The average particle size of the fired ceramics of each sample was measured as follows. That is, the ceramic fired body of the sample was cut, the cut surface was surface-polished, and then thermal etching was performed at a temperature 100 to 200 ° C. lower than the firing temperature. The processed surface was imaged with a scanning electron microscope (SEM) at a magnification of 3000 times, and then crystal particles intersecting at least one of the two diagonal lines of the field of view (42 μm × 32 μm) were selected. For each selected crystal particle, the average value of the maximum diameter and the diameter in the direction passing through the midpoint of the maximum diameter and orthogonal to the direction of the maximum diameter was defined as the deemed particle size of the crystal particles. .. By this method, the deemed particle size of all the selected crystal particles was obtained, and the average value of the deemed particle size of all the crystal particles was obtained. In this way, the average value of the deemed particle sizes was obtained for the five SEM images, and the average value for the five SEM images was taken as the average particle size of the fired ceramics.

また、各サンプルのセラミックス焼成体、セラミックス緻密体およびセラミックス板の反り量は、直径３００ｍｍのサンプルのセラミックス焼成体、セラミックス緻密体およびセラミックス板の表面の３６点について、画像測定システム（Ｎｉｋｏｎ（登録商標）製のＮＥＸＩＶ）を用いて高さを測定し、反り量を算出した。 The amount of warpage of the ceramic fired body, ceramic compact body and ceramic plate of each sample is the image measurement system (Nikon®) for 36 points on the surface of the ceramic fired body, ceramic compact body and ceramic plate of the sample with a diameter of 300 mm. ) Was used to measure the height, and the amount of warpage was calculated.

また、各サンプルのセラミックス板の耐電圧については、サンプルのセラミックス板から電極部分を避けてセラミックス部分を切り出して１５ｍｍ×１５ｍｍ×０．３ｍｍの試験片を作製し、各試験片の耐電圧を測定し、２０個の試験片の耐電圧の平均値を該サンプルの耐電圧とした。 Regarding the withstand voltage of the ceramic plate of each sample, the ceramic portion is cut out from the ceramic plate of the sample while avoiding the electrode portion to prepare a test piece of 15 mm × 15 mm × 0.3 mm, and the withstand voltage of each test piece is measured. The average value of the withstand voltage of the 20 test pieces was taken as the withstand voltage of the sample.

図４に示すように、いずれのサンプルにおいても、焼成工程の終了時におけるセラミックス焼成体の密度は３．９２ｇ／ｃｍ^３未満と、比較的低い値であった。また、いずれのサンプルにおいても、焼成工程の終了時におけるセラミックス焼成体の反り量は１５０μｍを超えており、反り量に関する評価で不良（×）と判定された。このように、いずれのサンプルにおいても、焼成工程の終了時点では、セラミックス焼成体の緻密性が低く、かつ、反りが大きかった。 As shown in FIG. 4, in all the samples, the density of the fired ceramic body at the end of the firing step was less than 3.92 g / cm ³ , which was a relatively low value. Further, in all the samples, the warp amount of the fired ceramics body at the end of the firing step exceeded 150 μm, and it was determined to be defective (x) in the evaluation regarding the warp amount. As described above, in all the samples, at the end of the firing step, the compactness of the fired ceramic body was low and the warp was large.

ＨＩＰ工程が行われない製造方法により製造されたサンプルＳ７のセラミックス板は、反り修正工程後の反り量が１５０μｍ以下であり、反り量に関する評価では良好（〇）と判定された。一方、サンプルＳ７のセラミックス板は、反り修正工程後の密度が３．９０６ｇ／ｃｍ^３未満と比較的低く、これに相関して耐電圧が２６．２ｋＶと比較的低かったため、耐電圧に関する評価で不良（×）と判定された。サンプルＳ７の製造方法では、焼成工程の後に反り修正工程が行われるため、セラミックス板の反り量は低減される。しかしながら、サンプルＳ７の製造方法では、ＨＩＰ工程が行われないため、セラミックス板の緻密性が向上せず、耐電圧が低くなったものと考えられる。 The ceramic plate of sample S7 manufactured by the manufacturing method in which the HIP step was not performed had a warp amount of 150 μm or less after the warp correction step, and was judged to be good (◯) in the evaluation of the warp amount. On the other hand, the ceramic plate of sample S7 had a relatively low density of less than 3.906 g / cm ³ after the warp correction step, and the withstand voltage was relatively low of 26.2 kV in correlation with this. It was determined to be defective (x). In the method for producing the sample S7, since the warp correction step is performed after the firing step, the warp amount of the ceramic plate is reduced. However, in the method for producing the sample S7, since the HIP process is not performed, it is considered that the fineness of the ceramic plate is not improved and the withstand voltage is lowered.

