KR102329588B1

KR102329588B1 - 접합체의 제조 방법

Info

Publication number: KR102329588B1
Application number: KR1020167024332A
Authority: KR
Inventors: 도모유키 미나미; 가즈히로 노보리; 데츠야 가와지리
Original assignee: 엔지케이 인슐레이터 엘티디
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2021-11-22
Also published as: WO2015133577A1; US20160368829A1; US10150709B2; KR20160130765A; CN106068251A; JPWO2015133577A1; JP6715762B2; CN106068251B

Abstract

공정(a)에서는, 가드 링(60)을, 관통 구멍(61)의 개구의 한쪽이 세라믹스 기체(12)(제2 부재)의 접합면(13)으로 막히도록 세라믹스 기체(12) 상에 배치한다. 공정(b)에서는, 금속으로 이루어진 브레이징재(56)와, 브레이징재(56)보다 열팽창계수가 작은 재료로 이루어진 분말(54)과, 급전 단자(40)를 관통 구멍(61)의 내부에 삽입하여, 세라믹스 기체(12)의 접합면(13)과 급전 단자(40)의 접합면(43)이 대향하고 또한 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40) 사이에 브레이징재(56)와 분말(54)이 위치하도록 한다. 공정(c)에서는, 브레이징재(56)를 용융시켜 브레이징재(56)를 분말(54) 사이에 함침시켜 브레이징재(56)와 분말(54)을 포함하는 접합층을 형성하여, 접합층을 통해 접합면(13)과 접합면(43)을 접합한다.

Description

접합체의 제조 방법{JOINT MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 접합체의 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 세라믹스로 이루어진 부재와 금속으로 이루어진 부재를 접합층을 통해 접합한 접합체의 제조 방법이 알려져 있다. 예컨대, 특허문헌 1에서는, 오목부를 갖는 세라믹스 부재와 볼록부를 갖는 금속 부재의 접합 방법이 기재되어 있다. 특허문헌 1의 접합 방법에서는, 우선, 세라믹스 부재의 오목부에 미립자형의 물질을 깔아서 채우고, 그 위에 브레이징재를 배치하고, 또한 그 위에 금속 부재의 볼록부를 삽입한다. 그리고, 브레이징재를 용융시켜 미립자형의 물질에 함침시켜, 브레이징재와 미립자형의 물질로 이루어진 접합층을 형성하고, 세라믹스 부재와 금속 부재를 이 접합층에 의해 접합한다. 이러한 접합 방법은, 예컨대 정전 척 등의 반도체용 서셉터에 있어서, 전극이 매설된 세라믹스제의 기재와, 전극에 통전하기 위한 금속제의 급전 단자를 접합할 때에 이용된다.

특허문헌 1: 일본 특허 제3792440호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재의 접합 방법은, 세라믹스 부재의 오목부를 이용하여 접합을 행하는 것이며, 예컨대 세라믹스 부재 중 오목부가 없는 평탄한 부분에 금속 부재를 접합하는 경우에는 적합하지 않다. 구체적으로는, 가령 특허문헌 1에 기재의 접합 방법을 이용하면, 평판형의 세라믹스 부재 상에 미립자형의 물질을 배치하더라도 미립자형의 물질이 세라믹스 부재의 표면에서 퍼져 버리기 때문에 적절한 접합을 행할 수 없다.

본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 세라믹스로 이루어진 제1 부재가 접합면으로부터의 기립부를 갖는지 아닌지에 상관없이, 제1 부재와 금속으로 이루어진 제2 부재를 접합한 접합체를 제조 가능하게 하는 것을 주요 목적으로 한다.

본 발명의 접합체의 제조 방법은,

세라믹스로 이루어진 제1 부재의 접합면과 금속으로 이루어진 제2 부재의 접합면을 접합층을 통해 접합한 접합체의 제조 방법으로서,

(a) 상기 제2 부재를 삽입 가능한 관통 구멍을 갖는 삽입 지그를, 그 관통 구멍의 개구의 한쪽이 상기 제1 부재의 상기 접합면으로 막히도록 그 제1 부재 상에 배치하는 공정과,

(b) 상기 제1 부재보다 열팽창계수가 큰 금속으로 이루어진 브레이징재와, 그 브레이징재보다 열팽창계수가 작은 재료로 이루어진 분말과, 상기 제2 부재를, 상기 관통 구멍의 내부에 배치하는 공정과,

(c) 상기 브레이징재를 용융시키고, 그 브레이징재를 상기 분말 사이에 함침시켜 그 브레이징재와 그 분말을 포함하는 접합층을 형성하고, 그 접합층을 통해 상기 제1 부재의 접합면과 상기 제2 부재의 접합면을 접합하는 공정

을 포함하는 것이다.

이 본 발명의 접합체의 제조 방법에서는, 세라믹스로 이루어진 제1 부재와 금속으로 이루어진 제2 부재를 접합함에 있어서, 제1 부재 상에 관통 구멍을 갖는 삽입 지그를 배치한다. 이 때, 관통 구멍의 개구의 한쪽이 제1 부재의 접합면으로 막히도록 삽입 지그를 제1 부재 상에 배치함으로써, 제1 부재의 접합면을 저면으로 하고 삽입 지그의 관통 구멍의 내주면을 측면으로 하는 오목부가 형성된다. 그 때문에, 제1 부재가 접합면으로부터의 기립부를 갖지 않는(제1 부재가 접합면을 저면으로 하는 오목부를 갖지 않는) 경우라도, 제1 부재와 삽입 지그로 형성한 오목부에 브레이징재와 분말과 제2 부재를 삽입할 수 있다. 그 결과, 오목부의 내부에서 브레이징재와 분말을 포함하는 접합층을 형성하여 제1 부재와 제2 부재를 접합할 수 있다. 이와 같이, 제1 부재가 접합면으로부터의 기립부를 갖는지 아닌지에 상관없이 제1 부재와 제2 부재를 접합한 접합체를 제조할 수 있다. 또한, 제1 부재보다 열팽창계수가 큰 브레이징재와 브레이징재보다 열팽창계수가 작은 재료로 이루어진 분말을 이용하여 접합층을 형성하기 때문에, 예컨대 브레이징재만으로 접합층을 형성하는 경우와 비교해서 접합체가 온도 변화했을 때의 제1 부재에서의 크랙의 발생을 보다 억제할 수 있다. 또, 삽입 지그는, 공정(c)의 후에 제거하면 된다. 또, 상기 공정(b)에서는, 상기 제2 부재의 접합면이 상기 제1 부재의 접합면과 대향하도록 제2 부재를 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 공정(b)에서는, 상기 브레이징재가 상기 공정(c)에서 상기 분말에 함침 가능해지도록, 그 브레이징재와 그 분말을 배치하는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 브레이징재와 상기 분말이 접촉하도록 그 브레이징재와 그 분말을 배치해도 좋다.

본 발명의 접합체의 제조 방법에 있어서, 상기 공정(b)에서는, 상기 관통 구멍의 내경과 상기 제2 부재 중 관통 구멍의 내주면에 대향하는 면인 측면의 외경의 차인 클리어런스를 1 mm 이하로 해도 좋다. 이렇게 하면, 클리어런스가 큰 것에 의해 관통 구멍 내부에 배치된 분말이 제2 부재의 측면보다 외측으로 지나치게 퍼져 버리는 것을 보다 억제할 수 있다.

본 발명의 접합체의 제조 방법에 있어서, 상기 삽입 지그는 카본으로 이루어진 것이어도 좋다. 카본은 브레이징재(금속)에 대한 습윤성이 비교적 낮기 때문에, 이렇게 함으로써 접합층의 형성후에 삽입 지그를 제거하기 쉬워진다.

