(57)【要約】【課題】焼成前後での収縮率を低減可能なセラミックス混合物を提供すること。【解決手段】本セラミックス混合物は、酸化物セラミックス粒子、前記酸化物セラミックス粒子の焼成温度よりも低い温度で燃焼して消失する燃焼消失粒子、及び焼成助剤が混合されたペースト状のセラミックス混合物であって、前記酸化物セラミックス粒子に対する前記燃焼消失粒子の体積割合が０％より大きく２０％以下である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物セラミックス粒子、前記酸化物セラミックス粒子の焼成温度よりも低い温度で燃焼して消失する燃焼消失粒子、及び前記焼成温度よりも低い温度で溶融する焼成助剤が混合されたペースト状のセラミックス混合物であって、
前記酸化物セラミックス粒子に対する前記燃焼消失粒子の体積割合が０％より大きく２０％以下であることを特徴とするセラミックス混合物。
【請求項２】
前記燃焼消失粒子の平均粒径は、前記酸化物セラミックス粒子の平均粒径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のセラミックス混合物。
【請求項３】
前記酸化物セラミックス粒子は酸化アルミニウム粒子であり、前記燃焼消失粒子はポリメタクリル酸メチル粒子であることを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミックス混合物。
【請求項４】
酸化物セラミックス粒子と、前記酸化物セラミックス粒子を結着する焼成助剤と、を有する多孔質体であって、
気孔率が３０％よりも大きく４３％以下であることを特徴とする多孔質体。
【請求項５】
基板を吸着保持する基体と、前記基体に内蔵されたガス流路と、を有する静電チャックであって、
前記基体に形成された貫通孔と、
前記貫通孔に配置された、セラミックスを主成分とする多孔質体と、を有し、
前記多孔質体の有する気孔が前記ガス流路となり、
前記多孔質体の気孔率は３０％よりも大きく４３％以下であることを特徴とする静電チャック。
【請求項６】
ベースプレート上に請求項５に記載の静電チャックを搭載した基板固定装置。
【請求項７】
セラミックスを主成分とする多孔質体の製造方法であって、
酸化物セラミックス粒子、前記酸化物セラミックス粒子の焼成温度よりも低い温度で燃焼して消失する燃焼消失粒子、及び前記焼成温度よりも低い温度で溶融する焼成助剤が混合されたペースト状のセラミックス混合物を作製する工程と、
前記セラミックス混合物を所定温度に加熱し、前記酸化物セラミックス粒子を焼成すると共に前記燃焼消失粒子を消失させる工程と、を有し、
前記セラミックス混合物を作製する工程において、前記酸化物セラミックス粒子に対する前記燃焼消失粒子の体積割合が０％より大きく２０％以下であることを特徴とする多孔質体の製造方法。
【請求項８】
前記酸化物セラミックス粒子は酸化アルミニウム粒子であり、前記燃焼消失粒子はポリメタクリル酸メチル粒子であることを特徴とする請求項７に記載の多孔質体の製造方法。
【請求項９】
基板を吸着保持する基体と、前記基体に内蔵されたガス流路と、を有する静電チャックの製造方法であって、
前記基体に貫通孔を形成する工程と、
酸化物セラミックス粒子、前記酸化物セラミックス粒子の焼成温度よりも低い温度で燃焼して消失する燃焼消失粒子、及び前記焼成温度よりも低い温度で溶融する焼成助剤が混合されたペースト状のセラミックス混合物を作製する工程と、
前記セラミックス混合物を前記貫通孔に充填後に所定温度に加熱し、前記酸化物セラミックス粒子を焼成すると共に前記燃焼消失粒子を消失させ、前記貫通孔内に多孔質体を形成する工程と、を有し、
前記多孔質体の有する気孔が前記ガス流路となり、
前記セラミックス混合物を作製する工程において、前記酸化物セラミックス粒子に対する前記燃焼消失粒子の体積割合が０％より大きく２０％以下であることを特徴とする静電チャックの製造方法。
【請求項１０】
