半导体制造装置用部件及其制造方法、成形模具

专利名称：半导体制造装置用部件及其制造方法、成形模具

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202010214673.2

专利申请（专利权）人：日本碍子株式会社
权利人地址：日本爱知县

专利发明（设计）人：曻和宏,木村拓二

专利摘要：本发明提供半导体制造装置用部件及其制造方法、成形模具。陶瓷加热器(10)具备内置电极(14、16)的陶瓷制的圆板(12)和支撑圆板(12)的陶瓷制且圆筒状的轴(20)。陶瓷加热器(10)不具有接合界面。圆板(12)的下表面(12b)具有轴内侧区域(A1)和轴外侧区域(A2)。轴内侧区域(A1)为比轴外侧区域(A2)凹陷一阶的形状，且具有使电极露出的电极露出孔(14a、16a)。

主权利要求：
1.一种成形模具，其用于制造半导体制造装置用部件，
所述半导体制造装置用部件具备内置电极的陶瓷制的圆板和支撑上述圆板的陶瓷制且圆筒状的轴，上述圆板和上述轴被一体化形成从而相互之间不具有接合界面，
上述圆板中的上述轴被一体化了的面具有轴内侧区域和轴外侧区域，上述轴内侧区域为比上述轴外侧区域凹陷一阶的形状，且具有使上述电极露出的电极露出孔，所述成形模具的特征在于，具备：
圆环层成形空间，其为用于形成上述轴外侧区域的圆板厚度比上述轴内侧区域的圆板厚度大且上述轴内侧区域为比上述轴外侧区域凹陷一阶的形状的上述圆板中的轴侧的圆环层的空间；以及轴成形空间，其与上述圆环层成形空间连通，且为用于形成上述轴的空间，上述圆环层成形空间由一对圆环面和与该一对圆环面相连的外周面包围，上述一对圆环面中的上述轴成形空间侧的圆环面为向上述轴成形空间侧凹陷的凹面，上述一对圆环面中的与上述轴成形空间相反的一侧的圆环面为向上述轴成形空间侧鼓出的凸面，上述凹面及上述凸面的倾斜角度θ为0.25°≤θ≤1°。
2.根据权利要求1所述的成形模具，其特征在于，
上述凹面及上述凸面的中心位置与从该中心位置向半径外方向分离150mm的位置的高低差d为0.7mm以上且2.6mm以下。
3.一种半导体制造装置用部件的制造方法，其特征在于，包括以下工序：(a)使用权利要求1或2所述的成形模具利用铸模法制作基础成形体的工序，上述基础成形体是将利用上述圆环层成形空间成形的未烧成圆环层和利用上述轴成形空间成形的未烧成轴以无接缝的状态一体化而成的，在该工序中沿着倾斜角度θ为0.25°≤θ≤1°的上述凹面及上述凸面向上述成形模具的外部排出气体；
(b)在上述基础成形体的上述未烧成圆环层的上表面层叠具备电极或其前驱体的圆板成形体而得到最终成形体的工序；以及(c)在对上述最终成形体进行预烧后，在以圆板侧为下的方式载置于水平支撑面的状态下且以在圆板部分载置有砝码的状态进行常压烧成，由此得到不具有接合界面的半导体制造装置用部件的工序。
4.根据权利要求3所述的半导体制造装置用部件的制造方法，其特征在于，上述工序(b)中，作为上述圆板成形体，使用具备在上述圆板成形体的侧面开口的气体通路的成形体。 说明书 : 半导体制造装置用部件及其制造方法、成形模具技术领域[0001] 本发明涉及半导体制造装置用部件及其制造方法、成形模具。背景技术[0002] 以往，已知具备内置电极的陶瓷制的圆板和支撑该圆板的陶瓷制的轴的陶瓷加热器等半导体制造装置用部件。制造这样的半导体制造装置用部件时，例如，如专利文献1记载地，在将圆板和轴分别各自烧成而制作后，在使两者接触的状态下进行热处理而接合。但是，若进行接合暂时烧成的圆板、轴的热处理，则由于热经历为两次，因此导致烧结粒子成长，存在圆板、轴的强度变弱或罕见地引起接合界面的剥离的问题。另一方面，专利文献2的半导体制造装置用部件将圆板和实心的轴在一体成形后烧成。由此，热经历为一次，烧结粒子难以成长，因此强度变高，也能够防止接合界面的剥离。[0003] 现有技术文献[0004] 专利文献[0005] 专利文献1：日本特开2006－232576号公报[0006] 专利文献2：日本特开平10－242252号公报(第0008段、图3)发明内容[0007] 但是，在专利文献2的半导体制造装置用部件中，难以将对电极供给电力的供电部件配置于实心的轴。另外，即使假设使用了中空的轴，为了配置供电部件，也需要在圆板设置比较深的孔，存在难以容易地制造的问题。[0008] 本发明为了解决这样的课题而做成，目的在于提供不存在剥离的风险、强度高、且制造比较容易的半导体制造装置用部件。[0009] 本发明的半导体制造装置用部件具备内置电极的陶瓷制的圆板和支撑上述圆板的陶瓷制且圆筒状的轴，其中，[0010] 上述半导体制造装置用部件不具有接合界面，[0011] 上述圆板中的上述轴被一体化了的面具有轴内侧区域和轴外侧区域，[0012] 上述轴内侧区域为比上述轴外侧区域凹陷一阶的形状，且具有使上述电极露出的电极露出孔。[0013] 该半导体制造装置用部件不具有接合界面，因此不会引起接合界面的剥离。另外，这样的半导体制造装置用部件能够通过仅一次的烧成(一次热经历)制作圆板与轴的一体成形体，因此相比对圆板、轴实施两次热经历的情况，能够抑制烧结粒子的成长，而且能够提高强度。进一步地，圆板中的轴内侧区域为比轴外侧区域凹陷一阶的形状，因此轴内侧区域的电极露出孔的深度浅。因此，相比深度深的电极露出孔，能够容易地开设电极露出孔。[0014] 本发明的半导体制造装置用部件中，也可以是，上述轴的内部空间中的从以上述圆板的轴内侧区域为基准的预定高度的位置到上述圆板的轴内侧区域的第一空间为从上述预定高度的位置朝向上述圆板的轴内侧区域扩径的圆锥台形状。