본 발명의 접합체의 제조 방법에 있어서, 상기 분말은, 상기 제1 부재와 동일한 세라믹스 재료로 이루어진 것으로 해도 좋다. 이렇게 하면, 제1 부재와 분말의 열팽창계수가 거의 동일해지기 때문에, 접합체가 온도 변화했을 때의 제1 부재에서의 크랙의 발생을 보다 억제할 수 있다.

본 발명의 접합체의 제조 방법은, 상기 공정(b)에 있어서, 상기 제1 부재의 접합면과, 상기 제2 부재의 접합면과, 상기 분말 중 하나 이상이, 자신과 비교해서 상기 브레이징재에 대한 습윤성이 높은 재료로 피복되어 있어도 좋다. 브레이징재에 대한 습윤성이 높은 재료로 피복함으로써, 피복된 물질은 브레이징재로 적셔지기 쉬워지므로, 접합체의 접합 강도를 향상시킬 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 제1 부재의 접합면과, 상기 제2 부재의 접합면과, 상기 분말 중 2 이상을 피복하는 것이 바람직하고, 모두 피복되어 있는 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 접합체의 제조 방법에 있어서, 상기 제1 부재는, 상기 접합면으로부터의 기립부를 갖지 않아도 좋다. 환언하면, 제1 부재가 접합면을 저면으로 하는 오목부를 갖지 않아도 좋다. 본 발명의 접합체의 제조 방법은, 접합면으로부터의 기립부를 갖지 않는 제1 부재라 하더라도 제2 부재와 접합할 수 있기 때문에, 본 발명을 적용하는 의의가 높다.

본 발명의 접합체의 제조 방법에 있어서, 상기 제2 부재는, 상기 접합면과 상기 접합면 이외의 면에 개구된 가스 배출 구멍을 갖고 있어도 좋다. 이렇게 하면, 공정(c)에 있어서 분말의 입자 사이에 존재하고 있던 기체(예컨대 공기 등)가 이 가스 배출 구멍을 통하여 외부에 유출될 수 있으므로, 브레이징재가 분말의 입자 사이에 함침되기 쉬워진다. 이 경우에 있어서, 상기 가스 배출 구멍은, 상기 제2 부재 중 상기 접합면과 상기 관통 구멍의 내주면에 대향하는 측면에 개구되어 있어도 좋다. 이렇게 하면, 공정(c)에 있어서 분말에 함침되지 않고 제2 부재의 측면을 기어오르는 브레이징재가 존재하는 경우에, 이 가스 배출 구멍을 통하여 제2 부재의 접합면측에 브레이징재를 복귀시킬 수 있다. 이에 따라, 브레이징재를 분말에 충분히 함침시킬 수 있다.

도 1은 정전 척(10)을 중심축을 따라서 절단했을 때의 단면도이다.
도 2는 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)의 접합 부분의 확대 단면도이다.
도 3은 정전 척(10)의 제조 공정의 설명도이다.
도 4는 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)의 접합 공정의 설명도이다.
도 5는 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)의 접합 공정의 설명도이다.
도 6은 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)의 접합 공정의 설명도이다.
도 7은 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)의 접합 공정의 설명도이다.
도 8은 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)의 접합 공정의 설명도이다.
도 9는 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)의 접합 공정의 설명도이다.
도 10은 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)의 접합 공정의 설명도이다.
도 11은 도 10의 A-A 단면도이다.
도 12는 도 10의 B-B 단면도이다.
도 13은 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)의 접합 공정의 설명도이다.
도 14는 세라믹스 기체(12)와 변형예의 급전 단자(140)의 접합 부분의 확대 단면도이다.
도 15는 도 14의 C-C 단면도이다.
도 16은 세라믹스 기체(12)와 변형예의 급전 단자(240)의 접합 부분의 확대 단면도이다.
도 17은 세라믹스 기체(12)와 변형예의 급전 단자(240)의 접합 부분의 확대 단면도이다.
도 18은 분말(54)과 브레이징재(56)의 배치의 다른 예를 나타내는 확대 단면도이다.
도 19는 접합층(50)이 갖는 접합층(50a, 50b)의 설명도이다.

다음으로, 본 발명의 실시형태에 관해 도면을 이용하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 접합체의 일실시형태인 정전 척(10)을 중심축을 따라서 절단했을 때의 단면도이다. 도 2는, 도 1의 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)의 접합 부분의 확대 단면도이다. 또, 도 2는 도 1과 상하를 역으로 하여 나타내고 있다.

본 실시형태의 정전 척(10)은, 웨이퍼(W)를 배치 가능한 웨이퍼 배치면(12a)이 형성된 세라믹스 기체(12)에, 정전 전극(14) 및 히터 전극(15)이 웨이퍼 배치면(12a)과 평행해지도록 매설된 것이다.

세라믹스 기체(12)는, 예컨대 알루미나나 질화알루미늄 등의 세라믹스 재료를 주성분으로 하는 원반형의 부재이다. 세라믹스 기체(12)의 두께는, 특별히 이것에 한정되는 것은 아니지만, 예컨대 1 mm∼30 mm이다. 특히 카운터보어가 형성되지 않는 얇은 구조에 대하여 본 발명은 유효하다.

정전 전극(14)은, 세라믹스 기체(12)보다 소직경의 원반형의 박층 전극이다. 정전 전극(14)은, 평판이어도 좋고, 가는 금속선을 메쉬형으로 짜서 시트형으로 한 메쉬이어도 좋다. 이 정전 전극(14)은, 중심에 도전성의 태블릿(16)이 접속되어 있다. 이 태블릿(16)은, 세라믹스 기체(12)의 이면(12b)으로부터 태블릿(16)에 도달하도록 형성된 카운터보어(18)의 저면에 노출되어 있다. 또한, 세라믹스 기체(12) 중 정전 전극(14)과 웨이퍼 배치면(12a) 사이의 부분은 정전 척(60)의 유전체층으로서 기능한다. 카운터보어(18)에는 급전 단자(20)가 삽입되어 있고, 이 급전 단자(20)는 카운터보어(18)의 저면(도 1에서의 상측의 면)에 접합되어 태블릿(16)과 도통하고 있다. 급전 단자(20)는 금속제의 부재이며, 재료로는 예컨대 Mo, Ti, 코바르 등을 들 수 있다.

히터 전극(15)은, 세라믹스 기체(12)의 중심 근방의 일단으로부터, 싱글 스트로크의 요령으로 세라믹스 기체(12)의 전체면에 걸쳐서 펼쳐진 후 중심 근방의 타단에 이르도록 형성되어 있다. 이 히터 전극(15)은, 일단 및 타단에 각각 도전성의 태블릿(22)이 접속되어 있다. 특별히 이것에 한정되는 것은 아니지만, 태블릿(22)의 직경은 예컨대 3 mm 이하이다. 태블릿(22)의 재료로는, 예컨대 Mo, NbC, WC, Pt, Nb를 들 수 있다. 태블릿(22)은, 태블릿(16)과는 달리, 카운터보어(오목부)의 저면에 노출되어 있는 것은 아니고, 세라믹스 기체(12)의 이면(12b)에 직접 노출되어 있다. 세라믹스 기체(12)의 이면(12b)에는, 급전 단자(40)가 접합되어, 급전 단자(40)와 태블릿(22)이 도통하고 있다.

