(57)【要約】  １つまたは複数の高温共焼成セラミック物品を形成する方法であって、以下のステップ、すなわち、ａ）セラミックと有機バインダとを含む粉体を乾式プレスして未焼結成形体を形成することを含むプロセスにより、複数の未焼結成形体を形成するステップ（３４）と、ｂ）少なくとも１つのパターンが形成された未焼結成形体を形成するために、複数の未焼結成形体の少なくとも１つの少なくとも１つの表面へ導体または導体前駆体を配置するステップ（３８）と、ｃ）積層組立体を形成するために、少なくとも１つのパターンが形成された未焼結成形体を、複数の未焼結成形体もしくはパターンが形成された未焼結成形体もしくは両方のうちの１つまたは複数と組み合わせるステップと、ｄ）プレスされた積層組立体を形成するために、積層組立体をアイソスタティックプレスするステップ（４０）と、ｅ）プレスされた積層組立体を、セラミック層を一緒に焼結するのに十分な温度で焼成するステップ（４２）とを含む、１つまたは複数の高温共焼成セラミック物品を形成する方法。
2017526187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数の高温共焼成セラミック物品を形成する方法であって、以下のステップ、すなわち、
ａ）セラミックと有機バインダとを含む粉体を乾式プレスして未焼結成形体を形成することを含むプロセスにより複数の未焼結成形体を形成するステップと、
ｂ）少なくとも１つのパターンが形成された未焼結成形体を形成するために、前記複数の未焼結成形体の少なくとも１つの少なくとも１つの表面へ導体または導体前駆体を配置するステップと、
ｃ）積層組立体を形成するために、前記少なくとも１つのパターンが形成された未焼結成形体を、前記複数の未焼結成形体もしくはパターンが形成された未焼結成形体もしくは両方のうちの１つまたは複数と組み合わせるステップと、
ｄ）プレスされた積層組立体を形成するために、前記積層組立体をアイソスタティックプレスするステップと、
ｅ）前記プレスされた積層組立体を、前記セラミック層を一緒に焼結するのに十分な温度で焼成するステップと
を含む、１つまたは複数の高温共焼成セラミック物品を形成する方法。
【請求項２】
ステップ（ｂ）が、前記少なくとも１つのパターンが形成された未焼結成形体を形成するために、金属化層を、前記複数の未焼結成形体の少なくとも１つの少なくとも１つの表面へ付着させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
・ステップｃ）が、散逸性材料から形成される１つまたは複数の形を、前記未焼結成形体の少なくとも２つの間に、一方または両方がパターンが形成されていてもパターンが形成されていなくても、位置づけることをさらに含み、
・ステップｄ）に続いて、前記散逸性材料が、前記物品内に中空チャネルをあけておくために除去される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
１つまたは複数の高温共焼成セラミック物品を形成する方法であって、以下のステップ、すなわち、
ａ）セラミックと有機バインダとを含む粉体を乾式プレスして未焼結成形体を形成することを含むプロセスにより、複数の未焼結成形体を形成するステップと、
ｂ）積層組立体を形成するために、前記少なくとも１つのパターンが形成された未焼結成形体を、前記未焼結成形体の少なくとも２つの間に配置された散逸性材料から形成された１つまたは複数の形と組み合わせるステップと、
ｃ）プレスされた積層組立体を形成するために、前記積層組立体をアイソスタティックプレスするステップと、
ｄ）前記プレスされた積層組立体を、前記セラミック層を一緒に焼結するのに十分な温度で焼成するステップと、
ステップｄ）に続いて、前記物品内に中空チャネルをあけておくために前記散逸性材料を除去するステップとを含む、１つまたは複数の高温共焼成セラミック物品を形成する方法。
【請求項５】
前記物品が、少なくとも一方が２００ｍｍより大きい直交するＸおよびＹ寸法と、前記ＸおよびＹ寸法より小さい直交寸法Ｚとを有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
直交するＸおよびＹ寸法の両方が２００ｍｍより大きい、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記物品が、前記ＸおよびＹ寸法の長い方の１０％未満の直交寸法Ｚを有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記物品が、前記ＸおよびＹ寸法の短い方の１０％未満の直交寸法Ｚを有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記粉体が可塑剤をさらに含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記粉体が分散剤をさらに含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記粉体が噴霧乾燥粉体である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記積層組立体が、第２絶縁セラミック材料を備える、複数の未焼結成形体もしくはパターンが形成された未焼結成形体もしくは両方のうちの１つまたは複数を含むように、前記第２絶縁セラミック材料を、前記複数の未焼結成形体もしくはパターンが形成された未焼結成形体もしくは両方のうちの前記１つまたは複数と組み合わせるステップをさらに含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２絶縁材料がテープ成形材料または未焼結成形体である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２絶縁材料が前記積層組立体の最外層を形成する、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２絶縁材料が、前記複数の未焼結成形体またはパターンが形成された未焼結成形体のいずれか１つの厚さの半分未満の厚さを有する、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記金属化の厚さが５０μｍ未満である、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記直交するＸおよびＹ寸法が両方とも３００ｍｍ以上である、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
直交するＸおよびＹ寸法の両方が両方とも４５０ｍｍ以上である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記１つまたは複数の高温共焼成セラミック物品がヒーターである、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記高温共焼成セラミック物品が、
絶縁ベースと、
前記絶縁ベース上に配置された１つまたは複数の導電性電極と、
誘電体上層であって、前記電極が前記絶縁ベースと前記誘電体上層との間に配置されるように、上面と反対側の底面とを有する、誘電体上層と
を含む静電気チャックである、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記複数の未焼結成形体もしくはパターンが形成された未焼結成形体の前記１つまたは複数が前記絶縁ベースを画定し、前記第２絶縁セラミック材料が前記誘電体層を画定する、請求項１２〜１８および２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記誘電体層の厚さが、実質的に１ｍｍ未満、０．５ｍｍ未満、０．２５ｍｍ未満、または０．１ｍｍ未満であるように、前記高温共焼成物品を機械加工するステップをさらに含む、請求項２０または２１に記載の方法。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか一項に記載の方法により形成される、高温共焼成セラミック物品。