作为半导体制造装置用部件的制造方法，考虑如下方法：将用于制作半导体制造装置用部件的两个成形体(未烧成轴及未烧成圆环层一体化而成的基础成形体和具有电极的圆板成形体)一体化进行烧成。在采用该方法的情况下，基础成形体具备对应于第一空间的空间，在使用成形模具的第一芯棒形成该空间时，在成形基础成形体后，能够将第一芯棒顺畅地拔出。在此，上述轴的内部空间中的从上述预定高度的位置到上述轴的开口部的第二空间也可以为从上述预定高度的位置朝向上述轴的开口部扩径的圆锥台形状。在上述的制造方法中，基础成形体具备对应于第二空间的空间，在使用成形模具的第二芯棒形成该空间时，在成形基础成形体后，能够将第二芯棒顺畅地拔出。[0015] 在本发明的半导体制造装置用部件中，也可以是，上述电极为加热电极、RF电极以及静电电极的至少一个。这样的电极优选与圆板的板面平行。[0016] 在本发明的半导体制造装置用部件中，也可以是，上述圆板具有在上述圆板的侧面开口且沿上述圆板的板面方向设置的气体通路，上述轴具有沿上下方向延伸且向上述气体通路供给气体的气体供给路。通过经由气体供给路从气体通路的开口向圆板的侧面喷出气体，能够防止在圆板的下表面附着堆积物。[0017] 在本发明的半导体制造装置用部件中，也可以是，上述轴的外面与上述圆板中的上述轴被一体化了的面的边界部为倒圆角面或锥形面。这样，能够缓和对边界部施加的应力。[0018] 本发明的成形模具用于制造上述的半导体制造装置用部件，其具备：[0019] 圆环层成形空间，其为用于形成上述圆板中的轴侧的圆环层的空间；以及[0020] 轴成形空间，其与上述圆环层成形空间连通，且为用于形成上述轴的空间。[0021] 在该成形模具中，圆环层成形空间和轴成形空间连通。因此，若将含有陶瓷原料粉末和塑模化剂的陶瓷浆料注入成形模具内，则陶瓷浆料填充至圆环层成形空间和轴成形空间双方。之后，若在成形模具内使塑模化剂进行化学反应使陶瓷浆料塑模化，则能够得到将利用圆环层成形空间成形的未烧成圆环层和利用轴成形空间成形的未烧成轴以无接缝的状态一体化了的基础成形体。在该基础成形体的未烧成圆环层层叠例如含有电极(或电极前驱体)的圆板成形体，形成层叠成形体，若对该层叠成形体进行烧成，则通过一次烧成可得到半导体制造装置用部件。[0022] 在本发明的成形模具中，也可以是，圆环层成形空间与轴成形空间的边界部为倒圆角面或锥形面。[0023] 本发明的成形模具中，也可以是，上述圆环层成形空间由一对圆环面和与该一对圆环面相连的外周面包围，上述一对圆环面中的上述轴成形空间侧的圆环面为向上述轴成形空间侧凹陷的凹面，上述一对圆环面中的与上述轴成形空间相反的一侧的圆环面为向上述轴成形空间侧鼓出的凸面。这样，在对将未烧成圆环层和未烧成轴以无接缝的状态一体化的基础成形体以未烧成轴向下、未烧成圆环层向上的姿势进行支撑时，未烧成圆环层为外周部比中心部上翘的形状。在对该基础成形体进行烧成的情况下，若以未烧成轴向上、未烧成圆环层向下的姿势支撑并进行烧成，则烧成厚度圆环层大致为平坦的平面。上述凹面及上述凸面优选中心位置与从该中心位置向半径外方向分离150mm的位置的高低差d为0.7mm以上且2.6mm以下，或者上述凹面及上述凸面的倾斜角度θ为0.25°≤θ≤1°。这样，烧成后的圆环层为更平坦的平面。此外，也有时在基础成形体的未烧成圆板下层还层叠电极(或电极前驱体)、圆板成形体，然后进行烧成，该情况下，烧成后的圆板下层、电极以及圆板为平坦的平面。[0024] 本发明的半导体制造装置用部件的制造方法包括以下工序：[0025] (a)使用上述的成形模具，利用铸模法制作基础成形体的工序，上述基础成形体是将利用上述圆环层成形空间成形的未烧成圆环层和利用上述轴成形空间成形的未烧成轴以无接缝的状态一体化而成的；[0026] (b)在上述未烧成圆环层的上表面层叠具备电极或其前驱体的圆板成形体而得到最终成形体的工序；[0027] (c)在对上述最终成形体进行预烧后，在以圆板侧为下的方式载置于水平支撑面的状态下进行烧成，由此得到不具有接合界面的烧成体的工序；以及[0028] (d)在上述烧成体的圆板中的轴被一体化了的面的轴内侧区域开设使上述电极露出的电极露出孔，由此得到半导体制造装置用部件的工序。[0029] 根据该半导体制造装置用部件的制造方法，能够得到将圆板和轴以无接合界面的状态一体化而成的半导体制造装置用部件。这样的半导体制造装置用部件能够仅通过一次烧成(一次热经历)而制作最终成形体，因此相比对圆板、轴进行两次烧成的情况，能够抑制烧结粒子的成长，而且能够提高强度。另外，圆板中的轴内侧区域为比轴外侧区域凹陷一阶的形状，因此轴内侧区域的电极露出孔的深度浅。因此，相比深度深的电极露出孔，能够容易地开设电极露出孔。[0030] 在此，“铸模法”是如下方法：将含有陶瓷原料粉末和塑模化剂的陶瓷浆料注入成形模具内，在该成形模具内使塑模化剂进行化学反应，使陶瓷浆料塑模化，由此得到成形体。作为塑模化剂，例如，可以为含有异氰酸酯及多元醇且通过氨基甲酸酯反应而塑模化的塑模化剂。“电极的前驱体”是指通过烧成而成为电极的物体，例如，是指将电极糊剂涂敷或印刷成电极的形状的层等。[0031] 在本发明的半导体制造装置用部件的制造方法中，在作为成形模具使用了形成圆环层成形空间的一对圆环面为上述的凹面和凸面的模具的情况下，在对将未烧成圆环层和未烧成轴以无接缝的状态一体化了的基础成形体以未烧成轴向下、未烧成圆环层向上的姿势进行支撑时，未烧成圆环层为外周缘比中心部上翘的形状。烧成工序中，若将最终成形体以未烧成轴为上的方式支撑而进行烧成，则烧成后的圆板大致为平坦的平面。