급전 단자(40)에 관해 상세히 설명한다. 급전 단자(40)는, 중심에 가스 배출 구멍(45)이 형성된 대략 원통형의 부재이며, 소직경부(41)와, 소직경부(41)보다 직경이 큰 대직경부(42)를 구비하고 있다. 특별히 이것에 한정되는 것은 아니지만, 대직경부(42)의 외경은 예컨대 3∼12 mm이다. 가스 배출 구멍(45)은 급전 단자(40)의 양단(도 2에서의 상하단)에 개구된 관통 구멍이며, 대직경부(42)를 관통하는 제1 구멍(45a)과, 소직경부(41)를 관통하는 제2 구멍(45b) 및 제3 구멍(45c)이 연통된 구멍으로서 구성되어 있다. 제1 구멍(45a)은, 도시는 생략하지만 내주면에 나선형의 홈이 커팅되어 있어, 급전 단자(40)를 통해 히터 전극(15)에 전력을 공급하는 막대 형 전극의 끝을 비틀어 넣게 되어 있다. 급전 단자(40) 중 소직경부(41)측의 단부면(도 2에서의 하면)은 접합면(43)으로 되어 있다. 또, 본 실시형태에서는 가스 배출 구멍(45)이 급전 단자(40)를 관통하고 있기 때문에, 접합면(43)의 형상은 링형상이다. 이 접합면(43)은, 접합층(50)을 통해 세라믹스 기체(12)의 접합면(13)과 접합되어 있다. 급전 단자(40)는 금속제의 부재이며, 재료로는 예컨대 Mo, Ti, 코바르 등을 들 수 있다. 접합층(50)은 대략 원기둥형의 부재이다. 접합층(50)에 관해서는 후술한다. 접합면(13)은, 세라믹스 기체(12)의 이면(12b)의 일부이며, 접합층(50)의 하면과 접하는 대략 원형의 영역이다. 또, 태블릿(22)은, 이면(12b) 중 접합면(13) 내에 노출되어 있고, 접합층(50)을 통해 태블릿(22)과 급전 단자(40)가 접합됨으로써 태블릿(22)과 급전 단자(40)가 도통하고 있다.

본 실시형태의 정전 척(10)의 제조 방법에 관해 도 3을 이용하여 이하에 설명한다. 우선, 세라믹스 소결체(111a) 상에 박막(114)을 형성하고, 박막(114)의 중심에 태블릿(16)을 접착하고, 또한 그 위에 세라믹스 성형체(세라믹스 분체를 성형한 것)(111b)를 형성하여, 제1 중간체(127)로 한다(도 3의 (a) 참조). 여기서, 박막(114)은, 정전 전극(14)의 원료를 포함하는 전극 페이스트이다.

한편, 제1 중간체(127)와는 별도로, 세라믹스 소결체(111c)를 형성하고, 그 세라믹스 소결체(111c) 중 히터 전극(15)의 일단과 타단에 해당하는 개소에 바닥이 있는 구멍을 형성한다. 그리고, 바닥이 있는 구멍의 각각에 태블릿(22)을 접착제를 발라 끼워 넣고, 그 위로부터 패턴(115)을 스크린 인쇄 또는 닥터 블레이드에 의해 제작하여, 제2 중간체(128)로 한다(도 3의 (b) 참조). 또, 패턴(115)은, 히터 전극(15)이 되는 것이며, 예컨대 정전 전극(14)과 동일한 원료를 이용하여 제작한다.

다음으로, 제1 중간체(127)의 세라믹스 성형체(111b)의 위에 제2 중간체(128)를 패턴(115)이 세라믹스 성형체(111b)와 접하도록 하여 배치하고, 일축 가압 성형하여 일체화하여 적층체(129)로 한다(도 3의 (c) 참조). 그 후, 적층체(129)를 핫프레스 소성에 의해 전극 내장 소결체(130)로 한다(도 3의 (d) 참조). 이에 따라, 세라믹스 소결체(111a)와 세라믹스 성형체(111b)와 세라믹스 소결체(111c)가 하나의 소결체(세라믹스 기체(12))가 되고, 박막(114)이 정전 전극(14), 패턴(115)이 히터 전극(15)이 된다.

계속해서, 전극 내장 소결체(130)의 이면측(도 3의 (d)의 하면측)을 연삭 가공하여, 태블릿(22)의 표면을 이면(12b)에 노출시킨다(도 3의 (e) 참조). 또, 전극 내장 소결체(130)의 표면측(도 3의 (d)의 상면측)에 관해서도 연삭 가공을 함으로써, 웨이퍼 배치면(12a)의 표면 거칠기 Ra를 0.01∼3 ㎛, 평탄도를 0∼10 ㎛, 정전 전극(14)의 상면으로부터 웨이퍼 배치면(12a)까지의 거리를 0.2∼1 mm로 하는 것이 바람직하다.

그리고, 전극 내장 소결체(130)의 이면(12b)의 중심에 카운터보어(18)를 형성하여 태블릿(16)을 노출시킨다(도 3의 (f) 참조). 그리고, 카운터보어(18)에 급전 단자(20)를 삽입하고, 카운터보어(18)의 저면에 급전 단자(20)를 접합하여 태블릿(16)과 급전 단자(20)를 도통시킨다. 또한, 세라믹스 기체(12)의 이면(12b)에 급전 단자(40)를 접합하여, 태블릿(22)과 급전 단자(40)를 도통시킨다. 이에 따라, 정전 척(10)이 완성된다(도 3의 (g) 참조).

여기서, 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)를 접합하여 접합체인 정전 척(10)을 제조하는 방법에 관해 상세히 설명한다. 도 4∼도 13은, 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)의 접합 공정의 설명도이다.

우선, 공정 (a)로서, 세라믹스 기체(12)의 이면(12b)의 일부인 소정 범위를 접합면(13)으로 하여(도 4 참조), 이 접합면(13)을 기체 피복층(52)으로 피복한다(도 5 참조). 또, 접합면(13)은, 접합면(13) 내의 중앙에 태블릿(22)이 노출되도록 정한다. 후술하는 브레이징재(56)에 대한 기체 피복층(52)의 습윤성은, 브레이징재(56)에 대한 세라믹스 기체(12)의 습윤성보다 높다. 이러한 기체 피복층(52)의 재료로는, 예컨대 Ni나 Au를 들 수 있다. 기체 피복층(52)의 두께는, 특별히 이것에 한정되는 것은 아니지만, 예컨대 1∼6 ㎛이다. 이 기체 피복층(52)은, 이면(12b) 중 접합면(13) 이외를 마스킹한 상태로, 예컨대 무전해 도금이나 스퍼터링에 의해 형성한다.