前記多孔質体の気孔率は３０％よりも大きく４３％以下であることを特徴とする請求項９に記載の静電チャックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス混合物、多孔質体及びその製造方法、静電チャック及びその製造方法、基板固定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内部に空間を有するセラミックスの多孔質体を作製する方法が知られている。例えば、セラミックス粉末からなる成形体の内部の所望位置に所望形状の中子を配置し、成形体を加熱して焼成する過程中に中子を消失させて内部に空間を有するセラミックスの多孔質体を作製する方法を挙げることができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２６４１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、セラミックスの多孔質体を作製する従来の方法では、加熱前後での（焼成前後での）成形体の収縮率は考慮されていなかった。そのため、例えば、貫通孔内に多孔質体を配置する用途の場合に、多孔質体が貫通孔内から抜け落ちるおそれがあった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、焼成前後での収縮率を低減可能なセラミックス混合物を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本セラミックス混合物は、酸化物セラミックス粒子、前記酸化物セラミックス粒子の焼成温度よりも低い温度で燃焼して消失する燃焼消失粒子、及び焼成助剤が混合されたペースト状のセラミックス混合物であって、前記酸化物セラミックス粒子に対する前記燃焼消失粒子の体積割合が０％より大きく２０％以下であることを要件とする。
【発明の効果】
【０００７】
開示の技術によれば、焼成前後での収縮率を低減可能なセラミックス混合物を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施の形態に係る基板固定装置を簡略化して例示する断面図である。
【図２】本実施の形態に係る基板固定装置の製造工程を例示する図（その１）である。
【図３】本実施の形態に係る基板固定装置の製造工程を例示する図（その２）である。
【図４】体積割合Ｖと気孔率Ｐとの関係を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１０】
［基板固定装置の構造］
図１は、本実施の形態に係る基板固定装置を簡略化して例示する断面図であり、図１（ａ）は全体図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ部の部分拡大図である。
【００１１】
図１を参照するに、基板固定装置１は、主要な構成要素として、ベースプレート１０と、ベースプレート１０上に接着層（図示せず）等を介して設けられた静電チャック２０とを有している。
【００１２】
なお、図１では、ベースプレート１０の上面１０ａと平行な平面に含まれる互いに直交する方向をＸ方向及びＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向（基板固定装置１の厚さ方向）をＺ方向とする。又、ベースプレート１０及び静電チャック２０が積層される方向（Ｚ方向）を積層方向、積層方向（Ｚ方向）に垂直な方向を平面方向（ＸＹ方向）と称する場合がある。
【００１３】
ベースプレート１０は、静電チャック２０を搭載するための部材である。ベースプレート１０の厚さは、例えば、２０〜５０ｍｍ程度とすることができる。ベースプレート１０は、例えば、アルミニウムから形成され、プラズマを制御するための電極等として利用することもできる。ベースプレート１０に所定の高周波電力を給電することで、発生したプラズマ状態にあるイオン等を静電チャック２０上に吸着された基板（ウェハ）に衝突させるためのエネルギーを制御し、エッチング処理を効果的に行うことができる。
【００１４】
ベースプレート１０には、配線１３が設けられている。配線１３は、例えば、銅等により形成され、ベースプレート１０との間は絶縁膜等により絶縁されている。
【００１５】
ベースプレート１０には、ベースプレート１０をＺ方向に貫通する貫通孔１４が設けられている。貫通孔１４の個数は、任意に設定することができる。貫通孔１４は、静電チャック２０上に吸着された基板を冷却する不活性ガスを導入するガス流路の一部をなしている。貫通孔１４の平面形状は例えば円形であり、貫通孔１４の直径は、例えば、１ｍｍ〜３ｍｍ程度とすることができる。なお、平面形状とは、ベースプレート１０の上面１０ａの法線方向（Ｚ方向）から視た対象物の形状を指す。
【００１６】