另外，在铸模法中，在成形模具内塑模化剂进行化学反应时，有时产生气体，但是该气体容易沿凹面向外部排出。因此，在基础成形体基本不会残留气泡。特别地，在将凹面及凸面各自的高低差d设为0.7mm以上且2.6mm以下的情况下，或者将倾斜角度θ设为0.25°≤θ≤1°的情况下，烧成后的圆板为更平坦的平面，因此较为优选。[0032] 本发明的半导体制造装置用部件的制造方法中，也可以是，在上述工序(b)中，作为上述圆板成形体，使用具备在上述圆板成形体的侧面开口的气体通路的成形体。这样，能够得到具有在圆板的侧面开口且沿圆板的板面方向设置的气体通路的半导体制造装置用部件。[0033] 在本发明的半导体制造装置用部件的制造方法中，也可以是，在上述工序(c)中，在预烧后的上述最终成形体的上述未烧成圆板承载有砝码的状态下进行烧成。这样，烧成后得到的陶瓷加热器的圆板更平坦，而且能够进一步抑制变形。附图说明[0034] 图1是陶瓷加热器10的立体图。[0035] 图2是图1的A－A剖视图(纵剖视图)。[0036] 图3是基础成形体30的纵剖视图。[0037] 图4是成形模具40的纵剖视图。[0038] 图5是直至制作最终成形体70为止的成形工序图。[0039] 图6是烧成预烧体74得到陶瓷加热器80的烧成工序图。[0040] 图7是陶瓷加热器110的立体图。[0041] 图8是图7的B－B剖视图。[0042] 图9是陶瓷加热器180的制造工序图。[0043] 图10是陶瓷加热器10的变形例的纵剖视图。[0044] 图11是陶瓷加热器10的变形例的纵剖视图。[0045] 图12是陶瓷加热器10的变形例的纵剖视图。[0046] 图13是陶瓷加热器10的变形例的纵剖视图。具体实施方式[0047] 以下，参照附图，说明本发明的优选的实施方式。图1是陶瓷加热器10的立体图，图2是图1的A－A剖视图。此外，在本实施方式的说明中使用“上”“下”，但这并非绝对的位置关系，而是表示相对的位置关系，若物品的朝向改变，则“上”“下”成为“左”“右”，或者成为“前”“后”，或者成为“下”“上”。[0048] 如图1所示，陶瓷加热器10是半导体制造装置用部件的一种，具备陶瓷制的圆板12和同样陶瓷制的圆筒状的轴20。陶瓷加热器10不具有接合界面。即，在圆板12、在轴20、在圆板12与轴20的边界均不具有接合界面。[0049] 如图2所示，圆板12内置有加热电极14及RF电极16。在圆板12的上表面设有晶圆载置面12a。在晶圆载置面12a载置有实施等离子处理的硅制的晶圆W。轴20与圆板12的下表面12b以不无接合界面的状态一体化。圆板12的下表面12b具有轴内侧区域A1和轴外侧区域A2，轴内侧区域A1为比轴外侧区域A2凹陷一阶的形状。加热电极14及RF电极16与晶圆载置面12a大致平行。加热电极14例如是将导电性的线圈遍及圆板12的整个面以一笔划线的要领进行配线而成的。该加热电极14的两端分别通过设于轴内侧区域A1的电极露出孔14a露出于轴20的内部空间。加热电极14的两端分别经由电极露出孔14a连接有供电棒(未图示)。加热电极14通过经由供电棒在加热电极14的两端施加电压而发热。RF电极16是比圆板12稍微小径的圆形的薄层电极，例如，由将细的金属丝编成网状成为片状的网状物形成。该RF电极16埋设于圆板12中的加热电极14与晶圆载置面12a之间。RF电极16通过设于轴内侧区域A1的电极露出孔16a露出于轴20的内部空间。RF电极16经由电极露出孔16a连接有供电棒(未图示)，且经由该供电棒被施加交流高频电压。此外，就加热电极14、RF电极16的材质而言，若考虑防止制造时在圆板12产生裂纹，则优选膨胀系数与用于圆板12的陶瓷材料接近的材质。[0050] 轴20与圆板12的下表面12b以无接合界面的状态一体化，且支撑圆板12。轴20的内部空间S中的从以圆板12的轴内侧区域A1为基准的预定高度的位置20p到圆板12的轴内侧区域A1的第一空间S1为从预定高度的位置20p朝向轴内侧区域A1逐渐扩径的圆锥台形状。另外，轴20的内部空间S中的从预定高度的位置20p到轴20的开口部20b的第二空间S2为从预定高度的位置20p朝向开口部20b逐渐扩径的圆锥台形状。陶瓷加热器10中的包围第一空间S1的周壁的壁面10a为锥形面，轴20的外表面与圆板12的下表面12b的边界面10b也为锥形面，两个锥形面大致平行。[0051] 接下来，对陶瓷加热器10的使用例进行说明。在未图示的腔室内配置陶瓷加热器10，在晶圆载置面12a载置晶圆W。然后，对RF电极16施加交流高频电压，由此在由设置于腔室内的上方的未图示的对置水平电极和埋设于圆板12的RF电极16构成的平行平板电极间产生等离子，利用该等离子对晶圆W实施CVD成膜、实施蚀刻。另外，基于未图示的热电偶的检测信号，求出晶圆W的温度，以使该温度成为设定温度(例如，550℃或650℃)的方式控制对加热电极14施加的电压。[0052] 接下来，对陶瓷加热器10的制造例进行说明。图3是基础成形体30的纵剖视图，图4是成形模具40的纵剖视图，图5是直至制作最终成形体70为止的成形工序图，图6是烧成预烧体74得到陶瓷加热器80的烧成工序图。[0053] 1.成形工序[0054] 首先，制作用于制造陶瓷加热器10的基础成形体30。如图3所示，基础成形体30是将未烧成圆环层32和未烧成轴34以无接缝的状态一体成形而成的。未烧成圆环层32是对应于圆板12中的比含有下表面12b的轴内侧区域A1的面靠轴侧的圆环层12c(参照图2)的成形体，未烧成轴34是对应于轴20的成形体。未烧成圆环层32是外周缘比中心部上翘的形状。