계속해서, 급전 단자(40)를 삽입 가능한 관통 구멍(61)을 갖는 가드 링(60)을, 관통 구멍(61)의 개구의 한쪽이 세라믹스 기체(12)의 접합면(13)으로 막히도록 세라믹스 기체(12) 상에 배치한다(도 6, 도 7 참조). 가드 링(60)은 원통형의 부재이며, 관통 구멍(61)은 가드 링(60)을 도 6의 상하 방향으로 관통하는 구멍이다. 가드 링(60)은, 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)의 접합후에 제거하는 것이며, 후술하는 브레이징재(56)에 대한 습윤성이 낮은 재료로 이루어진 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 가드 링(60)은 카본제로 했다. 가드 링(60)에서의 축방향 길이(도 6의 상하 방향 길이)는, 예컨대 3 mm∼30 mm이다. 또, 기체 피복층(52)은, 도 7에 나타낸 바와 같이, 가드 링(60)의 개구 내에 수용되는 크기로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이상과 같이 공정(a)를 행한 후, 계속해서 공정(b)를 행한다. 공정(b)에서는, 우선 가드 링(60)의 관통 구멍(61) 내에 분말(54)을 넣고 접합면(13) 상(기체 피복층(52) 상)에 깔아서 채운다(도 8). 이 분말(54)은, 후술하는 브레이징재(56)보다 열팽창계수가 작은 재료로 이루어진다. 분말(54)은, 예컨대 알루미나나 질화알루미늄 등의 세라믹스로 이루어진다. 분말(54)의 평균 입경은, 예컨대 10 ㎛∼500 ㎛, 바람직하게는 20 ㎛∼100 ㎛이다. 이 분말(54)은, 세라믹스 기체(12)와 동일한 세라믹스 재료로 이루어진 것으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 분말(54)은, 적어도 일부의 입자가 입자 피복층(55)으로 피복되어 있다(도 8의 확대 부분 참조). 브레이징재(56)에 대한 입자 피복층(55)의 습윤성은, 브레이징재(56)에 대한 분말(54)의 입자의 습윤성보다 높다. 이러한 입자 피복층(55)의 재료로는, 예컨대 Ni나 Au를 들 수 있다. 입자 피복층(55)의 두께는, 특별히 이것에 한정되는 것은 아니지만, 예컨대 1∼3 ㎛이다. 입자 피복층(55)은, 예컨대 무전해 도금에 의해 형성할 수 있다. 관통 구멍(61) 내에 배치되는 분말(54)의 입자의 피복률은, 40∼60%로 하는 것이 바람직하다. 또, 분말(54)의 피복률은, 분말(54)의 입자 중 입자 피복층(55)에 피복되어 있는 입자의 비율을 의미한다. 예컨대, 분말(54)의 피복률이 40%라는 것은, 분말(54)의 입자 중 40%에 대하여 입자 피복층(55)을 형성하고, 나머지 60%에 대해서는 입자 피복층(55)을 형성하지 않은 채로 두고, 양자를 혼합한 상태이다. 이 피복률을 전술한 범위의 하한치 이상으로 함으로써, 브레이징재(56)에 대하여 분말(54)이 적셔지기 쉬워지므로, 접합후의 접합층(50)의 도전성을 보다 높게 할 수 있다. 또한, 피복률을 상한치 이하로 함으로써, 접합후의 정전 척(10)이 온도 변화했을 때의 접합층(50)과 세라믹스 기체(12)의 열팽창계수차에 기인하는 세라믹스 기체(12)에서의 크랙의 발생을 보다 억제할 수 있다.

계속해서, 브레이징재(56)와 급전 단자(40)를 준비한다(도 9 참조). 브레이징재(56)는, 예컨대 알루미늄이나 Au 등을 주성분으로 하여 세라믹스 기체(12)보다 열팽창계수가 큰 금속으로 이루어진 것이다. 본 실시형태에서는 브레이징재(56)의 형상은 대략 원기둥형으로 했다. 급전 단자(40)는 전술한 형상의 것이다. 또, 브레이징재(56)는, 급전 단자(40)의 접합면(43)측의 개구로부터 제3 구멍(45c) 내에 삽입 가능한 크기로 성형되어 있다. 또한, 급전 단자(40)는, 접합면(43)측의 단부(도 9의 하단부)를 미리 단자 피복층(58)으로 피복해 둔다. 단자 피복층(58)은, 저부 피복층(58a)과 측부 피복층(58b)을 갖고 있다. 저부 피복층(58a)은, 급전 단자(40)의 소직경부(41)의 저면인 접합면(43)을 피복하고 있다. 측부 피복층(58b)은, 급전 단자(40)의 측면(가드 링(60)에 대한 삽입후에 관통 구멍(61)의 내주면과 대향하는 면)을 피복하고 있다. 저부 피복층(58a)과 측부 피복층(58b)은 급전 단자(40)의 접합면(43)과 측면의 모서리부에서 연속해 있고, 양자는 일체적으로 형성되어 있다. 브레이징재(56)에 대한 단자 피복층(58)의 습윤성은, 브레이징재(56)에 대한 급전 단자(40)의 습윤성보다 높다. 이러한 단자 피복층(58)의 재료로는, 예컨대 Ni나 Au를 들 수 있다. 단자 피복층(58)의 두께는, 특별히 이것에 한정되는 것은 아니지만, 예컨대 1∼6 ㎛이다. 이 단자 피복층(58)은, 예컨대 급전 단자(40)의 측면 중 측부 피복층(58b)을 형성하지 않는 부분이나 제3 구멍(45c)의 내주면 등을 마스킹한 상태로, 무전해 도금이나 스퍼터링에 의해 형성한다.

다음으로, 이 브레이징재(56)와 급전 단자(40)를, 이 순으로 가드 링(60)의 관통 구멍(61) 내에 삽입한다(도 9 참조). 이 때, 브레이징재(56)가 급전 단자(40)의 제3 구멍(45c) 내에 삽입되도록 한다. 이렇게 하여 관통 구멍(61)에 대한 삽입이 완료하면, 세라믹스 기체(12)의 접합면(13)과 급전 단자(40)의 접합면(43)이 대향한 상태가 된다(도 10 참조). 도 11은 도 10의 A-A 단면도, 도 12는 도 10의 B-B 단면도이다. 도 10의 상태에서는, 분말(54)과 브레이징재(56)가 접촉하고 있다. 또한, 분말(54)과 브레이징재(56) 및 단자 피복층(58)(저부 피복층(58a))이 접촉하고 있다. 또한, 삽입된 급전 단자(40)의 측면과 관통 구멍(61)의 내주면 사이에는 간극이 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 소직경부(41)의 측면과 관통 구멍(61)의 내주면 사이에 간극(62)이 형성되고, 대직경부(42)의 측면과 관통 구멍(61)의 내주면 사이에 간극(62)보다 작은 간극(63)이 형성되어 있다. 관통 구멍(61)의 내경과 급전 단자(40) 중 관통 구멍(61)의 내주면에 대향하는 면인 측면의 외경의 차인 클리어런스는, 1 mm 이하인 것이 바람직하다. 즉, 본 실시형태에서는 도 10의 상태에서 급전 단자(40) 중 소직경부(41), 대직경부(42)의 측면(외주면)이 관통 구멍(61)의 내주면에 대향하고 있기 때문에, 관통 구멍(61)의 내경과 소직경부(41), 대직경부(42)의 외경의 차가 모두 1 mm 이하인 것이 바람직하다. 클리어런스는 예컨대 0.01 mm 이상으로 해도 좋고, 0.1 mm 이상으로 해도 좋지만, 급전 단자(40)를 관통 구멍(61)에 삽입할 수 있는 만큼의 간극이 있으면, 하한치는 특별히 이들에 한정되지 않는다. 또, 급전 단자(40)의 측면의 일부가 관통 구멍(61)의 내주면에 접촉하고 있어도 좋다. 단, 상기 클리어런스는, 후술하는 공정(c)에서의 열팽창으로 가드 링(60)과 급전 단자(40)의 적어도 한쪽이 파손되지 않도록, 가드 링(60)과 급전 단자(40)의 열팽창계수차도 고려하여 정한다.

이상과 같이 공정(b)를 행한 후, 계속해서 공정(c)를 행한다. 공정(c)에서는, 브레이징재(56)를 용융시켜 브레이징재(56)를 분말(54) 사이에 함침시킨다. 이에 따라, 브레이징재(56)와 분말(54)을 포함하는 접합층(50)이 형성되고, 접합층(50)을 통해 세라믹스 기체(12)의 접합면(13)과 급전 단자(40)의 접합면(43)이 접합된다(도 13 참조). 또한, 접합층(50) 내의 브레이징재(56)의 성분에 의해, 급전 단자(40)(접합면(43))와 태블릿(22)이 도통한다. 또, 도 13에 나타낸 바와 같이, 기체 피복층(52), 입자 피복층(55), 단자 피복층(58)에 관해서도 용융하여 분말(54) 사이에 함침되어 접합층(50)의 일부가 되어도 좋다. 브레이징재(56)를 용융시키는 온도는, 예컨대 브레이징재(56)의 융점보다 10℃∼150℃ 높은 온도이며, 바람직하게는 100℃∼150℃ 높은 온도이다. 또한, 이 온도의 유지 시간은 예컨대 5분∼90분, 바람직하게는 10분∼30분이다. 접합시의 분위기는, 예컨대 1×10^-4 Torr 이하의 진공도가 높은 분위기로 하는 것이 바람직하고, 2×10^-5 Torr 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 급전 단자(40)나 가드 링(60)을 세라믹스 기체(12)를 향해서 압박한 상태로 접합을 행해도 좋다.