【請求項２４】
高温共焼成セラミック物品が、少なくとも一方が２００ｍｍより大きい直交するＸおよびＹ寸法と、前記ＸおよびＹ寸法より小さい直交寸法Ｚとを有し、前記高温共焼成セラミック物品が、そこに埋設された連続的な孔無金属導体を含む。
【請求項２５】
少なくとも１つの直交するＸおよびＹ寸法が３００ｍｍ以上である、請求項２４に記載の高温共焼成セラミック物品。
【請求項２６】
静電気チャックであって、
絶縁ベースと、
前記絶縁ベース上に配置された１つまたは複数の導電性電極と、
誘電体上層であって、前記電極が前記絶縁ベースと前記誘電体上層との間に配置されるように、上面と反対側の底面とを有する誘電体上層とを含み、前記静電気チャックが、少なくとも一方が２００ｍｍより大きい直交するＸおよびＹ寸法と、前記ＸおよびＹ寸法より小さい直交寸法Ｚとを有する、静電気チャック。
【請求項２７】
少なくとも１つの直交するＸおよびＹ寸法が３００ｍｍ以上である、請求項２６に記載の静電気チャック。
【請求項２８】
前記絶縁ベースがヒーターを含む、請求項２６または２７に記載の静電気チャック。
【請求項２９】
１つまたは複数の導電体が、前記絶縁ベース内に埋設される、請求項２８に記載の静電気チャック。
【請求項３０】
前記絶縁ベースおよび／または前記誘電体層が、アルミナ、チタニア、ジルコニア、および前述のもののいずれかを含有する合金からなる群から選択された材料である、請求項２６〜２９のいずれか一項に記載の静電気チャック。
【請求項３１】
前記１つまたは複数の電気的電極が、プラチナ、パラジウム、金、タングステン、モリブデン、ニオブ、タンタル、および前述のもののいずれかの合金からなる群から選択された材料である、請求項２６〜３０のいずれか一項に記載の静電気チャック。
【請求項３２】
前記静電気チャックが、共焼成一体構造セラミック−金属複合材料である、請求項２６〜３１のいずれか一項に記載の静電気チャック。
【請求項３３】
前記誘電体層の厚さが、実質的に１ｍｍ未満、０．５ｍｍ未満、０．２５ｍｍ未満、または０．１ｍｍ未満である、請求項２６〜３２のいずれか一項に記載の静電気チャック。
【請求項３４】
物品を平らに焼成する方法であって、以下のステップ、すなわち、
ａ．少なくとも１つの実質的に平らな表面を有する絶縁セッター上に前記物品を支持するステップと、
ｂ．物品が前記絶縁セッターの前記実質的に平らな表面と絶縁重りとの間にあるように、少なくとも１つの実質的に平らな表面を有する前記絶縁重りを前記物品上に取り付けるステップと
を含む方法。
【請求項３５】
前記セッターおよび／または重りの前記少なくとも１つの表面が実質的に平らに機械加工される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記セッターおよび／または前記重りがアルミナを含む、請求項３４または３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記物品が、請求項２３〜２５のいずれか一項に記載において定義されるとおりの高温共焼成セラミック物品である、請求項３４〜３６のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大きな寸法の多層セラミックデバイスを作ることができる改良された高温共焼成セラミック（ＨＴＣＣ）加工方法に関する。典型的な用途は、半導体の製造において使用されるウエハ加熱静電気静止型チャック装置の製造におけるものであろう。
【背景技術】
【０００２】
多くの技術分野では、導電体が組み込まれた大きなセラミック本体が必要とされる。非限定的な例として、半導体製造プロセスにおいて、ウエハ加熱またはチャック装置が使用され得る。半導体ウエハまたはディスプレイの加工において、特定の製造プロセス中、例えば切りくず製造プロセス中に基体を保持するために基体支持体が使用される。
基体支持体は、静電気チャック（ＥＳＣ）として当該技術分野において一般に公知である。これは、例えば物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）加工システムおよびエッチングシステムにおける製造プロセスの間、半導体ウエハなどの基体へ基体支持体が静電的にクランプするためである。
基体加工装置において、静電気チャックは、ＥＳＣおよび基体の高さを上げることおよび下げることが可能なプロセスチャンバ内のぺデスタルに取り外し可能に固定されてもよい。ＥＳＣの温度はまた、基体材料を加熱または冷却するよう制御され得る。
このような装置は、典型的には、ＣＶＤ、ＰＶＤ、エッチングまたは高温イオン注入デバイスのプロセスチャンバの内側に位置する円盤形部品である。
ＥＳＣは、絶縁性基板および伝導性基板の両方を保持するために反対の電荷の引力に依存しており、上部誘電体層または半導電材料を作り出すために、典型的にはチャック本体内に埋設された１つまたは複数の電極を含む。
チャック本体はまた、誘電体層の下方に、絶縁ベースとも呼ばれ、典型的には絶縁材料から作られる第２層を含む。
【０００３】
電極に電圧がかけられると、静電クランプフィールドが誘電体層にわたって生じる。基体とＥＳＣとの間の把持力は、誘電体層の誘電体特性、特に誘電体層の厚さに比例する。他の影響力のある因子には、基体とＥＳＣとの間の間隙サイズが含まれる。
したがって、ＥＳＣの製造においては、ＥＳＣの寸法、特に、誘電体層の厚さが非常に厳しい寸法公差とされるだけでなく、基体とＥＳＣのクランプ表面との間の接触表面積を最大化するように実質的に平らにされることが必須である。
半導体ウエハは非常に厳しい公差となるよう製造されることから、ＥＳＣのクランプ表面におけるいかなる反りまたはむらも非常に望ましくなく、極端なケースにおいては、半導体ウエハを損傷することさえあり得る。
【０００４】
ＥＳＣの製造において遭遇する他の問題は、セラミック絶縁材料と金属電極との間の熱膨張系数の差である。これは、ＥＳＣが高い温度または熱サイクリングで作動されるときの、ＥＳＣ本体における応力および最終的なクラッキングをもたらす。
熱膨張におけるこのような差を克服するために、セラミック絶縁チャックは、熱サイクリングの間必要な強度を提供し、破損を防止するために、より厚くなるよう作られてもよい。
【０００５】
近年、Ｓｉウエハのサイズは２００ｍｍから３００ｍｍへ増大し、４５０ｍｍウエハの使用が近い将来の市場において予測されている。ウエハのサイズが増大すると、ウエハを操作するヒーターおよび静電気チャックのサイズも同様に増大し、このようにサイズが大きいと、ウエハ操作装置の製造にとって課題となる。
【０００６】
近年、デバイス性能を高める欠陥の無いドーピングという利点のために、高温イオン注入が注目を集めている（例えばＦｉｎＦＥＴ）。しかしながら、高温イオン注入のためには、高温ヒーター（例えば、６００℃まで）が必要である。ガラスまたは低温金属結合を使用する現在のウエハ加熱およびチャック装置の中には、この高温要件に対応できないものもある。
【０００７】
改良されたヒーターおよび静電気チャックの製造方法が、高温イオン注入のための高温要件を満たすことのできるデバイスを提供するために必要であるが、本発明はそれよりも広く適用可能である。
【０００８】
下記の特許文献１（Ｈｉｄｅｙｏｓｈｉ  Ｔｓｕｒｕｔａら）は、ウエハ加工のためのヒーターの製造方法を記載している。モリブデン（Ｍｏ）などの材料から作られる金属メッシュが加熱要素として使用されることが多い。メッシュはダイスの中に置かれ、高温プレスステップにおいてメッシュにおける空所を充填するセラミックの中に埋設される。
しかしながら、高温プレスのコストは、無加圧の焼結方法と比較すると高い。加えて、圧力はダイス内の金属メッシュを破壊する傾向がある。メッシュ導体のさらなる提供は孔のあいた導体をもたらし、孔のあいた導体は同様の通電断面の孔無導体のあるべき幅よりも広い幅となる必要がある。
【０００９】