具体而言，未烧成圆环层32的表面32a(上表面)为朝向未烧成轴34以圆锥台状凹陷的凹面，表面32b(下表面)为朝向未烧成轴34鼓出的凸面。两个表面32a、32b平行。在未烧成圆环层32的表面32a、32b的每一个中，优选的是，中心位置与从该中心位置向半径外方向分离150mm的位置的高低差d为0.7mm以上2.6mm以下，或者连结中心部和外周缘的线段与水平面形成的倾斜角度θ为0.25°以上且1°以下的范围内的预定角度。在未烧成圆环层32的表面32a通过有机类粘接剂粘接有后述的未烧成的圆板成形体50。[0055] 基础成形体30具有沿中心轴在上下方向上贯通的贯通孔36。贯通孔36对应于陶瓷加热器10的内部空间S。贯通孔36中的从中途位置36c到未烧成圆环层侧的开口部36a的部分为从中途位置36c朝向开口部36a逐渐扩径的第一锥形孔361，从中途位置36c到未烧成轴侧的开口部36b的部分为从中途位置36c朝向开口部36b逐渐扩径的第二锥形孔362。基础成形体30的第一锥形孔361及第二锥形孔362分别对应于陶瓷加热器10的第一空间S1及第二空间S2。另外，中途位置36c对应于陶瓷加热器10的位置20p。基础成形体30中的包围第一锥形孔361的周壁的壁面30a为锥形面，未烧成轴34的外表面与未烧成圆环层32的表面32b的边界面30b也为锥形面，两个锥形面大致平行。壁面30a对应于陶瓷加热器10的壁面10a，边界面30b对应于陶瓷加热器10的边界面10b。[0056] 为了制作基础成形体30，准备用于成形基础成形体30的成形模具40。如图4所示，成形模具40由大圆板部41、主体部42、小圆板部43、第一芯棒44、第二芯棒45构成。成形模具40的内部空间46为与基础成形体30同形状的空间，由圆环层成形空间47和轴成形空间48构成。大圆板部41、主体部42以及小圆板部43成形基础成形体30的外表面。大圆板部41是成形未烧成圆环层32的表面32a的部分，在中央具有贯通孔41a。主体部42主要是成形基础成形体30的外周面、表面32b、未烧成轴34的侧面的部分，可分割成左右一对分割体421、422。小圆板部43是成形基础成形体30的未烧成轴34的端面的部分。第一芯棒44是插入大圆板部41的贯通孔41a的圆柱部件，配置于成形模具40的内部的端面44a的外周缘以成为锥形面44b的方式被倒角。锥形面44b形成基础成形体30的壁面30a。第二芯棒45是沿主体部42的中心轴插入主体部42的内部空间的圆柱部件，一方的端面45a抵接于第一芯棒44的端面44a，另一方的端面45b抵接于小圆板部43。第二芯棒45的侧面为从一方的端面45a朝向另一方的端面45b逐渐扩径的锥形面45c。锥形面45c形成包围基础成形体30的第二锥形孔362的壁面。另外，第一芯棒44和第二芯棒45的抵接面的位置对应于基础成形体30的中途位置36c。[0057] 另外，圆环层成形空间47是用于成形未烧成圆环层32的空间。该圆环层成形空间47是被一对圆环面47a、47b和与该一对圆环面47a、47b相连的外周面47c及第一芯棒44的锥形面44b包围的空间。一对圆环面47a、47b中的与轴成形空间48相反的一侧的圆环面47a为向轴成形空间侧鼓出的凸面，轴成形空间侧的圆环面47b为向轴成形空间侧凹陷的凹面。圆环面47a、47b分别形成基础成形体30的表面32a、32b。圆环面47a、47b优选其中心位置与从该中心位置向半径外方向分离150mm的位置的高低差d为0.7mm以上且2.6mm以下。另外，圆环面47a、47b的倾斜角度θ优选为0.25°≤θ≤1°。以下的表1表示倾斜角度θ与高低差d的关系的一例。在成形模具40中，浆料的注入口40a设于圆环层成形空间47的外周面，排出口40b设于小圆板部43。[0058] 【表1】[0059][0060] ※d是圆形面的中心位置与从该中心位置向半径外方向分离150mm的位置的高低差。[0061] 如图5(a)所示，对于该成形模具40，将陶瓷浆料从成形模具40的注入口40a注入并从排出口40b排出空气，并且填充内部空间46的整体，使该浆料固化，由此得到基础成形体30。具体的顺序如下。[0062] 向陶瓷粉体加入分散介质及分散剂进行混合，制作陶瓷浆料前驱体。用作陶瓷粉体的陶瓷材料可以是氧化物类陶瓷，也可以是非氧化物类陶瓷。例如，可以使用氧化铝、氧化钇、氮化铝、氮化硅、碳化硅、氧化钐、镁、氟化镁、氧化钇等。这些材料可以使用单独一种或者两种以上使用。另外，只要可以调整、制作浆料，陶瓷材料的粒子径就没有特别限定。作为分散介质，只要溶解分散剂、异氰酸酯、多元醇以及催化剂，就没有特别限制。例如，能够示例烃类分散介质(甲苯、二甲苯、溶剂石脑油等)、醚类分散介质(乙二醇单乙醚、丁基卡必醇、乙酸丁基卡必醇等)、醇类分散介质(异丙醇，1‑丁醇、乙醇、2‑乙基己醇、松油醇、乙二醇、甘油等)、酮类分散介质(丙酮、甲乙酮等)、酯类(乙酸丁酯、戊二酸二甲酯、三醋酸甘油酯等)、多元酸分散介质(戊二酸等)。特别地，优选使用多元酸酯(例如戊二酸二甲酯等)、多元醇的酯类(例如，三醋酸甘油酯等)等具有两个以上的酯键的溶剂。作为分散剂，例如，只要是将陶瓷粉体均匀地分散于分散介质中的物质就没有特别限定。例如，能够示例聚羧酸共聚物、聚羧酸盐、山梨糖醇脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯、磷酸盐共聚物、磺酸盐共聚物、具有叔胺的聚氨酯聚酯类共聚物等。特别优选使用聚羧酸共聚物、聚羧酸盐等。通过添加该分散剂，能够使成形前的浆料成为低粘度且具有高的流动性的状态。