또, 급전 단자(40)가 측부 피복층(58b)을 구비하고 있는 경우, 이 측부 피복층(58b)의 표면이 브레이징재(56)로 적셔 진다. 그 때문에, 접합후의 상태에 있어서, 측부 피복층(58b)이 존재했던 영역(도 13의 파선부 참조)의 상단 부근까지, 브레이징재(56)의 일부가 관통 구멍(61)과 급전 단자(40)의 측면 사이를 기어 올라가는 경우가 있다. 즉, 브레이징재(56)의 일부가 분말(54)에 함침되지 않고 급전 단자(40)의 측면을 적시는 경우가 있다. 이와 같이 급전 단자(40)의 측면이 브레이징재(56)로 적셔지도록 함으로써, 브레이징재(56)가 분말(54)에 함침되는 양(비율)을 조정할 수 있다. 또, 브레이징재(56)가 급전 단자(40)의 측면을 기어 올라가는 양(분말(54)에 함침되지 않는 브레이징재(56)의 양)은, 측부 피복층(58b)이 급전 단자(40)를 피복하는 면적이나 간극(62)의 크기, 관통 구멍(61)의 내경과 소직경부(41)의 외경의 차 등에 의해 조정할 수 있다.

이상과 같이 공정(c)를 행하여 접합층(50)을 형성한 후, 가드 링(60)을 제거하여, 도 2에 나타낸 세라믹스 기체(12)에 급전 단자(40)를 접합한 접합체(정전 척(10))가 제조된다. 또, 급전 단자(40)는 2개 존재하지만, 모두 전술한 공정(a)∼공정(c)를 행하여 접합한다. 또한, 급전 단자(20)와 카운터보어(18)의 저면의 접합(도 1 참조)은, 가드 링(60)을 이용하지 않는 대신 카운터보어(18)를 이용하여, 전술한 공정(a)∼공정(c)와 동일하게 하여 행하면 된다. 혹은, 카운터보어(18) 내에 가드 링(60)을 삽입하여, 전술한 공정(a)∼공정(c)와 동일하게 하여 급전 단자(20)와 카운터보어(18)의 저면을 접합해도 좋다.

본 실시형태의 정전 척(10)의 사용예에 관해 이하에 간단히 설명한다. 이 정전 척(10)의 웨이퍼 배치면(12a)에 웨이퍼(W)를 배치하고, 정전 전극(14)의 급전 단자(20)를 통해 정전 전극(14)에 직류 고전압을 인가함으로써 정전기적인 힘을 발생시키고, 그것에 의해 웨이퍼(W)를 웨이퍼 배치면(12a)에 흡착한다. 또한, 히터 전극(15)의 2개의 급전 단자(40, 40)에 히터 전원을 접속하고, 공급하는 전력을 제어함으로써 웨이퍼(W)를 원하는 온도로 조절한다. 이 상태로, 웨이퍼(W)에 플라즈마 CVD 성막을 하거나 플라즈마 에칭을 하거나 한다. 구체적으로는, 도시하지 않은 진공 챔버 내에서 급전 단자(20)를 통해 정전 전극(14)에 고주파 전압을 인가하고, 진공 챔버 내의 상측에 설치된 도시하지 않은 대향 수평 전극과 정전 척(10)에 매설된 정전 전극(14)으로 이루어진 평행 평판 전극 사이에 플라즈마를 발생시키고, 그 플라즈마를 이용하여 웨이퍼(W)에 CVD 성막을 하거나 에칭을 하거나 한다.

여기서, 본 실시형태의 구성 요소와 본 발명의 구성 요소의 대응 관계를 명확하게 한다. 본 실시형태의 세라믹스 기체(12)가 본 발명의 제1 부재에 해당하고, 급전 단자(40)가 제2 부재에 해당하고, 가드 링(60)이 삽입 지그에 해당하고, 브레이징재(56)가 브레이징재에 해당하고, 분말(54)이 분말에 해당하고, 접합층(50)이 접합층에 해당한다.

이상 설명한 본 실시형태의 정전 척(10)의 제조 방법에 의하면, 공정(a)에서는, 세라믹스로 이루어진 세라믹스 기체(12)와 금속으로 이루어진 급전 단자(40)를 접합함에 있어서, 세라믹스 기체(12) 상에 관통 구멍(61)을 갖는 가드 링(60)을 배치한다. 이 때, 관통 구멍(61)의 개구의 한쪽이 세라믹스 기체(12)의 접합면(13)으로 막히도록 가드 링(60)을 세라믹스 기체(12) 상에 배치함으로써, 세라믹스 기체(12)의 접합면(13)을 저면으로 하고 가드 링(60)의 관통 구멍(61)의 내주면을 측면으로 하는 오목부가 형성된다. 그 때문에, 세라믹스 기체(12)가 접합면(13)으로부터의 기립부를 갖지 않는(세라믹스 기체(12)가 접합면(13)을 저면으로 하는 오목부를 갖지 않는) 경우라도, 세라믹스 기체(12)와 가드 링(60)으로 형성한 오목부에 브레이징재(56)와 분말(54)과 급전 단자(40)를 삽입할 수 있다. 그 결과, 오목부의 내부에서 브레이징재(56)와 분말(54)을 포함하는 접합층(50)을 형성하여 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)를 접합할 수 있다. 또한, 브레이징재(56)와 브레이징재(56)보다 열팽창계수가 작은 재료로 이루어진 분말(54)을 이용하여 접합층(50)을 형성하기 때문에, 예컨대 브레이징재(56)만으로 접합층(50)을 형성하는 경우와 비교해서 정전 척(10)이 온도 변화했을 때의 세라믹스 기체(12)에서의 크랙의 발생을 보다 억제할 수 있다.

또한, 공정(b)에서는, 관통 구멍(61)의 내경과 급전 단자(40) 중 관통 구멍(61)의 내주면에 대향하는 면인 측면의 외경의 차인 클리어런스가 1 mm 이하이다. 그 때문에, 관통 구멍(61) 내부에 배치된 분말(54)이 급전 단자(40)의 측면보다 외측으로 지나치게 퍼져 버리는 것을 보다 억제할 수 있다.

또한, 가드 링(60)은 카본으로 이루어진 것으로, 브레이징재(56)(금속)에 대한 습윤성이 비교적 낮기 때문에, 접합층(50)의 형성후에 가드 링(60)을 제거하기 쉬워진다.

그리고, 분말(54)을 세라믹스 기체(12)와 동일한 세라믹스 재료로 이루어진 것으로 함으로써, 세라믹스 기체(12)와 분말(54)의 열팽창계수가 거의 동일해지기 때문에, 정전 척(10)이 온도 변화했을 때의 세라믹스 기체(12)에서의 크랙의 발생을 보다 억제할 수 있다.

그리고 또한, 세라믹스 기체(12)의 접합면(13)과, 급전 단자(40)의 접합면(43)과, 분말(54)이 모두, 자신과 비교해서 브레이징재(56)에 대한 습윤성이 높은 재료로 이루어진 기체 피복층(52), 단자 피복층(58), 입자 피복층(55)으로 각각 피복되어 있다. 그 때문에, 피복된 접합면(13), 접합면(43), 분말(54)이 브레이징재(56)로 적셔지기 쉬워지므로, 정전 척(10)의 접합 강도를 향상시킬 수 있다.