また、反り修正工程が行われない製造方法により製造されたサンプルＳ８のセラミックス板は、ＨＩＰ工程後の密度が３．９７１ｇ／ｃｍ^３と比較的高く、これに相関して耐電圧が６０．１ｋＶと比較的高かったため、耐電圧に関する評価では優秀（◎）と判定された。一方、サンプルＳ８のセラミックス板は、ＨＩＰ工程後の反り量が１５０μｍを超えており、反り量に関する評価で不良（×）と判定された。サンプルＳ８の製造方法では、焼成工程の後にＨＩＰ工程が行われるため、セラミックス板の緻密性が向上して耐電圧が高くなる。しかしながら、サンプルＳ８の製造方法では、反り修正工程が行われないため、セラミックス板の反り量が大きくなったものと考えられる。 Further, the ceramic plate of the sample S8 manufactured by the manufacturing method in which the warp correction step is not performed has a relatively high density of 3.971 g / cm ³ after the HIP step, and the withstand voltage is 60.1 kV in correlation with this. Because it was relatively high, it was judged to be excellent (◎) in the evaluation of withstand voltage. On the other hand, the ceramic plate of sample S8 had a warp amount of more than 150 μm after the HIP process, and was judged to be defective (x) in the evaluation of the warp amount. In the method for producing the sample S8, since the HIP step is performed after the firing step, the fineness of the ceramic plate is improved and the withstand voltage is increased. However, in the method for producing the sample S8, since the warp correction step is not performed, it is considered that the warp amount of the ceramic plate is increased.

また、焼成工程の後に反り修正工程が行われ、その後にＨＩＰ工程が行われる製造方法により製造されたサンプルＳ９のセラミックス板は、ＨＩＰ工程後の密度が３．９６９ｇ／ｃｍ^３と比較的高く、これに相関して耐電圧が５８．９ｋＶと比較的高かったため、耐電圧に関する評価では優秀（◎）と判定された。一方、サンプルＳ９のセラミックス板は、ＨＩＰ工程後の反り量が１５０μｍを超えており、反り量に関する評価で不良（×）と判定された。サンプルＳ９の製造方法では、焼成工程の後に反り修正工程が行われるため、反り修正工程後にセラミックス板の反り量は一旦は低減される。しかしながら、サンプルＳ９の製造方法では、反り修正工程の後にＨＩＰ工程が行われるため、反り修正工程の際の残留応力がＨＩＰ工程の際の加熱によって解放され、セラミックス板の反り量が再び大きくなったものと考えられる。 Further, the ceramic plate of the sample S9 manufactured by the manufacturing method in which the warp correction step is performed after the firing step and then the HIP step is performed has a relatively high density of 3.969 g / cm ³ after the HIP step. Corresponding to this, the withstand voltage was relatively high at 58.9 kV, so it was judged to be excellent (⊚) in the evaluation regarding the withstand voltage. On the other hand, the ceramic plate of sample S9 had a warp amount of more than 150 μm after the HIP process, and was judged to be defective (x) in the evaluation of the warp amount. In the method for producing the sample S9, since the warp correction step is performed after the firing step, the warp amount of the ceramic plate is temporarily reduced after the warp correction step. However, in the method for producing the sample S9, since the HIP step is performed after the warp correction step, the residual stress in the warp correction step is released by the heating in the HIP step, and the warp amount of the ceramic plate becomes large again. It is considered to be.