ベースプレート１０の内部に水路（図示せず）を設けてもよい。ベースプレート１０の内部に設けた水路に冷却水を循環させてベースプレート１０を冷却することで、静電チャック２０上に吸着された基板を冷却することができる。
【００１７】
静電チャック２０は、基体２１と、静電電極２２と、配線２３と、貫通孔２４と、多孔質体２５とを有している。静電チャック２０は、例えば、ジョンセン・ラーベック型静電チャックである。但し、静電チャック２０は、クーロン力型静電チャックであってもよい。
【００１８】
基体２１は誘電体であり、基体２１としては、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックスを用いることができる。基体２１の厚さは、例えば、１〜１０ｍｍ程度、基体２１の比誘電率（１ＫＨｚ）は、例えば、９〜１０程度とすることができる。
【００１９】
静電電極２２は、薄膜電極であり、基体２１に内蔵されている。配線２３は、上端が静電電極２２と接続され、下端が基体２１の下面から露出してベースプレート１０内の配線１３の上端と接続されている。静電電極２２は、配線２３及び１３を介して基板固定装置１の外部に設けられた電源に接続され、所定の電圧が印加されると、基板との間に静電気による吸着力が発生し、基体２１上に基板を吸着保持することができる。吸着保持力は、静電電極２２に印加される電圧が高いほど強くなる。静電電極２２は、単極形状でも、双極形状でも構わない。静電電極２２及び配線２３の材料としては、例えば、タングステン、モリブデン等を用いることができる。
【００２０】
貫通孔２４は、基体２１をＺ方向に貫通し、ベースプレートの貫通孔１４と連通している。貫通孔２４の平面形状は例えば円形であり、貫通孔２４の直径は、貫通孔１４の直径と同等とすることができる。
【００２１】
多孔質体２５は、セラミックスを主成分とし、貫通孔２４内に配置されている。多孔質体２５は、複数の酸化物セラミックス粒子２６と、焼成助剤２７と、気孔２８とを有している。
【００２２】
酸化物セラミックス粒子２６としては、例えば、略球状の酸化アルミニウム粒子や、酸化ジルコニウム粒子等を用いることができる。酸化物セラミックス粒子２６の平均粒径は、例えば、３０〜５００μｍ程度とすることができる。ここで、平均粒径とは、粒子径分布の中央値（メディアン値）である。又、平均粒径は、電子顕微鏡撮影像等から計測することができる。
【００２３】
焼成助剤２７は、酸化物セラミックス粒子２６の外面同士や、酸化物セラミックス粒子２６の外面と貫通孔２４の内壁面とを部分的に結着して一体化している。焼成助剤２７としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化イットリウム等の混合物を用いることができる。
【００２４】
貫通孔２４内において、酸化物セラミックス粒子２６及び焼成助剤２７が存在しない空洞部分が気孔２８である。貫通孔２４内に形成される気孔２８の気孔率は、多孔質体２５の全体の体積の３０％よりも大きく４３％以下とされている。貫通孔２４内に気孔２８を形成することで、貫通孔２４内にガスを通過させることができる。すなわち、多孔質体２５の有する気孔２８は、基体２１に内蔵されたガス流路となる。
【００２５】
このように、ベースプレート１０の貫通孔１４、及び貫通孔２４内設けられた多孔質体２５の気孔２８により、静電チャック２０上に吸着された基板を冷却する不活性ガスをベースプレート１０の外部から導入するガス流路を形成することができる。不活性ガスとしては、例えば、ヘリウムガス等を用いることができる。
【００２６】
基体２１に発熱体（図示せず）を内蔵してもよい。発熱体は、基板固定装置１の外部から電圧を印加されることで発熱し、基体２１の載置面が所定の温度となるように加熱する。発熱体は、例えば、基体２１の載置面の温度を２５０℃〜３００℃程度まで加熱することができる。発熱体の材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）やタングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）等を用いることができる。
【００２７】
［基板固定装置の製造方法］
図２及び図３は、本実施の形態に係る基板固定装置の製造工程を例示する図である。
【００２８】