这样，向陶瓷粉体以预定的比例添加分散介质及分散剂，经过预定时间，将它们混合、碾碎，制作陶瓷浆料前驱体。[0063] 然后，向陶瓷浆料前驱体添加塑模化剂(异氰酸酯及多元醇)和催化剂，将它们混合、真空脱泡，制作陶瓷浆料。作为异氰酸酯，只要是具有异氰酸酯基为官能团的物质，就没有特别限定，例如，可以使用六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、或者它们的变性体等。此外，在分子内，可以含有异氰酸酯基以外的反应性官能团，而且也可以如多异氰酸酯那样含有多个反应官能团。作为多元醇，只要具有可以与异氰酸酯基反应的官能团，例如，羟基、氨基等的物质就没有特别限定，例如，可以使用乙二醇(EG)、聚乙二醇(PEG)、丙二醇(PG)、聚丙二醇(PPG)、聚丁二醇(PTMG)、聚六亚甲基二醇(PHMG)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)等。作为催化剂，只要是促进氨基甲酸酯反应的物质就没有特别限定，例如，可以使用三乙二胺、己二胺、6‑二甲基氨基‑1‑己醇、1,5‑二氮杂双环(4.3.0)壬烯‑5,1,8‑二氮杂双环[5.4.0]‑7‑十一碳烯、(二甲基苄胺)、六甲基四亚乙基四胺等。将陶瓷浆料从成形模具40的注入口40a流入，填充圆环层成形空间47和轴成形空间48。然后，通过基于异氰酸酯及多元醇的化学反応(氨基甲酸酯反应)生成作为有机粘合剂的聚氨酯树脂，进一步地，在相邻的聚氨酯树脂的分子间，以连结在同分子中分别生成的氨基甲酸酯基(－O－CO－NH－)彼此的方式架桥，由此使陶瓷浆料固化。聚氨酯树脂作为有机粘合剂发挥功能。由此，在成形模具40的内部制作基础成形体30。[0064] 此外，制作陶瓷浆料前驱体、陶瓷浆料时的混合方法没有特别限定，例如，能够使用球磨机、自转搅拌机、振动式搅拌机、螺旋桨式搅拌机，静态混合器等的搅拌机。基础成形体30的大小考虑陶瓷加热器10的大小和烧成时的收缩率而决定。另外，在成形模具40内塑模化剂进行化学反应时有可能产生气体，该气体容易沿倾斜角度θ的圆环面47a、47b(参照图4)向外部排出。因此，在基础成形体30不会残留有气泡。[0065] 然后，卸下成形模具40的小圆板部43，卸下主体部42的左右一对分割体421、422，使基础成形体30露出(参照图5(b))。然后，将第一芯棒44从大圆板部41的贯通孔41a及基础成形体30的第一锥形孔361向下方抽出，将第二芯棒45从基础成形体30的第二锥形孔362向上方抽出。此时，第一芯棒44具备锥形面44b，因此能够从基础成形体30的第一锥形孔361容易地抽出。另外，第二芯棒45也具备锥形面45c，因此能够从基础成形体30的第二锥形孔362容易地抽出。这样，将基础成形体30从成形模具40取出(参照图5(c))。[0066] 另一方面，另外准备用于圆板成形体50的成形模具60。如图5(i)所示地，圆板成形体50内置加热电极14及RF电极16，其以无接缝的状态成形为一体。圆板成形体50的整体形状为外周缘比中心部上翘的形状。圆板成形体50的表面50a(上表面)和表面50b(下表面)与基础成形体30的表面32a平行。[0067] 如图5(d)所示，成形模具60由第一上模具61和下模具64构成。两模具61、64之间设有用于形成外周缘比中心部上翘的形状的未烧成圆板下层51的空间。下模具64为杯形状的模具，底面为中心凹陷的凹面。该凹面与圆板成形体50的表面50b的形状一致。第一上模具61的下表面为可在未烧成圆板下层51形成用于嵌入加热电极14的加热电极用槽51a的形状。两模具61、64之间的空间填充与之前同样的陶瓷浆料，通过化学反应使之固化，由此成形未烧成圆板下层51。[0068] 然后，卸下第一上模具61，使未烧成圆板下层51的上表面露出，在加热电极用槽51a嵌入线圈状的加热电极14(参照图5(e))。然后，在下模具64安装第二上模具62，在未烧成圆板下层51的上方形成空间，向该空间填充与之前同样的陶瓷浆料，通过化学反应使之固化，由此成形未烧成圆板中层52(参照图5(f))。在未烧成圆板中层52的上表面形成圆形的RF电极用槽52a。然后，卸下第二上模具62，使未烧成圆板中层52的上表面露出，在RF电极用槽52a嵌入网状物状的RF电极16(参照图5(g))。然后，在下模具64安装第三上模具63，在未烧成圆板中层52的上方形成空间，向该空间填充与之前相同的陶瓷浆料，通过化学反应使之固化，由此成形未烧成圆板上层53(参照图5(h))。由此，圆板成形体50成形。然后，卸下第三上模具63，从下模具64取出圆板成形体50(参照图5(i))。然后，在基础成形体30的表面32a涂敷有机类粘接剂72，在其之上以使圆板成形体50的表面50b抵接的方式载置圆板成形体50，将基础成形体30和圆板成形体50一体化。由此，得到最终成形体70(参照图5(j))。将最终成形体70中的圆板成形体50和基础成形体30的未烧成圆环层32称为未烧成圆板54。未烧成圆板54是对应于陶瓷加热器10的圆板12的部件。最终成形体70是将未烧成圆板54和未烧成轴34一体化而成的。最终成形体70的未烧成圆板54是外周缘比中心部上翘的形状，优选其中心位置与从该中心位置向半径外方向分离150mm的位置的高低差d为0.7mm以上且2.6mm以下。另外，倾斜角度θ优选为0.25°以上且1°以下。[0069] 2.干燥、脱脂、预烧工序[0070] (1)干燥[0071] 使最终成形体70含有的分散介质蒸发。只要根据使用的分散介质种类，适当设定干燥温度、干燥时间即可。但是，若干燥温度过高，则称为产生裂纹的原因，因此不推荐。