加えて、高温プレス方法において、中空の冷却チャネルまたは止まり穴などの特定の特徴部を作ることは難しく、したがってウエハ加熱およびチャックデバイスの費用効率的な製造方法を開発する必要がある。
【００１０】
高温共焼成セラミック（ＨＴＣＣ）は、小さい電子回路パッケージおよびヒーターを製造するのに従来使用されている加工方法である。共焼成セラミックデバイスは、いくつかの層（未焼結テープ）を個別に加工して、その後最終ステップとしてそれらを組み合わせてデバイスにすることにより作られる。共焼成されたデバイスは、個別の層の金属化を伴う（例えば、タングステンまたはモリブデン金属化を伴う）多層セラミック（例えば、アルミナまたは窒化アルミニウム）を含み得る。典型的には共焼成はより小さいデバイス［例えば、最大で１００ｍｍ］のために使用される。
【００１１】
ウエハヒーターおよびチャックを作る際に明らかになる問題はサイズである。幅が約６００ｍｍの未焼結テープが、４５０ｍｍのウエハを操作するのに十分な幅のデバイスを製造するのに必要とされるだろう。デバイスは例えば９ｍｍのかなり厚い寸法を有し、および経験上、ＨＴＣＣデバイスのための焼成収率は層の横寸法および数が増えるにつれて減少するため、必要な層の数を減らすのには厚いテープ（＞１ｍｍ）が好ましい。
【００１２】
高温共焼成においては、２つの主なテープ製造方法、すなわちドクターブレード法およびロールコンパクション法が使用される。
【００１３】
ドクターブレード法においては、溶媒［水であり得るが必ずしも水でなくてもよい］中のセラミック粒子と他の添加剤［例えば、バインダ、分散剤、可塑剤］とのスラリーが移動基体へ塗布され、基体がドクターブレードの下を移動すると、スラリーが広がって基体上に薄いシートを形成しコーティングする。
【００１４】
ロールコンパクション法においては、セラミック粉体および他の添加剤［例えば、バインダ、分散剤、可塑剤］を含む原料が、２つの逆に回転するローラを通され、接着性テープを形成するよう十分に圧縮される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第６２２５６０６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
両方の方法は、大きく厚いテープを製造する際に問題を有している。
【００１７】
ドクターブレード法は、厚いテープの製造において使用することが難しい。これは、乾燥および焼成の際に除去されなければならない、スラリーのバインダおよび溶媒の含有量の多さのためである。市販の未焼結テープが厚さ１ｍｍおよび幅３００ｍｍを超えることはめったにない。
【００１８】
ロールコンパクション法は厚いテープを製造し得るが、ローラの圧力限界により、大きいサイズを製造することは難しい。加えて、ロールコンパクションテープは焼結中に不均一な収縮を呈する。例えば、ロールコンパクションにより製造されたアルミナテープは、ロールコンパクション中の圧力差により、ロール方向に沿って１．１５、およびロール方向に垂直に１．１９の収縮率を有し得る。ウエハ操作装置に必要とされる精度の高い寸法制御により、不均一な収縮が、ウエハ操作装置の製造中の主な問題となろう。
【００１９】
本発明はこれらの問題に対処し、大きく厚い多層セラミックデバイス、例えばヒーターおよびチャックを製造するための改良されたＨＴＣＣ加工方法を取り入れる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明はその最も幅広い態様において、ロールコンパクションにおいて従来使用される種類の粉体を乾式プレスすることによりシートを形成することと、これらのシートを、物品をＨＴＣＣ加工により厳密な厚さおよび密度になるよう形成するために使用することとからなる。本発明は、以下のステップ、すなわち、
ａ）セラミックと有機バインダとを含む粉体を乾式プレスして未焼結成形体を形成することを含むプロセスにより複数の未焼結成形体を形成するステップと、
ｂ）少なくとも１つのパターンが形成された未焼結成形体を形成するために、複数の未焼結成形体の少なくとも１つの少なくとも１つの表面へ導体または導体前駆体を配置するステップと、
ｃ）積層組立体を形成するために、少なくとも１つのパターンが形成された未焼結成形体を、複数の未焼結成形体もしくはパターンが形成された未焼結成形体もしくは両方のうちの１つまたは複数と組み合わせるステップと、
ｄ）プレスされた積層組立体を形成するために、積層組立体をアイソスタティックプレスするステップと、
ｅ）プレスされた積層組立体を、セラミック層を一緒に焼結するのに十分な温度で焼成するステップと
を含む１つまたは複数の高温共焼成セラミック物品を形成する方法を提供する。
【００２１】
ロールコンパクションと比較すると、一軸プレスで粉体コンパクションにより形成されたセラミック粉体を乾式プレスすることは、より均一な収縮を提供し、したがってこの技術が、例えば静電気チャックの製造において、高度な寸法公差を必要とするだけでなく比較的大きいサイズまたは直径に作られ得るコンポーネントの製造に適切なものとなる。本発明の一実施形態による乾式プレスの一例は、一軸プレス、ダイスプレス、アイソスタティックプレス、またはこれらの組合せである。積層組立体の共焼成は、複数の未焼結成形体間に継ぎ目のない結合を提供し、そのようにして１つ以上の導電体が埋設された一体構造絶縁セラミック本体を作り出す。
【００２２】
好ましくは、導体または導体前駆体を配置するステップは、少なくとも１つのパターンが形成された未焼結成形体を形成するために、金属化層を、複数の未焼結成形体の少なくとも１つの少なくとも１つの表面に付着させるステップを含む。他の例は、箔を未焼結成形体またはさらには、後に焼成中に金属の導体に変わる、インクジェット印刷など層上の金属前駆体からなる印刷インクなどの導体前駆体の少なくとも１つの表面に付着させることを含む。箔パターンまたはワイヤが層上に配置される場合、未焼結セラミックを箔パターンの周りに効果的に「成形する」ために圧力をかけることで箔を未焼結セラミック層内に埋設する。例えば、導体または金属化層への電気的接続のために、ビアまたはアクセス領域を焼成物品に提供することを目的として、もう１つの穴または間隙（通路）を焼成物品内に作り出すために、好ましくはステップｃ）が、散逸性材料から形成された１つまたは複数の形を、未焼結成形体の少なくとも２つの間に、一方または両方がパターンが形成されていてもパターンが形成されていなくても、位置づけることをさらに含み、ステップｄ）に続いて散逸性材料が、物品内に中空チャネルをあけておくために除去される。これにより、１つまたは複数の穴を未焼結および／または焼成物品のそれぞれにパンチまたはドリルで孔をあける必要が無くなり、それにより、静電気チャックまたはヒーターとして使用するための部品の製造における製造ステップの数が減る。焼成セラミック物品内で内部空所を保持するために散逸性材料を使用することはまた、空気または液体などの流体のための通路またはチャネルも提供する。ＥＳＣが基体の冷却を必要とする場合、基体の過熱を防止する熱シンクを生じるために、少なくとも１つの熱伝達／移動流体ループが焼成セラミック物品内に作り出され得る。
【００２３】
半導体ウエハ（例えば、シリコン）のサイズまたは直径は経年的に大きくなっているため、半導体ウエハの増大するサイズを収容するための静電気チャックの必要性が増している。本発明の製造プロセスにより、好ましくは、焼成物品は少なくとも一方が２００ｍｍより大きい直交するＸおよびＹ寸法と、ＸおよびＹ寸法より小さい直交寸法Ｚとを有する。より好ましくは、直交するＸおよびＹ寸法の両方が２００ｍｍより大きい。乾式プレスされた未焼結成形体の製造において、任意選択的に粉体は噴霧乾燥粉体である。
【００２４】
好ましくは、本発明の一実施形態によると、ヒーターの製造において１つまたは複数の高温共焼成セラミック物品が使用され得、それにより導体は電気加熱要素として機能する。より好ましくはおよび／またはヒーターとの組合せにおいて、高温共焼成セラミック物品が静電気チャックの製造において使用され得、前記静電気チャックは、
絶縁ベースと、