まず、図２（ａ）に示す工程では、静電電極２２及び配線２３を内蔵する基体２１を作製し、基体２１に貫通孔２４を形成する。基体２１は、例えば、基体２１となるグリーンシート内に静電電極２２及び配線２３となる材料を配置し、焼成することにより作製できる。貫通孔２４は、例えば、ドリル加工法やレーザ加工法により形成することができる。なお、ドリル加工法やレーザ加工法により形成した貫通孔２４の内壁面は平坦面となる。
【００２９】
次に、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示す工程では、多孔質体２５の前駆体となるペースト状のセラミックス混合物２５０を貫通孔２４内に充填する。なお、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＢ部の部分拡大図である。
【００３０】
セラミックス混合物２５０は、酸化物セラミックス粒子２６、焼成助剤２７、及び燃焼消失粒子２６０が少なくとも混合されたものである。酸化物セラミックス粒子２６、焼成助剤２７、及び燃焼消失粒子２６０は、結着していない。セラミックス混合物２５０には、酸化物セラミックス粒子２６、焼成助剤２７、及び燃焼消失粒子２６０以外の物（例えば、有機バインダや溶剤等）が混合されてもよい。
【００３１】
なお、燃焼消失粒子２６０は、酸化物セラミックス粒子２６の焼成過程で（酸化物セラミックス粒子２６の焼成温度よりも低い温度で）燃焼して消失する粒子である。燃焼消失粒子２６０は、酸化物セラミックス粒子２６の平均粒径よりも平均粒径が大きい略球状の粒子であることが好ましい。燃焼消失粒子２６０の平均粒径が酸化物セラミックス粒子２６の平均粒径よりも小さいと、隣接する酸化物セラミックス粒子２６の隙間に燃焼消失粒子２６０が配置される場合があり、その場合には気孔率の向上に寄与できないからである。
【００３２】
又、酸化物セラミックス粒子２６に対する燃焼消失粒子２６０の体積割合は、０％より大きく２０％以下であることが好ましい。この理由については後述する。酸化物セラミックス粒子２６として酸化アルミニウム粒子を用いる場合、燃焼消失粒子２６０としては、例えば、ＰＭＭＡ粒子（ポリメタクリル酸メチル粒子）を用いることができる。
【００３３】
又、焼成助剤２７は、酸化物セラミックス粒子２６の焼成過程で（酸化物セラミックス粒子２６の焼成温度よりも低い温度で）溶融後硬化し、酸化物セラミックス粒子２６の外面同士や、酸化物セラミックス粒子２６の外面と貫通孔２４の内壁面とを結着する物質である。
【００３４】
セラミックス混合物２５０は、例えば、図２（ａ）の構造体をシート状部材の上に配置して貫通孔２４の下端を塞いだ後、スキージ等を用いて貫通孔２４内に充填することができる。貫通孔２４を充填するセラミックス混合物２５０の上端が、基体２１の上面から突出してもよい。
【００３５】
次に、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す工程では、セラミックス混合物２５０を、酸化物セラミックス粒子２６を焼成可能な所定温度（酸化物セラミックス粒子２６の焼成温度）に加熱し、貫通孔２４内に多孔質体２５を形成する。所定温度に加熱することで、酸化物セラミックス粒子２６を焼成すると共に燃焼消失粒子２６０を燃焼させて消失させることができる。なお、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ部の部分拡大図である。
【００３６】
燃焼消失粒子２６０が燃焼して消失することで、焼成前に燃焼消失粒子２６０が存在していた領域は気孔２８の一部となる。又、焼成助剤２７が溶融後硬化することで、酸化物セラミックス粒子２６の外面同士や、酸化物セラミックス粒子２６の外面と貫通孔２４の内壁面とが部分的に結着して一体化する。貫通孔２４内に形成される気孔２８の気孔率は、多孔質体２５の全体の体積の３０％以上４３％以下となる。又、セラミックス混合物２５０に対する多孔質体２５の収縮率（焼成前後における体積変化の割合）は、１％以下となる。
【００３７】
なお、図３（ｂ）では、便宜上、焼成前に燃焼消失粒子２６０が存在していた領域を破線で示しているが、この領域は気孔２８の一部である。多孔質体２５の上端が基体２１の上面から突出している場合には、突出部分を研削する。これにより、貫通孔２４内に露出する多孔質体２５の上端と基体２１の上面とを面一とすることができる。必要に応じて、多孔質体２５の下端側を研削してもよい。この工程で、静電チャック２０が完成する。