另外，气氛可以是大气、惰性气氛、真空、氢气氛围的任一个。[0072] (2)脱脂[0073] 使分散介质蒸发后的最终成形体70含有的有机类粘接剂、粘合剂、分散剂以及催化剂分解。作为分解温度，例如为400～600℃，气氛可以是大气、惰性气氛、真空、氢气氛围的任一个，但是在埋设电极的情况下，使用非氧化物类陶瓷的情况下，采用惰性气氛及真空的某个。[0074] (3)预烧[0075] 对脱脂后的最终成形体70以750～1300℃进行热处理(预烧)，由此得到预烧体74(参照图6(a))。预烧是为了提高强度，容易用手操作。气氛可以是大气、惰性气氛、真空、氢气氛围的任一个，但在埋设电极的情况下，使用非氧化物类陶瓷的情况下，采用惰性气氛及真空的某个。预烧体74为与最终成形体70同样的形状。此外，干燥后，也可以一次进行脱脂和预烧。[0076] 3.烧成工序[0077] 在将预烧体74配置成圆板为下且轴为上的状态下，对预烧体74进行烧成，得到陶瓷加热器80。烧成时的最高温度根据粉末的种类、粉末的粒子径适当设定，但优选设定于1000～2000℃的范围。预烧体74中的外周缘比中心部上翘的形状的圆板部分通过烧成大致平坦。气氛可以是大气、惰性气氛、真空的任一个。另外，为了进一步抑制烧成时的变形使圆板部分更平坦，优选的是，如图6(a)所示地在平坦的水平支撑板76(例如，由BN材构成的板)以圆板部分为下、轴部分为上的方式载置预烧体74，在圆板部分载置环状的砝码78施加负载，在该状态下进行常压烧成。由此，可得到不具有接合界面的陶瓷加热器80(参照图6(b))。若砝码78的重量过重，则被加重的圆板部分与自由的轴部分之间产生收缩差，存在破裂的风险。因此，优选在5～10kg的范围内适当设定。若考虑装配、卸除，则优选砝码78为可沿直径分割成两个以上的形状。[0078] 4.开孔工序[0079] 在陶瓷加热器80的轴内侧区域的预定位置使用钻等设置电极露出孔14a、16a。另外，对设于轴20的开口部20b的周围的凸缘的形状进行磨削整理。由此，陶瓷加热器10完成。[0080] 以上详细叙述的本实施方式的陶瓷加热器10不具有接合界面，因此不会引起接合界面的剥离。另外，陶瓷加热器10能够仅通过一次烧成(一次热经历)制作圆板和轴成为一体的最终成形体70，因此，相比实施两次热经历的情况，能够抑制烧结粒子的成长，而且能够提高强度。进一步地，圆板12的下表面12b中的轴内侧区域A1为比轴外侧区域A2凹陷一阶的形状，因此轴内侧区域A1的电极露出孔14a、16a的深度浅。因此，电极露出孔14a、16a相比深度深的电极露出孔能够容易地开设。[0081] 另外，轴20的内部空间S中的第一空间S1为从以圆板12的轴内侧区域A1为基准的预定高度的位置20p朝向圆板12的轴内侧区域A1扩径的圆锥台形状。这样，通过上述的制造方法制造陶瓷加热器10时，基础成形体30具有朝向开口部36a扩径的第一锥形孔361。因此，在利用成形模具40成形基础成形体30后，能够从第一锥形孔361顺畅地拔出第一芯棒44。[0082] 而且，轴20的内部空间S中的第二空间S2为从预定高度的位置20p朝向轴20的开口部20b扩径的圆锥台形状。这样，通过上述的制造方法制造陶瓷加热器10时，基础成形体30具有朝向开口部36b扩径的第二锥形孔362。因此，在利用成形模具40成形基础成形体30后，能够从第二锥形孔362顺畅地拔出第二芯棒45。[0083] 另外，轴20的外表面与圆板12的下表面12b的边界面10b为锥形面，因此能够缓和施加于边界面10b的应力。[0084] 而且，成形模具40的圆环层成形空间47和轴成形空间48连通。因此，通过将陶瓷浆料主图成形模具40内，在成形模具40内使塑模化剂进行化学反应而使浆料塑模化，能够得到未烧成圆环层32和未烧成轴34以无接缝的状态一体化的基础成形体30。在该基础成形体30的未烧成圆环层32层叠圆板成形体50，形成最终成形体70，然后进行预烧、烧成，因此能够通过一次烧成得到陶瓷加热器10。[0085] 而且，根据上述的陶瓷加热器10的制造方法，能够容易地得到不具有接合界面的陶瓷加热器10。特别地，作为成形模具40，形成圆环层成形空间47的一对圆环面47a、47b如上述地为凹面和凸面。因此，在将未烧成圆环层32和未烧成轴34以无接缝的状态一体化了的基础成形体30以未烧成轴34向下、未烧成圆环层32向上的姿势支撑时，未烧成圆环层32为外周缘比中心部上翘的形状。若烧成工序中将预烧体74以轴部分为上的方式支撑进行烧成，则烧成后的圆板12为大致平坦的平面。另外，在铸模法中，在成形模具40内塑模化剂进行化学反应时有时产生气体，但该气体容易沿凹面向外部排出。因此，在最终成形体70几乎不会残留气泡。特别地，在将凹面及凸面的各自的高低差d设为0.7mm以上且2.6mm以下的情况下，或者将倾斜角度θ设为0.25°≤θ≤1°的情况下，烧成后的圆板下层为更平坦的平面。[0086] 而且，在烧成工序中，以在预烧体74的圆板部分载置有砝码78的状态进行常压烧成，因此圆板12更平坦，并且变形进一步被抑制。[0087] 此外，本发明丝毫不限定于上述的实施方式，不言而喻，只要属于本发明的技术性范围，就能够以各种方式实施。[0088] 例如，也可以在上述的实施方式的陶瓷加热器10的加热电极14之下如图7及图8所示地设置气体通路18。将具有气体通路18的陶瓷加热器10称为陶瓷加热器110。图7是陶瓷加热器110的立体图，图8是图7的B－B剖视图。图8中，对与上述的实施方式相同的结构要素标注相同的符号。气体通路18是与圆板12的晶圆载置面12a平行地沿板面方向设置的通路，且在陶瓷加热器110的侧面开口。