これに対し、焼成工程の後にＨＩＰ工程が行われ、その後に反り修正工程が行われる製造方法により製造されたサンプルＳ１～Ｓ６のセラミックス板は、いずれも反り量が１５０μｍ以下であり、反り量に関する評価で良好（〇）と判定された。また、サンプルＳ１～Ｓ６のセラミックス板は、いずれも密度が３．９２ｇ／ｃｍ^３以上と比較的高く、これに相関して耐電圧が３０ｋＶ以上と比較的高かったため、耐電圧に関する評価で良好（〇）または優秀（◎）と判定された。サンプルＳ１～Ｓ６の製造方法では、焼成工程の後にＨＩＰ工程が行われるため、セラミックス板の緻密性を向上させることができたものと考えられる。また、サンプルＳ１～Ｓ６の製造方法では、ＨＩＰ工程の後に反り修正工程が行われるため、セラミックス板の反り量が低減されたものと考えられる。なお、サンプルＳ１～Ｓ６の製造方法では、反り修正工程の後に、ＨＩＰ工程のような加熱工程が行われることはないため、反り修正工程の際の残留応力が解放されることがなく、セラミックス板の反り量が再び大きくなることがなかったものと考えられる。 On the other hand, the ceramic plates of the samples S1 to S6 manufactured by the manufacturing method in which the HIP step is performed after the firing step and then the warp correction step is performed have a warp amount of 150 μm or less, and are related to the warp amount. The evaluation was good (○). In addition, the ceramic plates of the samples S1 to S6 had a relatively high density of 3.92 g / cm ³ or more, and the withstand voltage was relatively high of 30 kV or more in correlation with this, so that the evaluation of the withstand voltage was good ( 〇) or excellent (◎) was judged. In the methods for producing the samples S1 to S6, since the HIP step is performed after the firing step, it is considered that the fineness of the ceramic plate can be improved. Further, in the methods for producing the samples S1 to S6, since the warp correction step is performed after the HIP step, it is considered that the warp amount of the ceramic plate is reduced. In the manufacturing methods of the samples S1 to S6, since the heating step unlike the HIP step is not performed after the warp correction step, the residual stress in the warp correction step is not released, and the ceramic plate is not released. It is probable that the amount of warpage did not increase again.

このように、本性能評価によれば、セラミックス成形体を常圧焼成することによってセラミックス焼成体を作製し、セラミックス焼成体に対してＨＩＰを行うことによってセラミックス緻密体を作製し、セラミックス緻密体に対して反り修正を行うことによりセラミックス板を製造すれば、反りの小ささと緻密性の高さとを両立させたセラミックス板を得ることができることが確認された。 As described above, according to this performance evaluation, a ceramic fired body is produced by firing a ceramic molded body under normal pressure, and a ceramic compact body is produced by performing HIP on the ceramic fired body to form a ceramic compact body. On the other hand, it was confirmed that if the ceramic plate is manufactured by correcting the warp, it is possible to obtain a ceramic plate having both small warpage and high precision.

なお、サンプルＳ１～Ｓ６のセラミックス板の内、サンプルＳ１～Ｓ５のセラミックス板では、いずれも耐電圧が３５ｋＶ以上と非常に高かったため、耐電圧に関する評価で優秀（◎）と判定された。サンプルＳ１～Ｓ５の製造方法では、ＨＩＰ工程の終了時における密度を基準とした反り修正工程の終了時における密度の変化率（すなわち、反り修正による密度の低下率）が１．１％以下と極めて小さい。そのため、サンプルＳ１～Ｓ５の製造方法では、反り修正後のセラミックス板の密度が非常に高くなり、これに相関してセラミックス板の耐電圧が非常に高くなったものと考えられる。また、サンプルＳ１～Ｓ５の製造方法において、上述した密度の変化率が１．１％以下と極めて小さい値となったのは、焼成工程の終了時におけるセラミックス焼成体の平均粒径が３．０μｍ以下であったためであると考えられる。この結果に鑑みれば、反りの小ささと緻密性の高さとを高次元で両立させたセラミックス板を得るためには、ＨＩＰ工程の終了時におけるセラミックス緻密体の密度を基準とした、反り修正工程の終了時におけるセラミックス体の密度の変化率が１．１％以下であることが好ましく、また、焼成工程の終了時におけるセラミックス焼成体の平均粒径が３．０μｍ以下であることが好ましい、と言える。 Among the ceramic plates of the samples S1 to S6, the ceramic plates of the samples S1 to S5 had a very high withstand voltage of 35 kV or more, and therefore, it was judged to be excellent (⊚) in the evaluation of the withstand voltage. In the manufacturing methods of the samples S1 to S5, the rate of change in density at the end of the warp correction step (that is, the rate of decrease in density due to warp correction) based on the density at the end of the HIP process is extremely as 1.1% or less. small. Therefore, in the manufacturing methods of the samples S1 to S5, it is considered that the density of the ceramic plate after the warp correction becomes very high, and the withstand voltage of the ceramic plate becomes very high in correlation with this. Further, in the manufacturing methods of the samples S1 to S5, the above-mentioned rate of change in density was an extremely small value of 1.1% or less because the average particle size of the fired ceramic body at the end of the firing step was 3.0 μm. It is probable that this was because it was as follows. In view of this result, in order to obtain a ceramic plate that has both small warpage and high fineness at a high level, a warp correction step based on the density of the ceramic dense body at the end of the HIP process. The rate of change in the density of the ceramic body at the end of the firing step is preferably 1.1% or less, and the average particle size of the fired ceramic body at the end of the firing step is preferably 3.0 μm or less. I can say.