【００３８】
次に、図３（ｃ）に示す工程では、配線１３及び貫通孔１４が設けられたベースプレート１０を準備する。図３（ｃ）に示す工程の後、ベースプレート１０の上面１０ａにシリコーン接着剤等を塗布し、ベースプレート１０の貫通孔１４と静電チャック２０の貫通孔２４とが連通するように静電チャック２０を配置し、シリコーン接着剤等を硬化する。又、配線１３の上端と配線２３の下端を、はんだ等により接続する。これにより、図１に示す基板固定装置１が完成する。
【００３９】
ここで、セラミックス混合物２５０に対する多孔質体２５の収縮率（以降、収縮率Ｓとする）、酸化物セラミックス粒子２６に対する燃焼消失粒子２６０の体積割合（以降、体積割合Ｖとする）、貫通孔２４内に形成される気孔２８の気孔率（以降、気孔率Ｐとする）の関係について説明する。
【００４０】
収縮率Ｓは１％以下とすることが好ましい。収縮率Ｓを１％以下とすることにより、多孔質体２５が貫通孔２４から抜け落ちることを防止できるからである。
【００４１】
発明者らは、体積割合Ｖと収縮率Ｓとの関係について検討した。そして、体積割合Ｖが３０％程度になると収縮率が１％を超える場合が多くなるのに対して、体積割合Ｖが２０％以下であれば収縮率Ｓを確実に１％以下に抑えることができることを見出した。
【００４２】
次に、発明者らは、体積割合Ｖと気孔率Ｐとの関係について検討した。気孔率Ｐは、酸化物セラミックス粒子２６の体積をＶ１、焼成助剤の体積をＶ２、燃焼消失粒子２６０の体積をＶ３、燃焼消失粒子２６０を添加しない場合の気孔の体積をＶＰとすると、Ｐ＝（Ｖ３＋ＶＰ）／（Ｖ１＋Ｖ２＋ＶＰ）となり、図４の結果を得た。図４より、体積割合Ｖが２０％のとき、気孔率Ｐは４３％となる。この際、隣接する酸化物セラミックス粒子２６の隙間に燃焼消失粒子２６０が配置されないことを前提としている。
【００４３】
すなわち、収縮率Ｓを１％以下とするためには、体積割合Ｖを２０％以下とする必要があり、体積割合Ｖを２０％以下とすることで気孔率Ｐが最大で４３％の多孔質体２５を実現できる。又、体積割合Ｖを２０％以下の任意の値に調整することにより、収縮率Ｓを１％以下とすると共に、所望の気孔率Ｐ（但し、最大で４３％）を実現できる。
【００４４】
基板固定装置１の静電チャック２０では、貫通孔２４内に設けられた多孔質体２５によりガス流路が形成されている。そのため、基板固定装置１をプラズマ装置に適用する際に、貫通孔２４の内壁面が露出している場合のようにプラズマが異常放電することを防止できる。すなわち、基板固定装置１では、プラズマの異常放電を抑制すると共に、静電チャック２０上に吸着された基板を冷却する不活性ガスを多孔質体２５を介して導入することができる。
【００４５】
又、基板固定装置１では、収縮率Ｓが１％以下であるため、多孔質体２５が貫通孔２４から抜け落ちることがない。又、体積割合Ｖを２０％以下の任意の値に調整することにより所望の気孔率Ｐ（但し、最大で４３％）を実現できるため、静電チャック２０上に吸着された基板に多孔質体２５を介して十分な量の不活性ガスを供給可能となる。
【００４６】
以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００４７】
例えば、本発明に係る基板固定装置の吸着対象物となる基板としては、ウェハ（シリコンウエハ等の半導体ウェハ）以外に、液晶パネル等の製造工程で使用されるガラス基板等を例示することができる。
【００４８】
又、本発明に係る多孔質体は、静電チャックのみでなく、例えば、気体や液体を通すフィルタ等に用いることも可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１  基板固定装置
１０  ベースプレート
１０ａ  ベースプレート１０の上面
１３、２３  配線
１４、２４  貫通孔
２０  静電チャック
２１  基体
２２  静電電極
２５  多孔質体
２６  酸化物セラミックス粒子
２７  焼成助剤
２８  気孔
２５０  セラミックス混合物
２６０  燃焼消失粒子
【図１】
2019029384.tif 000003
【図２】
2019029384.tif 000004
【図３】
2019029384.tif 000005
【図４】
2019029384.tif 000006