在轴20的周壁设有沿上下方向延伸且向气体通路18供给气体的气体供给路19。该气体供给路19从轴20的下端面20c到气体通路18呈直线状延伸。因此，轴20的周壁的厚度、壁面10a及边界面10b的锥形角度、壁面10a与边界面10b的间隔等设置为能够使气体供给路19从轴20的下端面20c直线地到达气体通路18。根据该陶瓷加热器110，在对载置于晶圆载置面12a的晶圆W利用等离子实施CVD成膜或实施蚀刻时，经由气体供给路19将气体从气体通路18的开口喷出至圆板12的侧面，由此能够防止在圆板12的下表面附着堆积物。[0089] 为了制造陶瓷加热器110，首先，制造如图9(a)所示的基础成形体130和圆板成形体150。基础成形体130除了设有形成气体供给路19的一部分的空洞19a以外，其它为与基础成形体30同样的结构。用于制作该基础成形体130的成形模具除了添加有用于形成空洞19a的芯棒部件以外，其它与成形模具40同样。此外，也可以在制作基础成形体30后，穿通设置空洞19a，形成基础成形体130。圆板成形体150埋设有加热电极14、RF电极16以及气体通路18，能够以图5(d)～图5(i)为基准制作。在气体通路18的下方设置形成气体供给路19的一部分的空洞19b。空洞19b也可以使用成形模具来设置，也可以在成形后穿通设置。然后，如图9(b)所示地，在基础成形体130的上表面印刷有机类粘接剂，在其之上粘接圆板成形体150。由此，可得到最终成形体170。对于最终成形体170，与上述的实施方式同样地进行干燥、脱脂、预烧，在形成预烧体174后，对该预烧体174进行烧成，由此得到陶瓷加热器180(无电极露出孔)。例如，也可以是，如图9(c)所示地，在平坦的水平支撑板76(例如由BN材构成的板)将预烧体174以使圆板部分为下、轴部分为上的方式载置，将环状的砝码78载置于圆板，在施加有负载的状态下进行常压烧成，形成陶瓷加热器180。最后，利用钻等设置电极露出孔14a、16a，并且对设于轴的开口部的周围的凸缘的形状进行磨削整理，由此得到陶瓷加热器110。该陶瓷加热器110不具有接合界面，因此不会引起接合界面的剥离。另外，陶瓷加热器110能够仅通过一次烧成(一次热经历)制作预烧体174，因此相比对圆板12、轴20实施两次热经历的情况，能够抑制烧结粒子的成长，而且能够提高强度。而且，圆板12中的轴内侧区域A1为比轴外侧区域A2凹陷一阶的形状，因此轴内侧区域A1的电极露出孔14a、16a的深度浅。因此，电极露出孔14a、16a能够比深度深的电极露出孔容易开设。[0090] 在上述的实施方式中示例了将加热电极14及RF电极16双方内置于圆板12的例，但也可以仅将任意一方内置于圆板12。另外，也可以取代这些电极14、16或者在此基础上，将用于利用静电力将晶圆W吸附保持于晶圆载置面12a的静电电极内置于圆板12。这点与陶瓷加热器110相同。[0091] 在上述的实施方式中，将成形模具40的圆环面47a设为呈圆锥台状鼓出的凸面，将圆环面47b设为呈圆锥台状凹陷的凹面，但是也可以将圆环面47a设为杯形状的凸面，将圆环面47b设为杯形状的凹面。[0092] 在上述的实施方式中，在加热电极用槽51a嵌入有线圈状的加热电极14，在RF电极用槽52a嵌入有网状物状的RF电极16，但是，也可以不设置这样的槽51a、52a，而是使用电极糊剂通过丝网印刷等形成电极图案。电极图案可以形成于成形体的表面，也可以预先设置于制作成形体前的成形模具的内表面，在制作成形体时使之附着于该成形体。电极糊剂例如调制成含有导电材料、陶瓷材料、粘合剂、分散介质以及分散剂。作为材料，能够示例钨、碳化钨、铂、银、钯、镍、钼、钌、铝以及这些物质的化合物等。作为粘合剂，能够使用聚乙二醇(PEG)、丙二醇(PG)、聚丙二醇(PPG)、聚丁二醇(PTMG)、聚己二醇(PHMG)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、丙烯酸树脂等。另外，分散介质、分散剂能够使用与塑模化剂同样的物质。[0093] 在上述的实施方式中，将基础成形体30的未烧成圆环层32的上下两面的倾斜角度θ设为0.25°以上且1°以下，但倾斜角度θ也可以为该范围外的角度(例如，0°或2°)。该情况下，得到的陶瓷加热器10的晶圆载置面12a虽然不会如上述的实施方式那样平坦，但是圆板12和轴20以无接合界面的状态一体化，因此不会引起接合界面的剥离。另外，该情况下，也能够通过一次热经历制作预烧体，因此相比对圆板12、轴20实施两次热经历的情况下，能够抑制烧结粒子的成长，而且能够提高强度。该点与陶瓷加热器110同样。[0094] 在上述的实施方式中，将陶瓷加热器10的轴20的外表面与圆板12的下表面12b的边界面10b设为锥形面，但边界面10b不限于锥形面。例如，也可以如图10所示地将边界面10b形成具有预定的曲率半径的圆角面，也可以如图11所示地将边界面10b设为台阶面(外观上，看上去像是轴20的凸缘)，也可以如图12所示地使轴20的外表面和圆板12的下表面12b大致正交。这些可以通过对上述的实施方式中的锥形面的边界面10b进行磨削而得到。在图10～图12中，对与上述的实施方式相同的结构要素标注了相同的符号。[0095] 在上述的实施方式中，陶瓷加热器10的内部空间S具有圆锥台状的第一及第二空间S1、S2，但也可以如图13所示地将内部空间S形成为笔直形状的圆柱空间。图13中，对与上述的实施方式相同的结构要素标注了相同的符号。此外，也可以将图13的边界面10b如图10～图12那样变更。