なお、焼成工程の終了時におけるセラミックス焼成体の平均粒径は、例えば、アルミナ原料の平均粒径と焼成条件（焼成温度および焼成時間）とを調整することにより調整することができる。図５は、アルミナ原料の平均粒径および焼成条件の組合せと、焼成工程の終了時におけるセラミックス焼成体の平均粒径との関係の一例を示す説明図である。図５では、アルミナ原料の平均粒径と焼成条件との各組合せの内、焼成工程の終了時におけるセラミックス焼成体の平均粒径が３．０μｍ以下となる組合せを「〇」と表し、焼成工程の終了時におけるセラミックス焼成体の平均粒径が３．０μｍを超える組合せを「×」と表している。例えば、焼成温度：１５５０℃、焼成時間：１時間の焼成条件では、アルミナ原料の平均粒径が０．３９μｍ～０．９０μｍであれば、焼成工程の終了時におけるセラミックス焼成体の平均粒径が３．０μｍ以下となる。一方、焼成温度：１５９０℃、焼成時間：１時間の焼成条件では、アルミナ原料の平均粒径が０．３９μｍ～０．４４μｍであれば、焼成工程の終了時におけるセラミックス焼成体の平均粒径は３．０μｍ以下となるが、アルミナ原料の平均粒径が０．９０μｍであれば、焼成工程の終了時におけるセラミックス焼成体の平均粒径は３．０μｍを超える。例えば図５を参照することにより、焼成工程の終了時におけるセラミックス焼成体の平均粒径が３．０μｍ以下となるような、アルミナ原料の平均粒径と焼成条件との組合せを選択することができる。なお、図５におけるアルミナ原料の平均粒径は、レーザ回折・散乱式を用いて算出した値である。 The average particle size of the ceramic fired body at the end of the firing step can be adjusted, for example, by adjusting the average particle size of the alumina raw material and the firing conditions (firing temperature and firing time). FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between the combination of the average particle size of the alumina raw material and the firing conditions and the average particle size of the fired ceramic body at the end of the firing step. In FIG. 5, among the combinations of the average particle size of the alumina raw material and the firing conditions, the combination in which the average particle size of the ceramic fired body at the end of the firing step is 3.0 μm or less is represented by “◯”, and the firing step. The combination in which the average particle size of the fired ceramics body exceeds 3.0 μm at the end of is indicated by “x”. For example, under the firing conditions of firing temperature: 1550 ° C. and firing time: 1 hour, if the average particle size of the alumina raw material is 0.39 μm to 0.90 μm, the average particle size of the ceramic fired body at the end of the firing step is. It will be 3.0 μm or less. On the other hand, under the firing conditions of firing temperature: 1590 ° C. and firing time: 1 hour, if the average particle size of the alumina raw material is 0.39 μm to 0.44 μm, the average particle size of the ceramic fired body at the end of the firing step is. Although it is 3.0 μm or less, if the average particle size of the alumina raw material is 0.90 μm, the average particle size of the fired ceramics body at the end of the firing step exceeds 3.0 μm. For example, by referring to FIG. 5, it is possible to select a combination of the average particle size of the alumina raw material and the firing conditions so that the average particle size of the ceramic fired body at the end of the firing step is 3.0 μm or less. .. The average particle size of the alumina raw material in FIG. 5 is a value calculated by using a laser diffraction / scattering method.

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。 B. Modification example:
The technique disclosed in the present specification is not limited to the above-described embodiment, and can be transformed into various forms without departing from the gist thereof, and for example, the following modifications are also possible.

上記実施形態における静電チャック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。例えば、上記実施形態の静電チャック１００を構成するセラミックス板１０の製造方法（図３）において、焼成工程（Ｓ１２０）やＨＩＰ工程（Ｓ１３０）、反り修正工程（Ｓ１４０）の条件（温度や時間等）は、あくまで一例であり、種々変形可能である。なお、ＨＩＰ工程の温度は焼成工程の温度より１００～２００℃程度低いことが好ましい。 The method for manufacturing the electrostatic chuck 100 in the above embodiment is merely an example and can be variously modified. For example, in the method for manufacturing the ceramic plate 10 constituting the electrostatic chuck 100 of the above embodiment (FIG. 3), the conditions (temperature, time, etc.) of the firing step (S120), the HIP step (S130), and the warp correction step (S140). ) Is just an example and can be modified in various ways. The temperature of the HIP step is preferably about 100 to 200 ° C. lower than the temperature of the firing step.