前記絶縁ベース上に配置された１つまたは複数の導電性電極と、
誘電体上層であって、前記電極が前記絶縁ベースと前記誘電体上層との間に配置されるように、上面と反対側の底面とを有する誘電体上層と
を含む。
【００２５】
焼成されると、１つまたは複数の複数の未焼結成形体もしくはパターンが形成された未焼結成形体の組立体は絶縁ベースを画定する。１つまたは複数の半導体ウエハを短絡を生じること無しに保持するための十分な静電気力を作り出すために、誘電体層を形成する基体支持体は、基体表面上に十分な静電気フィールドが生じるよう、下にある１つまたは複数の電極と相互作用するのに十分薄く作られることが最重要である。誘電体層は、短絡を防止するために絶縁ベースへ積層された第２絶縁材料から形成される。好ましくは、誘電体層の厚さは、実質的に１ｍｍ未満、０．５ｍｍ未満、０．２５ｍｍ未満、または０．１ｍｍ未満である。誘電体層は薄いことが必要であるため、本発明の一実施形態において、誘電体層は任意選択的にテープ成形材料から作られる。好ましくは、特に脱バインダおよび／または焼成中、誘電体層と絶縁ベースとの間の収縮に関する均一性を提供するために、好ましくは誘電体層は絶縁ベースを形成するのと同じ未焼結成形体からなる。ＥＳＣを異なるプロセス（例えば、テープ成形）により形成された層、特に誘電体層から作ることには、脱バインダまたは焼成中に誘電体層と絶縁セラミック本体の残りの部分との間に異なった収縮を生じるリスクがある。これはそれらの特定の製造プロセスを通じたそれらの異なるバインダ含有量、異なる内部応力によるものであり得、絶縁本体の残りの部分から誘電体層が剥離する可能性をもたらす。絶縁ベースと同じ加工技術および未焼結成形体などの材料で誘電体層を作ることにより、この異なった収縮を除去し、より均質な焼成物品をもたらす。誘電体層の必要な薄さを達成するために、焼成されると、焼成（一体構造）部品の１つの面が、埋設された電極を形成する金属化と相互作用して電圧が電極へかけられると静電気フィールドを作り出すために求められる必要な厚さになるまで、機械加工される。
【００２６】
静電気チャックのいくつかの用途においては、基体の温度を制御することが必要である。好ましくは、絶縁ベースはヒーターを含み、より好ましくは、ヒーターは、埋設された電気加熱要素を形成する１つまたは複数の導電体を含む。
【００２７】
本発明の代替的実施形態において、高温共焼成セラミック物品は、埋設された電気加熱要素を形成する１つまたは複数の導体を備えた絶縁セラミック本体を含むヒーターである。
【００２８】
焼成された積層組立体が静電気チャックとして使用される場合、基体ウエハと誘電体層の支持体表面との間に最大表面積の接触があることを確実にするように、共焼成セラミック物品の外面または面は実質的に平らである必要がある。共焼成セラミック物品の平坦性を提供するために、本発明は、以下のステップ、すなわち、
ａ．少なくとも１つの実質的に平らな表面を有する絶縁セッター上に物品を支持するステップと、
ｂ．物品が、絶縁セッターの実質的に平らな表面と絶縁重りとの間にあるように、少なくとも１つの実質的に平らな表面を有する絶縁重りを物品上に取り付けまたは組み合わせるステップとを含む、物品を平らに焼成する方法を提供する。
【００２９】
ステップ（ａ）および（ｂ）は次いで、上で検討されたとおり水素中で焼結温度へ焼成される。好ましくは、物品に隣接するセッターおよび／または重りの少なくとも１つの表面は実質的に平らに機械加工される。未焼結物品と接触しているセッターおよび／または重りの少なくとも１つの面を実質的に平らに機械加工することにより、未焼結物品は、焼成中その平坦性を維持するか、またはセッターおよび／または重りの表面の平坦性をとるかのいずれかである。例えば、後者の場合において、未焼結物品が、乾式プレスまたはアイソスタティックプレスなどのその形成プロセスまたはさらには操作の結果として、完璧に平らではないか不完全である場合、セッターおよび重りの実質的に平らな表面間の未焼結物品の焼成によって、重りによりかけられる圧力により物品はセッターおよび／または重りの平らな表面の平坦性を実質的にとるようになる。さらに、未焼結セラミック成形体とパターンが形成された未焼結成形体との間に継ぎ目のないインターフェイスを作り出すために、重りによりかけられる圧力により、焼成および緻密化中、未焼結セラミック層が堆積した導体または金属化層の周りに形成するまたは「成形する」ことが可能になる。好ましくは、セッターおよび／または重りはアルミナを含む。
【００３０】
本発明のさらなる詳細および特徴は、添付の特許請求の範囲および添付の図面を参照しての以下の説明から明らかとなるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】乾式プレス方法により作られた４層ヒーターを生産するための製造プロセスのプロセスフローチャートを示す。
【図２】硬質プレートの硬質研削およびろう付け後の４層ヒーターを示す。
【図３】ウエハ加工のための直径３００ｍｍのヒーターまたはＥＳＣの製造のためのフローチャートを示す。
【図４ａ】穿孔されたビアホールとＭｏ系ヒーターパターンが印刷されたスクリーンとを備える乾式プレスされた未焼結セラミックシートの層を示す。
【図４ｂ】金属化層および整列穴を備える乾式プレスされた未焼結セラミックシートの拡大図を示す。
【図５ａ】乾式プレスされたプレートの組立体を形成するための、乾式プレスされた薄いプレートのための積層プロセスを示し、ゴムパッド間に挟まれた乾式プレスされた未焼結セラミックシートの組立体を示す。
【図５ｂ】乾式プレスされたプレートの組立体を形成するための、乾式プレスされた薄いプレートのための積層プロセスを示し、真空アイソスタティックプレスバッグの内側に置かれた、乾式プレスされた未焼結セラミックシートの組立体を示す。
【図６ａ】組立体の脱バインダ／バインダバーンアウト中のモリブデンスクリーン上に置かれた乾式プレスされた未焼結シートの組立体を示す。
【図６ｂ】セッターと重りとの間で未焼結積層組立体を平らに焼成するプロセスを示す。
【図６ｃ】湿式水素炉内で乾式プレスされた未焼結セラミックシートの焼成のためのセットアップを示す。
【図７】ろう付けされた支持固定具（例えば取付ピン）および焼成物品の下側への電気フィードスルーの存在を示す。
【図８】ヒーターへ取り付けられた熱電対を使用した、６００℃の到達温度を実証する、真空チャンバでのヒーターの試験を示す。
【図９】図７に示される焼成物品の線Ｘ−Ｘに沿った断面図である。
【図１０】ＥＳＣを形成する研削した焼成物品の上面を示す。
【図１１】図１０に示される研削した焼成物品の線Ｙ−Ｙに沿った部品の断面を示す。
【図１２】焼成物品における空所の形成を示す。
【図１３】テープ成形材料を誘電体層として使用する、ヒーター／ＥＳＣ装置の概略図である。
【図１４】３つの乾式プレスセラミック成形体をベースとするヒーター／ＥＳＣ装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
テープ形成のためのロールコンパクションプロセスは、有機バインダを備えるセラミック粉体の噴霧乾燥で始まり、薄いテープを製造するためのセラミック粉体のローラ内への供給がそれに続くことは公知である。２つのローラ間での粉体のプレスにより、ＸＹ方向に不均一な収縮のあるテープができる。本発明は、薄いシートを製造するのに乾式プレス方法を使用することによりこれらの問題に対処する。
乾式プレス技術の例には、一軸プレス、ダイスプレス、アイソスタティックプレスまたはこれらの組合せが含まれるがこれらに限られない。薄いシートの可撓性および積層特性を維持するため、ならびに本発明の一実施例を示す目的のために、ロールコンパクションテープ形成プロセスにおいて一般に使用されるものと同様の有機添加剤を備えたセラミック粉体が、乾式プレステープのための原材料として使用される。
【００３３】