또한, 세라믹스 기체(12)는, 접합면(13)으로부터의 기립부를 갖지 않기 때문에, 본 발명을 적용하는 의의가 높다. 여기서, 예컨대 태블릿(22)이 이면(12b)에 형성된 카운터보어(오목부)의 저면에 노출되도록 하면, 카운터보어의 높이만큼 세라믹스 기체(12)의 두께가 여분으로 필요해져, 세라믹스 기체(12)를 얇게 하기 어렵다. 정전 척(10) 등의 반도체 서셉터에 있어서는, 예컨대 세라믹스 기체(12)의 두께를 1 mm으로 하는 등 비교적 얇은 것이 요구되고 있다. 이러한 경우에, 본 발명을 적용함으로써, 접합면(13)을 카운터보어의 저면으로 하지 않더라도 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)를 접합할 수 있기 때문에, 세라믹스 기체(12)를 얇게 하기 쉽다.

또한, 급전 단자(40)는, 접합면(43)과 접합면(43) 이외의 면(접합면(43)과는 반대측의 면인 급전 단자(40)의 상면)에 개구된 가스 배출 구멍(45)을 갖고 있다. 이 때문에, 공정(c)에 있어서 분말의 입자 사이에 존재했던 기체(예컨대 공기 등)가 이 가스 배출 구멍(45)을 통하여 외부에 유출될 수 있어, 브레이징재(56)가 분말(54)의 입자 사이에 함침되기 쉬워진다.

또, 본 발명은 전술한 실시형태에 전혀 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 여러가지 양태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.

예컨대, 전술한 실시형태에서는, 기체 피복층(52), 입자 피복층(55), 단자 피복층(58)을 형성하는 것으로 했지만, 이들의 하나 이상을 생략해도 좋다. 브레이징재(56)에 대한 접합면(13), 접합면(43), 분말(54)의 하나 이상의 습윤성이 충분히 높으면, 대응하는 피복층을 생략하더라도 접합층(50)에 의한 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)의 접합력은 충분한 것이 된다. 또한, 단자 피복층(58) 중 저부 피복층(58a)만을 형성하고, 측부 피복층(58b)을 생략해도 좋다. 측부 피복층(58b)이 없더라도, 예컨대 브레이징재(56)의 양을 조정함으로써, 브레이징재(56)가 분말(54)에 함침되는 양을 조정할 수는 있다.

전술한 실시형태에서는, 가스 배출 구멍(45)은 급전 단자(40) 중 접합면(43)과 접합면(43)의 반대측의 면에 개구된 구멍으로 했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 접합면(43)과 급전 단자(40)의 측면에 개구되어 있어도 좋다. 도 14는, 세라믹스 기체(12)와 변형예의 급전 단자(140)의 접합 부분을 확대한 단면도이다. 도 15는, 도 14의 C-C 단면도이다. 이 급전 단자(140)는, 가스 배출 구멍(45)이, 전술한 급전 단자(40)와 동일한 제1∼제3 구멍(45a∼45c)과, 제4 구멍(45d)을 갖고 있다. 제4 구멍(45d)은, 소직경부(41)를 접합면(43)과 평행하게 관통하는 구멍이며, 소직경부(41)의 측면과 제3 구멍(45c)의 내주면에 개구되어 있다. 이에 따라, 가스 배출 구멍(45)은, 접합면(43)과, 접합면(43)과는 반대측의 면과, 급전 단자(140)의 측면에 개구된 구멍으로 되어 있다. 가스 배출 구멍(45)이 접합면(43)과 급전 단자(140)의 측면에 개구되어 있음으로써, 공정(c)에 있어서 분말(54)에 함침되지 않고 급전 단자(140)의 측면을 기어오르는 브레이징재(56)가 존재하는 경우에, 이 가스 배출 구멍(45)(제4 구멍(45d) 및 제3 구멍(45c))을 통하여 급전 단자(140)의 접합면(43)측에 브레이징재(56)를 복귀시킬 수 있다. 이에 따라, 브레이징재(56)가 급전 단자(140)의 측면을 지나치게 기어 올라가는 것을 억제하여, 브레이징재(56)를 분말(54)에 충분히 함침시킬 수 있다. 또, 예컨대 제2 구멍(45b)을 구비하지 않는 것으로 해도 좋다. 이 경우, 제3 구멍(45c) 및 제4 구멍(45d)이 가스 배출 구멍이 된다.

전술한 실시형태에서는, 급전 단자(40)를 관통하는 가스 배출 구멍(45)이 존재하는 것으로 했지만, 가스 배출 구멍(45)을 구비하지 않는 것으로 해도 좋다. 예컨대, 급전 단자(40)가 제2 구멍(45b)을 구비하지 않고, 제1 구멍(45a), 제3 구멍(45c) 만을 구비하는 것으로 해도 좋다. 도 14에 나타낸 변형예의 급전 단자(140)에 관해서도 마찬가지로, 급전 단자(140)가 제2 구멍(45b)을 구비하지 않고, 제1 구멍(45a), 제3 구멍(45c), 제4 구멍(45d) 만을 구비하는 것으로 해도 좋다.

전술한 실시형태에서는, 공정(b)에 있어서, 브레이징재(56)가 급전 단자(40)의 제3 구멍(45c) 내에 삽입된 상태로 관통 구멍(61) 내에 배치되는 것으로 했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 접합면(13)과 접합면(43) 사이에 브레이징재(56)와 분말(54)을 배치해도 좋다. 도 16은, 세라믹스 기체(12)와 변형예의 급전 단자(240)의 접합 부분을 확대한 단면도이다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 급전 단자(240)는, 급전 단자(40)와 달리 상단으로부터 하단에 걸쳐 직경이 동일한 원기둥형의 부재이다. 즉, 급전 단자(240)는, 급전 단자(40)에서의 소직경부(41)와 대직경부(42)를 동일 직경으로 한 것에 해당한다. 또한, 급전 단자(240)는, 급전 단자(40)와 달리 제2 구멍(45b) 및 제3 구멍(45c)을 갖지 않고, 제1 구멍(45a)이 바닥이 있는 구멍으로 되어 있다. 급전 단자(240)는, 하면인 접합면(43)에만 단자 피복층(58)(전술한 실시형태에서의 저부 피복층(58a)에 해당)이 형성되어 있다. 이러한 급전 단자(240)를 접합면(13)에 접합하는 경우, 공정(b)에서는, 도 16에 나타낸 바와 같이, 분말(54) 상에 판형(원반형 등)의 브레이징재(56)를 배치하고, 또한 그 위에 급전 단자(240)를 배치한다. 그 후, 공정(c)에서 브레이징재(56)를 용융시킴으로써, 전술한 실시형태와 마찬가지로, 분말(54)과 브레이징재(56)를 포함하는 접합층(50)을 형성하여, 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(240)를 접합할 수 있다(도 17 참조). 또, 전술한 실시형태에서는 관통 구멍(61) 내에 분말(54)을 깔아서 채우고 나서 브레이징재(56)를 삽입하는 것으로 했지만, 도 18에 나타낸 바와 같이, 관통 구멍(61) 내에 먼저 브레이징재(56)를 삽입해도 좋다. 또, 도 18은, 도 16에 있어서 분말(54)과 브레이징재(56)의 삽입 순서를 역으로 한 모습을 나타내고 있다.

전술한 실시형태에서는, 급전 단자(20)는 세라믹스 기체(12) 중 카운터보어(18)의 저면에 접합되어 있는 것으로 했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 카운터보어(18)를 형성하지 않고 태블릿(16)의 표면이 세라믹스 기체(12)의 이면(12b)에 노출되어 있는 것으로 해도 좋다. 이 경우, 전술한 실시형태의 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)의 접합과 동일하게 하여, 태블릿(16)의 노출면을 포함하는 이면(12b)과 급전 단자(20)를, 접합층(50)을 통해 접합하면 된다.