また、上記実施形態の静電チャック１００を構成するセラミックス板１０の製造方法では、反り修正工程（Ｓ１４０）において、セラミックス緻密体の両面に対して荷重を加えつつセラミックス緻密体を加熱するものとしているが、セラミックス緻密体の片面のみに対して荷重を加えつつセラミックス緻密体を加熱するものとしてもよい。 Further, in the method for manufacturing the ceramic plate 10 constituting the electrostatic chuck 100 of the above embodiment, in the warp correction step (S140), the ceramic dense body is heated while applying a load to both surfaces of the ceramic dense body. However, the ceramic compact may be heated while applying a load to only one side of the ceramic compact.

また、上記実施形態の静電チャック１００を構成するセラミックス板１０の製造方法において、反り修正工程（Ｓ１４０）の後に、セラミックス板１０の外形加工が行われるとしてもよい。セラミックス板１０の外形加工としては、例えば、セラミックス板１０の両面を鏡面研磨する加工、セラミックス板１０の吸着面Ｓ１に凸状部やシールバンド部を配置する加工、セラミックス板１０の側面を研磨する加工等が含まれる。 Further, in the method for manufacturing the ceramic plate 10 constituting the electrostatic chuck 100 of the above embodiment, the outer shape of the ceramic plate 10 may be processed after the warp correction step (S140). The outer shape of the ceramic plate 10 includes, for example, mirror polishing of both sides of the ceramic plate 10, processing of arranging a convex portion and a seal band portion on the suction surface S1 of the ceramic plate 10, and polishing of the side surface of the ceramic plate 10. Processing etc. are included.

また、上記実施形態における静電チャック１００の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。また、静電チャック１００を構成する各部材を形成する材料は、あくまで一例であり、各部材が他の材料により形成されてもよい。 Further, the configuration of the electrostatic chuck 100 in the above embodiment is merely an example and can be variously deformed. Further, the material forming each member constituting the electrostatic chuck 100 is merely an example, and each member may be formed of another material.

また、本発明は、静電チャック１００を構成するセラミックス板１０に限らず、例えばサセプタ（加熱装置）やシャワーヘッド等の半導体製造装置用部品を構成するセラミックス部材や、その他のセラミックス部材の製造方法にも適用可能である。 Further, the present invention is not limited to the ceramic plate 10 constituting the electrostatic chuck 100, but is a method for manufacturing ceramic members and other ceramic members constituting parts for semiconductor manufacturing devices such as a susceptor (heating device) and a shower head. It is also applicable to.

１０：セラミックス板２０：ベース板２１：冷媒流路３０：接合部４０：内部電極５０：ヒータ１００：静電チャック 10: Ceramic plate 20: Base plate 21: Refrigerant flow path 30: Joint 40: Internal electrode 50: Heater 100: Electrostatic chuck

Claims

In a method for manufacturing a ceramic member having a plate-shaped ceramic body and a conductive layer arranged inside the ceramic body.
A molding process for producing a plate-shaped ceramic molded body in which a conductive material layer composed of a conductive material is arranged inside, and a molding process.
A firing step of producing a plate-shaped ceramic fired body by firing the ceramic molded body containing the conductive material layer under normal pressure.
After the firing step, a HIP step of producing a ceramic dense body by performing hot isostatic pressing on the ceramic fired body, and
After the HIP step, the ceramic compact is heated while applying a load to at least one of the first surface of the ceramic compact and the second surface opposite to the first surface. By doing so, a warp correction step of producing a ceramic member having a plate-shaped ceramic body and a conductive layer arranged inside the ceramic body, and
Equipped with
A method for manufacturing a ceramic member, wherein the HIP step and the warp correction step are performed at a temperature lower than that of the firing step .

In the method for manufacturing a ceramic member according to claim 1,
The change rate of the density of the ceramic body at the end of the warp correction step is 1.1% or less, based on the density of the ceramic dense body at the end of the HIP process. Manufacturing method of parts.

In the method for manufacturing a ceramic member according to claim 2,
A method for manufacturing a ceramic member, wherein the average particle size of the ceramic fired body at the end of the firing step is 3.0 μm or less.

The method for manufacturing a ceramic member according to any one of claims 1 to 3.
A method for manufacturing a ceramic member, wherein the ceramic member is at least a part of a component for a semiconductor manufacturing apparatus.