乾式プレスのダイス寸法に依存して、大きい直径（例えば最大で１ｍ以上）で、厚さが１ｍｍから最大５０ｍｍの範囲の未焼結シートが製造され得る（厚さ１ｍｍ未満のシートが製造され得るように）。このような乾式プレスシートは良好な可撓性を有し、大きく厚いＨＴＣＣデバイスを製造するために、スクリーン印刷された、または他の方法（例えば、インクジェット印刷、噴霧コーティング、スピンコーティング、浸漬コーティング、数値制御された分注）で付着された金属化塗料を受けることができる。
【００３４】
標準的なテープ加工と同様に、穿孔機、水ジェット、レーザーまたは他の手段が、層を成形し、ビアホールを未焼結シートに開けるために使用され得る。
【００３５】
金属化塗料を付着させた後、未焼結テープおよび／または乾式プレスされた未焼結シートの複数の層を組み合わせるためにアイソスタティックプレスが使用される。典型的な圧力は最大で約１０３ＭＰａ（１５ｋｐｓｉ）であるが、必要に応じてより高い圧力が使用されてもよい。アイソスタティックプレスはテープ間の良好な積層を生じさせるだけでなく、焼成中の多層テープ構造の均一な収縮を確実にする。
【００３６】
本発明の実施可能性を実証するために、９９．５％アルミナ粉体のバッチが、スラリーを形成するために他の無機物、バインダ、可塑剤、分散剤および水と混合され、続いて、無機物、バインダ、可塑剤、および分散剤を含む粉体を形成するために噴霧乾燥された。
【００３７】
噴霧乾燥粉体の無機成分の組成物は表１に挙げられている。使用されたアルミナ粉体はＡｌｍａｔｉｓ，  ＩｎｃからのＡ１５２  ＳＧであり、これは、これらのデータシートを形成し、平均粒子寸法が約１．２μｍであり、表面積が約４．３ｍ２／ｇである。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
バインダは、接着性であるが依然として可撓性のシートを提供するために、乾式プレス後に無機成分間に十分な接着を提供する任意の好適な材料であり得る。典型的なバインダには、例えばアクリルラテックス、ＰＶＡ、アルキド樹脂、ポリエチレングリコール、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリビニルブチラール、ポリエチルオキサゾリン、ポリアクリレート、ポリビニルピロリドン、セルロース、ポリエチレン、パラフィン、他多数が含まれる。
【００４０】
可塑剤は、材料の塑性変形を支援する任意の好適な材料であり得る。これは、乾式プレス段階中とアイソスタティックプレス（積層）段階中の両方で有用である。好適な材料には、例えば、グリコール、ポリエチレングリコール、鉱油、フタレート、エステル、フタル酸ベンジルブチル、使用されるバインダと同様であるがより低い分子量のポリマー、他多数が含まれる。
【００４１】
分散剤は、噴霧乾燥粉体が良好な均質性を有するように、スラリーが噴霧乾燥前に十分分散されることを確実にするのに有用である。典型的な分散剤には、例えば、ポリアクリル酸アンモニウム、クエン酸アンモニウム、脂肪酸、コーン油、魚油、アミン、ポリエステル、ポリアミン、ｐＨ調節物質（例えば、ＨＣｌまたはＮＨ４ＯＨ）、他多数が含まれる。
【００４２】
噴霧乾燥が粉体を形成するのに使用される手段である場合、バインダ、可塑剤（存在する場合）、および分散剤（存在する場合）の選択は、未焼結成形体での望ましい特性を達成するそれらの相互の適合性およびスラリーでのそれらの挙動に部分的に依存する。
【００４３】
典型的には、無機成分は、スラリーの５０重量％超、例えば約６８重量％を構成する。典型的なスラリーの組成は以下の通りであり得る。
【００４４】
【表２】
2017526187.tif 000004
【００４５】
噴霧乾燥後、噴霧乾燥粉体の一部がロールコンパクションテープを作るために使用された。同じバッチの残りの噴霧乾燥粉体は乾式プレスシートを作るために使用された。ロール圧縮されたテープおよび乾式プレスシートから形成された積層体の特性は表３に挙げられている。
【００４６】
【表３】
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【００４７】
上記データより、乾式プレスシートの収縮がロールコンパクションテープの収縮よりも均一であることが明らかである。両方のアプローチがほぼ全密度の焼結されたアルミナ本体を達成しているが、乾式プレスシートの収縮がより優れた均一性を有していることは、特徴部が乾式プレスシートから形成された本体内に厳密に位置づけられ得ることを意味する。
【００４８】
未焼結セラミック開始層が、ＨＴＣＣ（高温共焼成セラミック）加工において典型的に使用されるとおり「テープ」であることは不要であるが、典型的なテープ加工が本発明のために使用され得る。
【００４９】
改良されたＨＴＣＣ加工方法は、ＥＳＣにおいて使用するための大きなサイズのウエハ加工装置を生産するために使用され得るだけでなく、多層ヒーターを製造するためにも使用され得る。改良されたＨＴＣＣ加工方法の多用途性を実証するために以下の例が使用される。
【実施例】
【００５０】
実施例１
小規模での実現可能性の実証として、多層ヒーターが改良されたＨＴＣＣ方法を使用して製造される。
【００５１】
図１は、４層ヒーターの製造についてのプロセスフローチャート１を示す。
【００５２】
図示のプロセスは、先に言及された噴霧乾燥された９９．５％純粋アルミナ粉体を使用する。本発明は９９．５％アルミナに限定されるものではなく、他のセラミック［例えば、異なる純度のアルミナ（例えば、９０〜９９．９％）、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、または実際には任意のセラミック］についても使用され得ることに留意されたい。
【００５３】
ステップ２で、噴霧乾燥粉体から厚さ約１．５ｍｍの薄いシートを作るために、噴霧乾燥粉体が２”ダイスにおいてプレス（または一軸プレス）される。乾式プレスされた未焼結シートは次いで、未焼結状態で、例えばレーザーまたは水ジェット切断により切断されて望ましい形にされる（ステップ４）。
【００５４】
未焼結シートの切断に続いて、成形され乾式プレスされた未焼結シートは金属化されて、その表面上に金属化層または金属前駆体を堆積させる（ステップ６）。
特定の実施形態において、金属化にはスクリーン印刷を伴うが、例えばインクジェット印刷、噴霧など他の金属化技術が本発明において許容される。金属前駆体の使用により、インク印刷などの技術を使用することが可能になる。特定の実施形態においてはＭｏ（モリブデン）系金属化が使用されるが、プラチナ、パラジウム、金、タングステン、モリブデン、ニオブ、タンタルおよび前述のもののいずれかの合金からなる群から選択された導電性材料など、他の導電性材料が使用され得る。
スクリーン印刷の後、Ｍｏ系金属化（Ｗｅｓｇｏ５３８塗料）を行った乾式プレスされた未焼結シートは、厚さがおよそ２５μｍとなる（これは、焼成後、約２０μｍの金属厚さをもたらし、４層の乾式プレスされた未焼結シートが、１０３ＭＰａ（１５ｋｐｓｉ）の圧力でのアイソスタティックプレスで、ゴムダイスを使用して一緒に積層される（ステップ８）。
図１に同様に示されているのは、積層未焼結シートの側部または端部への導電性Ｍｏ塗料の付着である（ステップ１０）。ステップ１０は、積層組立体が共焼成された後に任意選択的に実施され得る。
【００５５】
積層後、プレスされた未焼結シートの組立体は、Ａｓｔｒｏ（商標）炉において湿式Ｈ２ガスを使用して、１ａｔｍの圧力で約１６００℃へ焼結または共焼成され（ステップ１２）、１つまたは複数の導電体が埋設された一体構造絶縁セラミック本体を形成する。
【００５６】
焼結後、４層のヒーター２０は最終的な形になるよう研削される（ステップ１６）。
焼成された組立体の機械加工の前に、共焼成された組立体のヒーター２０としての性能を試験するために、組立体はこの段階（ステップ１４）で任意選択的に試験され得る。
例えばビアにより金属化層との電気接点が作られ、ヒーターの加熱性能を試験するために電流が金属化層を通される。
特定の実施形態において、電極２４（図２を参照）が組立体の外面へろう付けされて金属化層の各々を電気的に接続する。
ヒーターの側部が次いで、活性ろう付け合金（Ｃｕｓｉｌ（登録商標）ＡＢＡ（商標））を接点として使用してろう付けされる（ステップ１８）。