전술한 실시형태에서는, 공정(b)에 있어서 관통 구멍(61)의 내경과 급전 단자(40) 중 관통 구멍(61)의 내주면에 대향하는 면인 측면의 외경의 차인 클리어런스가 1 mm 이하인 것에 의해, 관통 구멍(61) 내부에 배치된 분말(54)이 급전 단자(40)의 측면보다 외측으로 지나치게 퍼져 버리는 것을 보다 억제할 수 있다는 취지를 설명했다. 그 밖에도, 클리어런스를 1 mm 이하로 함으로써, 접합체가 온도 변화했을 때의 세라믹스 기체(12)에서의 크랙의 발생을 보다 억제할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 그 이유에 관해 설명한다. 도 19는, 접합층(50)이 갖는 접합층(50a, 50b)의 설명도로서, 도 13의 접합층(50)을 상세히 나타낸 설명도이다. 전술한 실시형태의 도 13에서는 도시하지 않았지만, 공정(c)에 있어서 브레이징재(56)의 일부가 관통 구멍(61)과 급전 단자(40)의 측면 사이를 기어 올라가는 경우, 도 19에 나타낸 바와 같이, 접합층(50) 중에는, 상태가 상이한 접합층(50a)과 접합층(50b)이 존재한다. 접합층(50b)은, 접합층(50) 중 주로 접합면(13)과 접합면(43) 사이의 영역이다. 접합층(50a)은, 접합층(50) 중 주로 관통 구멍(61)과 급전 단자(40)의 측면 사이를 기어올라 형성된 영역이다. 접합층(50a)은, 접합층(50b)과 비교하면, 분말(54)의 비율이 적고 브레이징재(56)의 비율이 많은 경향이 있다. 그 때문에, 접합층(50a)은, 접합층(50b)과 비교해서 열팽창계수가 큰 경향이 있다. 이에 따라, 접합층(50a)의 직경 방향의 두께가 지나치게 크면, 접합층(50a)과 세라믹스 기체(12)의 열팽창차에 의해, 접합체가 온도 변화했을 때에 세라믹스 기체(12)에서 크랙이 발생하기 쉬워지는 경향이 있다. 전술한 클리어런스를 1 mm 이하로 함으로써, 접합층(50a)의 직경 방향의 두께가 작아지고, 그러한 크랙의 발생을 보다 억제할 수 있다.

실시예

[실시예 1]

실시예 1로서, 전술한 도 4∼도 13에서 설명한 제조 방법과 동일하게 하여, 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)의 접합체를 제작했다. 구체적으로는, 우선 순도 99.5%의 알루미나 분말을 소성후 밀도 99.5% 이상으로 하고, 연삭하여 외경 300 mm, 두께 4 mm의 원반형의 알루미나 소결체를 제작하여 세라믹스 기체(12)로 했다. 또, 실시예 1에서는, 알루미나 분말에 Mo제의 태블릿(22)을 매설해 두고, 소성후의 세라믹스 기체(12)를 연삭하여 태블릿(22)의 표면을 노출시켰다. 그리고, 공정(a)로서, 이 세라믹스 기체(12) 중 직경 5 mm의 영역(태블릿(22)의 표면인 직경 2.0 mm의 영역을 포함)을 접합면(13)으로 하고, 이 접합면(13) 이외를 마스킹하여 순도 99%, 두께 약 1 ㎛의 무전해 Ni 도금을 형성하여, 접합면(13) 상을 피복하는 직경 5 mm의 기체 피복층(52)으로 했다. 다음으로, 내경이 6 mm, 축방향 길이가 10 mm인 카본제 가드 링(60)을 준비하고, 관통 구멍(61)의 개구의 한쪽이 세라믹스 기체(12)의 접합면(13)으로 막히도록 세라믹스 기체(12) 상에 배치했다.

다음으로, 공정(b)로서, 가드 링(60)의 관통 구멍(61) 내에 분말(54)을 넣고 접합면(13) 상(기체 피복층(52) 상)에 깔아서 채웠다. 분말(54)은 알루미나제이며 평균 입경이 48 ㎛인 것을 이용했다. 분말(54)의 분말량은 20 mg로 했다. 또, 분말(54) 중 절반의 입자에는, 미리 두께 1 ㎛의 무전해 Ni 도금으로 이루어진 입자 피복층(55)을 형성해 두었다. 즉 분말(54)의 피복률은 50%로 했다. 계속해서, 브레이징재(56)와 급전 단자(40)를 준비하고, 브레이징재(56)를 급전 단자(40)의 제3 구멍(45c)에 삽입한 상태로, 급전 단자(40)(및 브레이징재(56))를 가드 링(60)의 관통 구멍(61) 내에 삽입했다. 브레이징재(56)는, 알루미늄(A5005)이며, 직경 2.4 mm, 두께 2 mm의 원반형으로 했다. 급전 단자(40)는, Mo제로 하고, 소직경부(41)의 외경이 5.15 mm, 소직경부(41)의 축방향 길이가 5 mm, 대직경부(42)의 외경이 5.99 mm, 대직경부(42)의 축방향 길이를 16 mm로 하고, 제3 구멍(45c)의 직경(대직경부(42)의 내경)을 2.5 mm로 했다. 또한, 급전 단자(40)에는 저부 피복층(58a) 및 측부 피복층(58b)으로 이루어진 단자 피복층(58)을 형성했다. 단자 피복층(58)의 형성은 이하와 같이 행했다. 우선, 급전 단자(40)에 관해 아세톤을 이용한 초음파 세정을 5분, 다음으로 순수를 이용한 초음파 세정을 10분 행하고, 그 후 질소 블로우를 120℃에서 10분간 행하여 표면의 수분을 건조 제거했다. 다음으로, 두께 1 ㎛의 무전해 Ni 도금으로 이루어진 단자 피복층(58)을 형성했다. 또, 측부 피복층(58b)은, 소직경부(41)의 접합면(43)측의 단부로부터, 접합면(43)과는 반대측을 향하여 3 mm까지의 영역을 피복하도록 했다.

그리고, 공정(c)로서, 공정(b)에서 배치한 상태의 세라믹스 기체(12), 가드 링(60), 급전 단자(40), 브레이징재(56), 분말(54)을 소성로에 투입하여 가열하고, 접합층(50)을 형성하여 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)를 접합시켰다. 가열 조건은, 온도 700℃±20℃, 유지 시간 10분, 진공도 5×10^-5 Torr 이하로 했다. 또, 소성로 내에서는, 급전 단자(40)는 세라믹스 기체(12)를 향해 125 gf의 추에 의해 압박한 상태로 했다.

공정(c)의 접합후, 소성로로부터 접합체를 꺼내어 가드 링(60)을 제거하고, 블로우를 행하여 여분의 분말(54)을 제거했다. 이상에 의해, 실시예 1의 접합체를 제작했다.

[비교예 1]

가드 링(60) 및 분말(54)을 이용하지 않고, 브레이징재(56)로 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)를 접합한 점 외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 접합체를 제작하여 비교예 1로 했다.

실시예 1의 접합체에 관해 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)를 분리하는 방향으로 힘을 가하여 접합 강도를 측정한 바, 접합 강도는 30 kgf이며, 정전 척(10)으로서 충분히 실용 가능한 값이었다. 또, 접합 강도의 측정은, 인장 강도 시험기(시마즈제작소 제조, 오토그래프)를 이용하여 행했다.