[0096] 【实施例】[0097] 以下说明的实施例1～3中，实施例1、2相当于本发明的实施例，实施例3相当于比较例。实施例1、2中制作了陶瓷加热器10。此外，以下的实施例不对本发明进行任何限定。[0098] [实施例1][0099] 1.成形工序[0100] 首先，使用球磨机(滚筒)将氮化铝粉末(纯度99.7％)100质量部、氧化钇5质量部、分散剂(聚羧酸共聚物)2质量部以及分散介质(多元酸酯)30质量部混合14小时，由此得到陶瓷浆料前驱体。对于该陶瓷浆料前驱体，添加异氰酸酯(4，4’－二苯基甲烷二异氰酸酯)4.5质量部、水0.1质量部、催化剂(6‑二甲基氨基‑1‑己醇)0.4质量部并进行混合，由此得到陶瓷浆料。使用该陶瓷浆料，按照图5所示的顺序制作出最终成形体70。成形模具40的倾斜角度θ为0.5°。成形模具40的圆形面的中心位置与从该中心位置向半径外方向分离150mm的位置的高低差d为1.3mm。另外，加热电极14使用Mo线圈，RF电极16使用Mo网状物。[0101] 2.干燥、脱脂、预烧工序[0102] 将得到的最终成形体70在100℃下干燥10小时，然后以最高温度500℃进行脱脂，然后以最高温度820℃、在氮气氛围下预烧，由此得到预烧体74。[0103] 3.烧成工序[0104] 如图6所示地，在BN制的平坦的水平支撑板76将预烧体74以使圆板部分为下、轴部分为上的方式载置，在圆板部分载置环状的砝码78(10kg)，在施加有负载的状态下，在氮气中利用常压烧成以1860℃进行6小时烧成。由此，得到陶瓷加热器80(圆板12的直径为300mm)。在陶瓷加热器80开设电极露出孔14a、16a，由此得到陶瓷加热器10。[0105] 实施例1的陶瓷加热器10的强度为320MPa、平均粒子径为4.1μm、烧成后的翘曲为0.04mm。另外，在最终成形体70中看不到气泡。此外，强度测量以JISR1601为标准，以含有圆板12与轴20的连结部的方式切出试验片。试验片是宽度W为4.0mm、厚度t为3.0mm、长度为40mm的长方体。将该试片在配置于恒定距离的两个支点上以连结部位于支点间的中央的方式放置，分成位于相距支点间的中央左右相等的距离的两个点施加负载，测量弯折时的最大弯曲应力。就平均粒子径而言，将用SEM观察到的粒子的长轴与短轴的平均设为粒子径，将观察到的40个粒子的粒子径的平均设为平均粒子径。翘曲是晶圆载置面12a的高度的最大值与最小值的差。气泡的有无通过目视观察最终成形体70的截面来判断。[0106] [实施例2][0107] 1.成形工序[0108] 与实施例1同样地调制陶瓷浆料前驱体。对该陶瓷浆料前驱体添加异氰酸酯(六亚甲基二异氰酸酯)4.5质量部、水0.1质量部、催化剂(6‑二甲基氨基‑1‑己醇)0.4质量部并进行混合，由此得到陶瓷浆料。使用该陶瓷浆料按照图5所示的顺序制作最终成形体70。成形模具40的倾斜角度θ为0.5°、高低差d为1.3mm。加热电极14及RF电极16通过丝网印刷Mo糊剂(含有氮化铝粉末(纯度99.7％))而形成。因此，省略了加热电极用槽51a、RF电极用槽52a。[0109] 2.干燥、脱脂、预烧工序[0110] 将得到的最终成形体70以100℃干燥10小时，然后以最高温度1300℃、在氢气氛围下进行脱脂、预烧，由此得到预烧体74。[0111] 3.烧成工序[0112] 与实施例1同样地在烧成后开设电极露出孔14a、16a，由此得到实施例2的陶瓷加热器10。实施例2的陶瓷加热器10的强度为335MPa、平均粒子径为4.3μm、烧成后的翘曲为0.04mm。另外，在最终成形体70看不到气泡。此外，该陶瓷加热器10也与实施例1同样地看不到接合界面。[0113] [实施例3][0114] 1.成形工序[0115] 向氮化铝粉末95重量％添加作为烧结助剂的氧化钇5重量％，并利用球磨机混合。向得到的混合粉末添加粘合剂，通过喷雾造粒法进行造粒。对得到的造粒粉进行脱脂，通过金属模具成形及CIP成形圆板状成形体和管状成形体。在圆板状成形体的内部埋设作为RF电极的Mo网状物和作为加热电极的Mo线圈。[0116] 2.烧成工序[0117] 将圆板状成形体在氮气中利用热压制法以1860℃进行6小时烧成，由此形成圆板状烧成体。另外，将管状成形体在氮气中通过常压烧成以1860℃进行6小时烧成，由此形成管状烧成体。[0118] 3.接合工序[0119] 将圆板状烧成体的接合面和管状烧成体的接合面利用平面磨削盘及高速研磨盘加工，使接合面的中心线平均粗细及平面度成为0.1μm。在各接合面涂布钇浓度为2.61×‑410 mol/cc的硝酸钇溶液，将两接合面重合，在1860℃下进行一小时热处理，由此得到实施例3的陶瓷加热器。为了热处理时使两个烧成体的位置不会大幅偏移，利用夹具保持、固定各烧成体。接合时，对两烧成体不施加压力而仅负载烧成体的自重。热处理时的气氛为氮气。实施例3的陶瓷加热器的强度为290MPa、平均粒子径为4.9μm、烧成厚度翘曲为0.15mm。得到的陶瓷加热器以圆板状烧成体和管状烧成体的接合界面能够通过SEM判别的状态一体化。[0120] 本申请基于2019年3月26日申请的日本国专利申请第2019－058056号要求优先权，通过引用，其内容全部包含于本说明中。[0121] 生产上的可利用性[0122] 本发明能够利用于半导体制造装置使用的部件、例如，陶瓷加热器、静电卡盘加热器、静电卡盘等。

专利地区：日本

专利申请日期：2020-03-24

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN111755361B