【００５７】
コバール硬質プレート２６は、より低い温度のろう付け合金（Ｉｎｃｕｓｉｌ（登録商標））を使用してヒーターの上部へろう付けされる。
【００５８】
図２は、加熱パターンを備える焼成乾式プレスされた未焼結成形体の層２２の積層組立体を示す、ろう付けされたヒーター組立体２０の最終的な形を示す。電源を使用したヒーターの試験は、ヒーターの良好な信頼性を示唆した。
【００５９】
実施例２
本実施例の目的は、ヒーターおよび静電気チャック（ＥＳＣ）の組合せ、または静電気チャック（ＥＳＣ）などの大きいサイズのウエハ加工装置を製造するために、新たなＨＴＣＣ加工方法が使用され得ることを実証することである。目的は、３００ｍｍのヒーターが、良好な温度の均一性を伴って、室温と６００℃との間の熱サイクリングができることを確実にすることである。
【００６０】
図３は製造プロセス３０のフローチャートを示す。実施例１と同様に、３００ｍｍウエハ加熱デバイスの製造プロセスは、上述のとおりアルミナ粉体（ステップ３２）を使用した９９．５％純粋アルミナ粉体の噴霧乾燥で始まる。
【００６１】
噴霧乾燥粉体は、直径８１ｃｍで厚さが約２．５ｍｍ〜６ｍｍの範囲である未焼結シートを生じさせるために、直径８１ｃｍのダイスでの２５００トンの乾式プレス（一軸プレス）を使用する乾式プレスである（ステップ３４）。
ＥＳＣがヒーターと併せて使用される特定の実施形態において、組合せは、２つの外側の乾式プレスシートと１つの中央の乾式プレスシートとから形成される３つの乾式プレスシートを組み合わせることに基づいてもよい。２つの外側のプレスシートは厚さが約５ｍｍまたは６ｍｍであり、中央の乾式プレスシートは厚さが約２．５ｍｍである。乾式プレスシートの配置構成のさらなる詳細は、図１４を参照して以下で検討される。図４（ａ）は、本発明の一実施形態による乾式プレスされた未焼結セラミックシート５０の例を示す。
【００６２】
乾式プレスされた未焼結シートは、次いで、図４において示されるとおり、直径３０ｃｍで、整列穴を備えるよう水ジェット切断される（その一部または全てが、完成したヒーターにおいてリフトピン穴として機能し得る）（ステップ３６）。
乾燥未焼結シートにおける穴５４（図４ｂ参照）はまた、金属化層との電気的接続を提供するために金属化層から乾式プレスされた未焼結シートの少なくとも１つの外面へ延在するビアとして機能する。ビアおよび穴は、プレス中それらが閉じないように、ワックスまたは他の散逸性材料（または後の加工において除去され得る他の散逸性材料−図４（ｂ）を参照）で充填される。
【００６３】
電極および／またはヒーターパターンは、部品がＥＳＣ部品としてのみ作られるのか、ＥＳＣ／ヒーターの組合せとして作られるのかに依存して、１つまたは複数の乾式プレスされた未焼結シート上にスクリーン印刷（ステップ３８）される。
図４（ｂ）は、金属化層５２を備えるパターンが形成された乾式プレスされた未焼結シートの拡大部分を示す。部品がＥＳＣのみとして作られる場合、静電気チャック電極パターンは乾式プレスされた未焼結シートの表面へスクリーン印刷される。しかしながら、部品がＥＳＣおよびヒーターの組合せとして作られる場合、１つの外側の乾式プレスシートがヒーターパターンでスクリーン印刷され、別の中央の乾式プレスシートが静電気チャック電極パターンでスクリーン印刷される。
スクリーン印刷後、Ｍｏ系塗料を備える乾式プレスされた未焼結シート（Ｗｅｓｇｏ（登録商標）５３８塗料、厚さ約２５μｍ）は、乾式プレスされた未焼結シートの２つ以上の層と整列させられ、その後、支持体プレート（以下に記載の）と一緒に真空のバッグに入れられ、約１０３ＭＰａ（１５ｋｐｓｉ）の圧力でのアイソスタティックプレスを使用して一緒に積層される（ステップ４０）（図５）。
図５に示される本発明の特定の実施形態において、整列させられた乾式プレスシートはゴムパッド５６間に挟まれ（図５ａ）、次いで真空アイソスタティックプレスバッグ５８の内側に置かれる（図５ｂを参照）。支持体プレートは、整列させられた乾式プレス未焼結シートがプレスプロセス中歪まず平らのままであるように十分な剛性を提供するプレートである。支持体プレートのための典型的な材料はアルミニウムまたはアルミナプレートであり得、それにより、アルミナプレートの１つの表面（支持体表面）は平らに研削されているが、他の材料で十分であることもある。
【００６４】
積層されアイソスタティックプレスされた部品６０が、Ｍｏおよびアルミナセッター６６上に置かれ、Ａｓｔｒｏ（商標）水素炉において、湿式水素雰囲気内で１ａｔｍの圧力で１６００℃へ焼結され（図６ｃ）、一体構造セラミック−金属複合材料を形成する（ステップ４２）。
静電気チャックの用途において、共焼成セラミック物品の外側または外部の面または表面、特に誘電体層の支持体表面が焼成後実質的に平らなままであることが最重要であり、さもなければ、焼成物品へもたらされた歪みが、基体または半導体ウエハの凹凸を引き起こし得る。
さらに、誘電体層の支持体表面の平坦性は、半導体ウエハと誘電体層の支持体表面との間の最大接触面積を確実にする。
焼成物品または組立体の平坦性を維持するために、乾式プレスされた未焼結積層組立体６０は、焼成中、アルミナセッター６６と重り６４との間に挟まれるまたは置かれる−図６（ｂ）を参照。重りおよび／またはセッターと積層組立体との間に二次汚染がないことを確実にするために、セッターの様に、重りもアルミナからなり得る。
焼成中、未焼結積層組立体または部品が平らのままであることを確実にし、かつ、組立体に隣接するセッターまたは重りの表面が最終共焼成物品へいかなる不純物も導入しないことを確実にするために、未焼結積層組立体と接触するかそれに隣接するセッターおよび／または重りの表面または面の少なくとも１つは、平らに機械加工され（研削され）、場合により平らに研磨される（図６ｂを参照）。
重りは、十分な圧力を未焼結積層組立体へかけて平らな焼成プロセスを確実にする。
重りのさらなる利点には、バインダのバーンアウトおよび／または焼成中に未焼結成形体組立体の異なる層が剥離するのを防ぐことが含まれる。
上で検討されたこのような平らな焼成プロセスにより、アイソスタティックプレスまたはさらには操作の結果としての未焼結積層組立体におけるいずれの歪みも除去されることが確実になるが、これは、積層組立体の外部の面または表面が、焼成中に下にあるセッターおよび上にある重りの形すなわち平坦性をとるためである。
【００６５】
焼成レジーム（ステップ４２）は、温度をバインダをバーンアウトするのに十分な温度まで１分毎に１℃の割合で上昇させ（典型的には、２７５〜４００℃）、その後水素中で約３℃／分の割合で焼結温度（典型的には１５００℃〜１６００℃）まで上昇させる、ゆっくりとしたバインダのバーンアウト段階を含むことができる。その温度で２〜３時間後、温度は焼結された部品を取りだすのに十分低い温度へ（例えば３℃／分の割合で）下がる。
【００６６】
バインダのバーンアウトおよび焼結を同じ炉内で実施することにより、１ステッププロセスが提供され、また、炉内で複数のサンプルを同時に処理する能力は、高温プレスの複雑さよりも有利である。
しかしながら、バインダのバーンアウトおよび焼結ステップを別個の炉内で行うなど代替的プロセスが採用され得る。
場合により、積層されアイソスタティックプレスされた部品６０を別個のオーブン／炉内で処理することが有利である。
その理由は脱バインダおよび／またはバインダのバーンアウトの条件は、焼成とは異なり得るからである。
例えば、脱バインダ／バインダのバーンアウトのために、バインダのバーンアウト中に生じたいずれの揮発性物質もプレスされた部品にどのような欠陥も傷ももたらさないことが重要であり、結果として、バインダのバーンアウトのためのセットアップは焼成とは異なる。
バインダのバーンアウトのためには、バインダ除去のために乾式プレスシートの外側表面積全体の十分な露出があることを確実にすることが必要である。
その理由はバインダのバーンアウト中に生成される揮発性物質は漏出し除去される必要があるだろうからである。
