(57)【要約】【課題】  均一で、気泡のない接着層で接合され、２００℃以上の高温下での接着強度にも優れ、半導体・液晶製造装置等、特に、プラズマ処理装置用の部材として好適に使用することができるセラミックス複合部材の製造方法を提供する。【解決手段】  セラミックス基材とイットリアセラミックス焼結体との間に、熱分解温度が３００℃以上、ガラス転移温度が１８０℃以上である熱融着型ポリイミドフィルムを挟んで加圧・加熱し、接着面の２５０℃以下での引張強度が０．３ＭＰａ以上であるセラミックス複合部材を得る。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス基材とイットリアセラミックス焼結体との間に、熱分解温度が３００℃以上、ガラス転移温度が１８０℃以上である熱融着型ポリイミドフィルムを挟んで加圧・加熱し、２５０℃以下での引張強度が０．３ＭＰａ以上である接着面を形成することを特徴とするセラミックス複合材料の製造方法。
【請求項２】
前記フィルムは、芳香族ポリイミドからなるフィルム基材の表面にポリイミド系接着剤が塗布されたもの、または、ポリイミド系接着剤のみからなるものであることを特徴とする請求項１記載のセラミックス複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体・液晶製造装置、特に、プラズマ処理装置に好適に用いることができるセラミックス複合材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造装置に用いられる耐プラズマ性セラミックス部材としては、アルミナセラミックスが用いられていた。
しかしながら、アルミナセラミックス部材は、プラズマ処理工程において、腐食性ガス雰囲気下でプラズマに曝されると、徐々に腐食が進行し、表面を構成する結晶粒子が脱落し、半導体ウエハに付着し、半導体の性能や信頼性が損なわれるという課題を有していた。
ＣＶＤ処理工程においても、処理後のクリーニング時に、窒化フッ素等のフッ素系ガス雰囲気下でプラズマに曝されることから、同様に、腐食性ガスおよびプラズマに対する耐食性が求められる。
【０００３】
このため、腐食性ガスに対する耐食性にも優れたセラミックスとして、イットリアセラミックスも用いられていたが、イットリアセラミックスは、高価であり、また、アルミナセラミックスに比べて強度に劣り、大きさや形状によっては、製造が困難な場合もあった。
【０００４】
これに対しては、例えば、アルミニウム、ステンレスまたは窒化アルミニウム等からなる基材表面に、イットリア等の耐プラズマ性セラミックスの溶射薄膜を形成した部材も提案されているが、基材表面に均一な密着力で溶射被膜を形成することは、必ずしも容易ではなかった（特許文献１参照）。
【０００５】
その他にも、基材とイットリアセラミックス等の耐プラズマ性セラミックスを組み合わせた接合体を得るために、例えば、焼嵌め等の機械的接合、ロウ付け、接着剤による貼り合わせ等により、強固に接合する方法が検討されている。
これらの方法のうち、接着剤を用いたセラミックスの接合は、簡便であり、使用環境に応じて接着剤を選択することが可能であることから、多用されている。
【０００６】
有機系接着剤としては、エポキシまたはシリコンゴム系の接着剤が一般的に用いられるが、これらの接着剤は、ガラス転移温度が２００℃未満であるため、使用温度が２００℃以上となる半導体装置用部材には、接着強度の低下やチャンバ内の汚染等の観点から、不向きであった。
このため、耐熱性に優れた接着剤としては、ガラス転移温度が２００〜４００℃程度のポリイミド系接着剤が用いられていた（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
また、無機系接着剤として、例えば、特許文献３に、ケイ酸ナトリウムを主成分とするアルカリ金属シリケートと無定形シリカ粉末をセラミックス骨材とが配合されたセラミックス用接着剤が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２１０１号公報
【特許文献２】特開平９−２２７８５２号公報（段落０００４）
【特許文献３】特開平３−１９２１７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記ポリイミド系接着剤は、液状であり、塗布する際、他の有機系接着剤と同様に、接着層に気泡を生じやすく、均一に塗布することが困難であり、被着体の形状によっては、接着剤がはみ出す場合があった。
【０００９】
また、前記無機系接着剤によれば、発泡しない均一な接着層を形成することが可能であるが、半導体装置用部材においては、アルカリ金属は含まれていないことが望ましいため、適した接着剤であるとは言えない。
【００１０】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、均一で、気泡のない接着層で接合され、２００℃以上の高温下での接着強度にも優れ、半導体・液晶製造装置等、特に、プラズマ処理装置用の部材として好適に使用することができるセラミックス複合部材の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るセラミックス複合材料の製造方法は、セラミックス基材とイットリアセラミックス焼結体との間に、熱分解温度が３００℃以上、ガラス転移温度が１８０℃以上である熱融着型ポリイミドフィルムを挟んで加圧・加熱し、２５０℃以下での引張強度が０．３ＭＰａ以上である接着面を形成することを特徴とする。
上記方法により、加工が比較的容易なセラミックス基材と、耐プラズマ性に優れたイットリアセラミックス焼結体とを接合させることによって、均一で、気泡のない状態の接着層を形成することができるとともに、２００℃以上の高温下でも優れた接着強度が得られる。
【００１２】
前記フィルムは、芳香族ポリイミドからなるフィルム基材の表面にポリイミド系接着剤が塗布されたもの、または、ポリイミド系接着剤のみからなるものが好適に用いられる。