외부 가열 히터를 이용하여, 실시예 1 및 비교예 1의 접합체를 실온으로부터 100℃가 될 때까지 5℃/초의 속도로 승온시키고, 그 후 자연 방냉에 의해 실온까지 복귀시켰다. 이 공정을 1000회 반복했다. 그 후, 접합체의 크랙의 유무를 확인했다. 실시예 1의 접합체에서는 크랙이 보이지 않았지만, 비교예 1의 접합체에서는 세라믹스 기체(12)에 크랙이 발생했다.

[비교예 2]

가드 링(60)을 이용하지 않는 점 외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 접합체를 제작하고자 했다. 그러나, 분말(54)이 세라믹스 기체(12)의 표면에 퍼져 버려, 소성로로 가열하더라도 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)가 접합되지 않았다.

[실시예 2∼9]

급전 단자(40)의 소직경부(41)와 대직경부(42)를 동일한 직경(5.0 mm)으로 하고, 가드 링(60)의 관통 구멍(61)의 내경과 급전 단자(40)의 외경의 클리어런스가 표 1에 나타내는 값이 되도록 관통 구멍(61)의 내경을 조정하고, 접합층(50a)이 도 19와 같이 관통 구멍(61)과 급전 단자(40) 사이의 공간에 충전되도록 브레이징재(56)의 양을 조정한 점 외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 접합체를 제작하여 실시예 2∼9로 했다. 실시예 2∼9에 관해, 초기 특성으로서, 제작한 당초의 접합체의 파단 강도와 크랙의 유무를 측정했다. 또한, 열싸이클 시험후의 접합체의 파단 강도와 크랙의 유무도 측정했다. 열싸이클 시험은, 외부 가열 히터를 이용하여, 실시예 2∼9의 접합체를 실온으로부터 100℃가 될 때까지 5℃/초의 속도로 승온시키고, 그 후 자연 방냉에 의해 실온까지 복귀시켰다. 이 공정을 1000회 반복했다. 또, 각 실시예에 있어서 각각 복수의 접합체를 제작하고, 초기 특성의 측정과 열싸이클 시험후의 측정은 각각의 접합체에 관해 행했다.

실시예 2∼9의 제작시의 가드 링(60)의 관통 구멍(61)의 내경과 급전 단자(40)의 외경의 클리어런스, 제작 당초의 접합체의 파단 강도 및 크랙의 유무, 열싸이클 시험후의 접합체의 파단 강도 및 크랙의 유무를 표 1에 통합하여 나타낸다. 표 1에 있어서, 크랙의 지수는, A: 크랙은 보이지 않는다, B: 크랙은 보이지만, 정도는 경미하며 접합 특성에 영향을 미치지 않는다는 것을 의미한다. 또, 실시예 2∼9 중에는, C: 접합 특성에 영향을 미치는 크랙이 보인다고 하는 평가의 실시예는 존재하지 않았다.

[표 1]

표 1에서 분명한 바와 같이, 가드 링(60)의 관통 구멍(61)의 내경과 급전 단자(40)의 외경의 클리어런스가 1 mm 이하인 실시예 2∼7은, 클리어런스가 1 mm를 초과한 실시예 8, 9와 비교해서 초기 및 열싸이클후의 파단 강도가 높은 경향이 있었다. 실시예 2∼7은, 초기 및 열싸이클후의 파단 강도가 모두 30 kgf 이상으로, 정전 척(10)으로서는 충분히 사용 가능한 값이었다. 또한, 실시예 8, 9에서는, 정도가 경미한 크랙이 보였지만, 실시예 2∼7은, 초기 및 열싸이클후 모두 크랙은 보이지 않았다. 클리어런스가 1 mm 이하인 것에 의해, 접합층(50) 중 브레이징재(56)의 비율이 많고 급전 단자(40)의 측면을 기어 오른 영역(도 19에서의 접합층(50a))의 직경 방향의 두께가 작아져, 결과적으로 브레이징재(56)와 세라믹 기체(12)의 열팽창차에 의한 크랙의 발생이 억제되었다고 생각된다.

또, 본 발명은, 전술한 실시예 1∼9에 한정되지 않는다.

이 출원은, 2014년 3월 7일에 출원된 일본 특허 출원 제2014-044945호를 우선권 주장의 기초로 하고 있고, 인용에 의해 그 내용 전부가 본 명세서에 포함된다.

본 발명은, 반도체 제조 장치에 이용 가능하며, 예컨대 웨이퍼를 지지하는 정전 척 등에 이용 가능하다.

10: 정전 척, 12: 세라믹스 기체, 12a: 웨이퍼 배치면, 12b: 이면, 13: 접합면, 14: 정전 전극, 15: 히터 전극, 16: 태블릿, 18: 카운터보어, 20: 급전 단자, 22: 태블릿, 40: 급전 단자, 41: 소직경부, 42: 대직경부, 43: 접합면, 45: 가스 배출 구멍, 45a∼45d: 제1∼제4 구멍, 50, 50a, 50b: 접합층, 52: 기체 피복층, 54: 분말, 55: 입자 피복층, 56: 브레이징재, 58: 단자 피복층, 58a: 저부 피복층, 58b: 측부 피복층, 60: 가드 링, 61: 관통 구멍, 62, 63: 간극, 111a: 세라믹스 소결체, 111b: 세라믹스 성형체, 111c: 세라믹스 소결체, 114: 박막, 115: 패턴, 127: 제1 중간체, 128: 제2 중간체, 129: 적층체, 130: 전극 내장 소결체, 140, 240: 급전 단자.

Claims

세라믹스로 이루어진 제1 부재의 접합면과 금속으로 이루어진 제2 부재의 접합면을 접합층을 통해 접합한 접합체의 제조 방법으로서,
(a) 상기 제2 부재를 삽입 가능한 관통 구멍을 갖는 삽입 지그를, 그 관통 구멍의 개구의 한쪽이 상기 제1 부재의 상기 접합면으로 막히도록 그 제1 부재 상에 배치하는 것에 의해, 상기 제 1 부재의 접합면을 저면으로 하고 상기 삽입 지그의 관통 구멍의 내주면을 측면으로 하는 오목부를 형성하는 공정과,
(b) 상기 제1 부재보다 열팽창계수가 큰 금속으로 이루어진 브레이징재와, 그 브레이징재보다 열팽창계수가 작은 재료로 이루어진 분말과, 상기 제2 부재를, 상기 제 1 부재 및 상기 삽입 지그로 형성한 상기 오목부의 내부에 배치하는 공정과,
(c) 상기 브레이징재를 용융시키고, 그 브레이징재를 상기 분말 사이에 함침시켜 그 브레이징재와 그 분말을 포함하는 접합층을 형성하고, 그 접합층을 통해 상기 제1 부재의 접합면과 상기 제2 부재의 접합면을 접합하는 공정과,
상기 (c) 공정의 후, 상기 삽입 지그를 제거하는 공정
을 포함하는 접합체의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 공정(b)에서는, 상기 관통 구멍의 내경과 상기 제2 부재 중 관통 구멍의 내주면에 대향하는 면인 측면의 외경의 차인 클리어런스가 1 mm 이하인 것인 접합체의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 삽입 지그는 카본으로 이루어지는 것인 접합체의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분말은, 상기 제1 부재와 동일한 세라믹스 재료로 이루어지는 것인 접합체의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공정(b)에 있어서, 상기 제1 부재의 접합면과, 상기 제2 부재의 접합면과, 상기 분말 중 하나 이상이, 자신과 비교해서 상기 브레이징재에 대한 습윤성이 높은 재료로 피복되는 것인 접합체의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 부재는, 상기 접합면으로부터의 기립부를 갖지 않는 것인 접합체의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 부재는, 상기 접합면과 상기 접합면 이외의 면에 개구된 가스 배출 구멍을 갖고 있는 것인 접합체의 제조 방법.