しかしながら、乾式プレスされた部品はセッター６６上にあるため、乾式プレスされた部品の下側の露出は限られていることから、スペーサが、乾式プレスシートをセッターの上方へ上げるために使用される。これにより、バインダ除去を促進するために積層部品の下側へ十分な空気流れがあることが確実になる（バインダの熱分解）。
図６ａに示される特定の実施形態において、乾式プレスセラミック物品６０は、Ｍｏスクリーン６２上に置くことにより、セッター６６から間隔を空けて配される。
全ての揮発性物質のうちの大部分が先行するバインダのバーンアウト段階を通じて除去されているため、このようなスペーサは焼成のために必要ではない。
未焼結部品は、ステップ４２に関連して上で検討された平らに焼成するプロセスによって焼成中の平坦性を確実にするために、単にセッター上に直接置くことができる。
場合により、バインダのバーンアウトの適切な材料および適用を促すために、プロセスは、積層されアイソスタティックプレスされた部品を、粉体がバインダを部品から「逃す」ように、セラミック粉体の床に置くことにより実施され得る。
【００６７】
焼成プロセスにおいて、穴に充填されているワックスが溶解して無くなり、金属化層への電気的接続のためのアクセスポイントすなわちビアおよび／または基体加工において静電気チャックをぺデスタル上に位置決めするための配置ポイントをあける。
【００６８】
緻密化後、焼成物品６８は、任意選択的なガス溝および様々なリフトピン穴（ウエハ取り出しのための貫通孔）を備える最終寸法になるよう、（典型的にはブランチャード研削により）硬質研削される（ステップ４４）。
【００６９】
続いて、取付ピンおよび電気フィードスルー７０がヒーター／ＥＳＣプレート上に、上で言及したとおり）Ｃｕｓｉｌ（登録商標）ＡＢＡ（商標）など高温ろう付けを使用してろう付けされる（図７）（ステップ４６）。
図７は焼成物品６８の下側を示し、ろう付けされた支持または取付固定具７０を示す。
【００７０】
積層組立体の共焼成は、埋設された金属化層により提供される導電体の１つまたは複数の層を含む一体構造絶縁セラミック本体を生じる。
図９は、本発明の一実施形態による、２つの金属化層を含む焼成された一体構造セラミック本体６８の断面を示す。
下の方の金属化層７６は電源へ接続されるとヒーターとして機能し、上部金属化層７８は、上部誘電体層と協働して静電気フィールドを生成する静電気チャック電極として機能する。
図９はさらに、絶縁セラミック本体６８の上面８０および底面８２の平坦性を示す。
同様に、図９において示されているのは、埋設された２層の導電体を有する一体構造絶縁セラミック本体を製造するための、異なる未焼結、乾式プレスセラミック成形体層間の継ぎ目のない結合、および各金属化された層における導体間のセラミックの移動であり、例えばアルミナは絶縁本体全体にわたって均一である。
【００７１】
図９に示されるとおりＥＳＣがヒーターの上部に位置する実施形態において、前記ヒーターの加熱性能は図８に示される装置を使用して試験され得る。
ヒーターは真空チャンバ内に置かれ、焼成された積層部品の異なるポイントに置かれた熱電対７２を使用してヒーターの性能を試験する（ステップ４８）ために電源へ取り付けられる。
図８に示されるとおり、良好な熱均一性で６００℃まで加熱することが温度ディスプレイ７４により実証される。
【００７２】
追加的な作業
空所の形成
上述のとおりワックスで（または他の方法で）充填された穴を提供することにより、物品の厚さにわたるチャネルの任意選択的な形成が可能になる。例えば、静電気チャックに対して冷却が求められる場合、１つまたは複数のチャネルまたは空所が絶縁セラミック本体内へ組み込まれ得る。この方法により作られた物品の厚さにおいて中空チャネル８４を作るために、乾式プレスシートの層間の散逸性材料から形成された形をプレスし、続いて散逸性材料をバーンアウトするまたは他の方法で取り除くことが可能である。
【００７３】
使用することができる材料にはワックス、プラスチック、紙または可撓性黒鉛（例えばＧｒａｆｏｉｌ（商標））が含まれる。
【００７４】
図１２は、この方法により形成された空所すなわちチャネル８４を有するセラミックのセクションを示し、ここで、可撓性の黒鉛／紙による形が層の間に置かれ、アイソスタティックプレス後に空気または湿式水素焼成プロセスにおいて酸化により除去される。
【００７５】
このような中空チャネルは、ガス供給または抽出チャネルを提供するため、材料［例えば、大きい導体を提供するための金属］で充填するため、またはさらには冷却目的のための熱伝達流体が流れるためのチャネルを提供するためを含む、様々な目的のために使用され得る。
【００７６】
誘電体層
静電気チャックの表面にわたって静電気力を生じさせるために、誘電体層を形成するセラミック層の厚さは、下部の電極と協働するように許容可能な公差内へ入るよう十分に平らかつ薄くなければならない。
【００７７】
乾式プレスが、例えば０．２５ｍｍ程度に薄い厚さのシートを形成する優れた方法である一方で、シートが薄いほど、その形成は問題を抱えるようになる。
【００７８】
誘電体層のために単に薄い表面層［例えば、１ｍｍ未満、０．５ｍｍ未満、０．２５ｍｍ未満、または０．１ｍｍ未満］を提供することが望ましい場合、テープ成形材料の層をより厚い乾式プレスシートの上に積層することが有利には任意選択的に使用され得る。これは、テープ成形の層が、例えば、乾式プレスシートの半分の厚さ未満、または乾式プレスシートの厚さの４分の１未満、または乾式プレスシートの厚さの１０分の１未満である場合に特にそうである。このような配置構成において、乾式プレスシートの収縮の均一性は、テープ成形材料の収縮の均一性の欠如に影響を与えることができ、またはさらには抑制し得る。
【００７９】
このようなプロセスは、静電気チャックを、実施例２で説明されたヒーターの上部に形成するのに使用され得る。例えば以下の通りである（図１３において示されるとおり）。
【００８０】
１．２つの乾式プレスされた未焼結シート９１、９２（例えば、各々厚さがおよそ１ｍｍ、２．５ｍｍ、または６ｍｍ）は、一方の乾式プレスされた未焼結シート９１上にヒーターパターン９３を画定し、他方の乾式プレスされた未焼結シート９２上に静電気チャックパターン９４を画定するために、Ｍｏ系塗料（Ｗｅｓｇｏ（登録商標）538塗料、厚さ約２５μｍ）を有し得る。特定の実施形態において、未焼結乾式プレスシートの一方は約６ｍｍの厚さｄ１を有し、外側シート９１または層を表し、別の乾式プレスシートは約２．５ｍｍの厚さｄ２を有し、中央シート９２を表した。
２．２層の乾式プレスされた未焼結シートは、ヒーターパターン９３が２つの乾式プレスシート９１、９２の間に置かれ、静電気チャックパターン９４が乾式プレスされた未焼結シート９２とテープ成形層９５との間に置かれるように、テープ成形層の形の、さらなるより薄いｄ３（例えば、厚さ０．１ｍｍ）誘電体層９５と整列させられてもよい。層９１および９２の好適な穴またはビア９６が、後続の、静電気チャックパターンおよびヒーターパターンへのフィードスルーの形成のために提供され得る。
３．２層の乾式プレスされた未焼結シートおよびテープ成形層の組立体が、次いで支持体プレートと一緒に真空のバッグに入れられ、上述と同じ方法でアイソスタティックプレスを使用して一緒に積層され得る。
【００８１】
乾式プレスされた未焼結シートの厚さがおよそ６ｍｍである場合において、焼成後、焼成された乾式プレスシートはおよそ５ｍｍの厚さｄ１’へ収縮する。厚さ２．５ｍｍの未焼結乾式プレスシートについては、焼成後、乾式プレスシートはおよそ２ｍｍの厚さｄ２’へ収縮する。同様に、焼成後、未焼結テープ成形層の厚さはより小さい厚さｄ３’へ収縮する。このプロセスにおいて、テープ成形層は誘電体層として機能し、組立体の最外層であるが、他の用途のためには、テープ成形層は組立体内、例えば２つの乾式プレスシート間にあってもよい。
【００８２】