液状の接着剤ではなく、熱融着するポリイミドを予めフィルム状に形成しておくことにより、接着層を均一で、気泡のない状態で形成することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
上述したとおり、本発明に係るセラミックス複合材料の製造方法によれば、均一で、気泡のない接着層で接合され、２００℃以上の高温下での接着強度にも優れたセラミックス複合材料が得られる。
したがって、前記セラミックス複合材料は、半導体・液晶製造装置等、特に、プラズマ処理装置用の部材として好適に使用することができる。
また、耐プラズマ性セラミックス部材を作製するにあたり、本発明に係る製造方法を用いれば、高価で、かつ、複雑な形状の加工が困難であるなイットリアセラミックスの使用量を抑制することができるため、コスト面においても有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明について、より詳細に説明する。
本発明に係るセラミックス複合材料の製造方法は、セラミックス基材とイットリアセラミックス焼結体との間に、熱分解温度が３００℃以上、ガラス転移温度が１８０℃以上である熱融着型ポリイミドフィルムを挟んで加圧・加熱し、接着する方法に関するものである。
そして、これにより、セラミックス基材とイットリアセラミックス焼結体との接着面が、２５０℃以下での引張強度が０．３ＭＰａ以上であるセラミックス複合材料を得ることを特徴とする。
【００１５】
すなわち、本発明に係るセラミックス複合材料は、耐熱性に優れた熱融着型ポリイミドフィルムを接着剤として用いて、加工が比較的容易なセラミックス基材に、耐プラズマ性に優れたイットリアセラミックス焼結体を接合させたものである。
このような方法でセラミックス同士を接合させることにより、均一で、気泡のない状態の接着層を形成することができ、しかも、２００℃以上の高温下でも優れた接着強度を得ることができる。
また、上記方法によりセラミックス複合材料を製造すれば、高価で、かつ、複雑な形状の加工が困難であるなイットリアセラミックスの使用量を抑制することができるため、コスト面においても有利である。
【００１６】
前記イットリアセラミックスは、半導体・液晶製造装置等、特に、プラズマ処理装置用の部材として好適に用いるためには、腐食性ガス、プラズマに対する耐食性が求められるため、純度９９．９％以上であることが好ましい。
また、セラミックス基材およびイットリアセラミックス焼結体の接合面は、接着強度を高めるため、表面粗さＲａを接着層の厚さ以下となるように、研削加工しておくことが好ましい。
【００１７】
また、本発明において用いられる熱融着型ポリイミドフィルムは、芳香族ポリイミドからなるフィルム基材の表面にポリイミド系接着剤が塗布されたものが好適に用いられる。あるいはまたは、フィルム状のポリイミド系接着剤のみからなるものであってもよい。
いずれの場合であっても、本発明においては、液状の接着剤ではなく、熱融着するポリイミドを予めフィルム状に形成しておくことにより、接着層を均一で、気泡のない状態で形成することが可能となる。
【００１８】
本発明に係る複合セラミックス材料は、半導体製造装置等において、１５０〜２００℃程度で使用されることから、前記ポリイミドフィルムは、耐熱性の指標となる熱分解温度が３００℃以上であることが好ましく、より好ましくは、３５０℃以上である。
また、ガラス転移温度は、１８０℃以上であることが好ましく、より好ましくは、２５０℃以上である。
【００１９】
フィルム基材と接着剤とにより構成されるポリイミドフィルムを用いる場合は、該フィルム基材は、セラミックス同士を接着させることから、加熱による収縮がないことが好ましく、熱膨張係数が小さいものが好適に用いられる。
このフィルム基材の厚さは、外観上の点から、５０μｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
また、前記ポリイミド系接着剤層の厚さは、上記のようなセラミックス焼結体の研削加工面同士を接着させることから、１μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは、１０μｍ以上である。
前記ポリイミド系接着剤は、熱融着性であり、加圧・加熱により、接着面内において均一に融着するものである限り、特に種類は限定されない。
【００２１】
接着時の加熱温度は、前記ポリイミドフィルムが接着面内において均一に融着する温度に適宜設定され、また、接着時の加圧圧力は、被着体であるセラミックス焼結体の強度を考慮して、適宜調整される。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
［実施例］
アルミナセラミックス焼結体（純度９９．５％）からなる基材と、イットリアセラミックス焼結体（純度９９．９％）とをそれぞれ、６面平面研削加工し、接着面２０ｍｍ×２０ｍｍ、表面粗さＲａ０．９〜１．３μｍ、Ｒｙ７．９〜１１．１μｍ）の試験片とした。
この両試験片の間に、フレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）基板用の熱融着型ポリイミドフィルム（宇部興産（株）製ユーピレックスＶＴ；熱分解温度：３５０〜４００℃、ガラス転移温度：２４０℃）を挟み、加熱温度３５０℃、加圧圧力４．８×１０-3ＭＰａで、両試験片を接着させた。
形成された接着面は、均一であり、室温での引張強度は０．４ＭＰａであった。
また、加熱状態における引張強度は、２３０℃までは０．４ＭＰａであり、２７０℃を超えると低下し、３２０℃において、接着面に部分的な剥離が認められ、このときの引張強度は０．１ＭＰａであった。
【００２３】
なお、加熱温度が３１０℃以下の場合は、加圧圧力が１．２×１０-3〜４．８×１０-3ＭＰａでは接着しなかった。
また、加熱温度が３３０℃の場合は、加圧圧力４．８×１０-3ＭＰａで、部分的な接着は認められた。
【００２４】
［比較例］
実施例と同様のセラミックス焼結体の試験片をエポキシ系接着剤を用いて、常温で硬化接着させた。
形成された接着面は、室温での引張強度が０．７ＭＰａであったが、２００℃に加熱すると剥離した。