テープ成形層は乾式プレスプロセスとは異なるプロセス（例えば一軸ダイスプレス）を通じて作られるため、テープ成形層は誘電体層として理想的である薄い層を製造するのに有利であるが、脱バインダおよび／または焼成中に、異なった収縮が、テープ成形層と乾式プレス層との間に起こり得る。これは、乾式プレスシートとテープ成形層との間の、それらの製造プロセスに固有の、異なるバインダ含有量の組合せ、およびそれらの特定の加工技術の結果としての異なる内部応力によるものであり得る。結果として、未焼結シートの脱バインダまたは焼成中、このような異なった収縮は、テープ成形層を乾式プレスシートから剥離させ得るか、またはさらには割れさせ得る。
【００８３】
この問題を緩和するために、本発明の代替的実施形態において、誘電体層は、追加的な乾式プレスされた未焼結シートから作られ得る。上で図１３を参照して説明されたテープ成形層９５を備える金属化層を積層する代わりに、本発明の代替的実施形態においては、テープ成形層は追加的な乾式プレスされた未焼結シートと交換され、追加的な乾式プレスシートが誘電体層を表す。したがって、この特定の実施形態において、積層組立体は、厚さが約６ｍｍの２つの最外乾式プレス層と、２つの最外乾式プレス層間に挟まれ厚さが約２．５ｍｍである中央の乾式プレス層とを含み、すなわち、積層組立体は、２つの乾式プレスされた未焼結シートの代わりに３つの乾式プレスされた未焼結シートを含む。図９に示される焼成物品６８の断面において、誘電体層はしたがって金属化層７８の上方の層８６により言及される。図１３を参照して上述の加工ステップを繰り返すが、テープ成形層を追加的な乾式プレス層と交換する（図１４を参照）。
【００８４】
１．２つの乾式プレスされた未焼結シート９１、９２（例えば、各々厚さがおよそ１ｍｍ、２．５ｍｍ、または６ｍｍ）は、ヒーターパターン９３を一方の外側の乾式プレスされた未焼結シート９１上に、および、静電気チャックパターン４を他方の（中央）乾式プレスされた未焼結シート９２上に画定するために、Ｍｏ系塗料（Ｗｅｓｇｏ（登録商標）538塗料、厚さ約２５μｍ）を有し得る。上で検討されたとおり、乾式プレスシートの１つは厚さｄ１が約６ｍｍであり、焼成後に約５ｍｍの厚さｄ１’へ収縮し、外側シート９１または層を表し、別の乾式プレスシートは厚さｄ２が約２．５ｍｍであり、焼成後に約２ｍｍの厚さｄ２’へ収縮し、中央シート９２を表す。
２．２層の乾式プレスされた未焼結シートは、同様に厚さｄ４が約６ｍｍであるさらなる外側の乾式プレスされた未焼結シート９８と整列してもよく、誘電体層９５を形成する、すなわち、積層組立体は、２つの外側の乾式プレスシート９１、９８を含み、各々未焼結状態で厚さｄ１、ｄ４が約６ｍｍであり、中央乾式シート９２は未焼結状態で厚さｄ２が約２．５ｍｍである。ヒーターパターン９３は２つの乾式プレスシート９１、９２の間にあり、静電気チャックパターン９４は乾式プレスされた未焼結シート９２とさらなる乾式プレスされた未焼結シート９８との間にあり、上で検討されたとおり、層９１および９２における好適な穴またはビア９６が、後続のフィードスルーの形成のために静電気チャックパターンおよびヒーターパターンへ設けられ得る。
３．３層の乾式プレスされた未焼結シート９１、９２および９８の組立体は、次いで支持体プレートと一緒に真空のバッグに入れられ得、上述と同じ方法でアイソスタティックプレスを使用して一緒に積層され得る。
【００８５】
上で検討された平らに焼成するプロセスを使用した焼成後、積層組立体は一体構造金属複合材料部品を形成する（図９を参照）。
下にある、電極を形成する金属化層７８と協働するとき十分な静電気力を提供するために、必要な薄さを達成し、誘電体層の平坦性を維持するために、組立体の焼成および緻密化後、上部乾式プレスシート９８は、誘電体層９５として挙動するのに好適な必要な厚さｄ３公差になるまで、機械加工される。特定の実施形態において、上部乾式プレス層９８は、緻密化または焼成された約５ｍｍの厚さ（未焼結厚さがおよそ６ｍｍであるとして）から約０．１ｍｍへ機械加工される。
説明を容易にするため、上部焼成乾式プレス層は厚さｄ４からｄ４’へ収縮する（図１４参照）。
したがって、機械加工中に上部乾式プレス層９８から除去された材料（ｄ４’−ｄ３）は破線で示される。
実際には、緻密化された一体構造金属複合材料の少なくとも１つの面は、金属化層７８すなわち静電気チャックパターンの上方に厚さおよそ０．１ｍｍの絶縁セラミック層を提供するために機械加工される（図１１を参照）。
上層セラミック層９８は研削により機械加工され得るが、このような厳しい厚さ公差を達成する当該技術分野において公知の他の機械加工プロセスが本発明において許容される。
本発明の特定の実施形態において、緻密化後に誘電体層を形成するために２段階機械加工プロセスが使用される。
第１段階はセラミック材料のかさをおよそ厚さ値ｄ３まで除去することを対象とし、第２機械加工段階は最終研磨段階を与える。
機械加工の第１段階で、一体構造複合材料の一方の面は、粒子寸法が実質的に２０μｍ〜１００μｍの範囲であるダイヤモンドなどのダイヤモンド粒を含む研削面を使用して必要な厚さになるまで、下にある金属化層７８からおよそ０．１ｍｍの厚さになるまで、研削される。
誘電体層の必要な厚さは、実質的に１ｍｍ未満、０．５ｍｍ未満、０．２５ｍｍ未満、または０．１ｍｍ未満であり得る。
特定の実施形態において、誘電体層の厚さはおよそ０．１ｍｍである。機械加工プロセスの第２段階は、誘電体層の表面の平坦性を維持しつつ鏡のような仕上がりを提供するために、研削された表面を研磨することを伴う。
特定の実施形態において、誘電体層を表す外層９８の研削された表面は、１μｍ〜５μｍのダイヤモンドペーストを使用して、０．０１ｍｍ、好ましくは０．００１ｍｍの厚さ公差まで研磨される。
【００８６】
図１０および１１は、それぞれ、乾式プレスシートの平面または平坦面に平行に延在する金属化層の上面図、および図９に示された機械加工された焼成された積層部品の線Ｙ−Ｙに沿った断面図を示す。
上部誘電体セラミック層の薄さを実証するために、静電気チャックパターン電極７８（図９を参照）を表す、下にある金属化層は、外部から誘電体層の表面からより見えるようになっている。
図１１に示される断面において、静電気チャックは、絶縁ベース８８と、絶縁ベース８８上に配置された電極を形成する上部金属化層７８と、絶縁ベース８８と誘電体上層８６との間に配置された誘電体上層８６とを含む。
【００８７】
組立体における金属化され、乾式プレスされた未焼結シートの数は、組立体が純粋にＥＳＣとして使用されるか、ＥＳＣとヒーターとの組合せとして使用されるかに依存する。
例えば、除塵目的またはエッチングなどのためにＥＣＳが半導体ウエハを保持するのに使用される場合は、ヒーターは必要ない場合があり、ヒーターを表す金属化層７６は単に無くすことが可能である。
すなわち、ＥＳＣは、２つの乾式プレスされた未焼結シート間に挟まれた静電気電極パターン７８を含む。
ＥＳＣがヒーターとの組合せで使用される場合、金属化層の数は増加し、使用の際基体（半導体ウエハ）を静電的にクランプするための静電気フィールドを生じるために、１つの金属化層が誘電体層８６と協働する電極７８を提供し、電気加熱を可能にするためにさらなる金属化層７６が別の乾式プレスされた未焼結シート上に付着される。
乾式プレスされた未焼結シートと、静電気パターンおよび／またはヒーターパターンおよび／または空所を表す金属化層との異なる組合せが本発明において許容され、各組合せは、それらの特定の用途、例えば、静電クランプ目的または静電クランプと加熱もしくは冷却との組合せに依存する。
【００８８】
本発明は、大きい対象物を製造するのに適したＨＴＣＣプロセスを提供するという利点を有し、［米国特許第６２２５６０６号明細書が必要とする］高温プレスも繊細な金属メッシュの取り扱いも必要としない。
【００８９】
本発明のさらなる特徴、修正形態および使用は、高温共焼成により対象物を作ることを望む当業者には明らかとなり、本発明の範囲内に包含される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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