KR102399753B1 - 접합체의 제조 방법 및 접합체 - Google Patents

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가즈히로 노보리
데츠야 가와지리
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엔지케이 인슐레이터 엘티디
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Abstract

공정(a)에서는, 세라믹스 기체(12)보다 열팽창계수가 큰 금속으로 이루어진 브레이징재(56)와, 브레이징재(56)보다 열팽창계수가 작은 다공질체(54)와, 급전 단자(40)를, 급전 단자(40)의 접합면(43)이 세라믹스 기체(12)의 접합면(13)과 대향하도록 접합면(13) 상에 배치한다. 공정(b)에서는, 브레이징재(56)를 용융시켜 브레이징재(56)를 다공질체(54)의 기공 내에 침투시켜 브레이징재(56)와 다공질체(54)를 포함하는 접합층을 형성하고, 접합층을 통해 세라믹스 기체(12)의 접합면(13)과 급전 단자(40)의 접합면(43)을 접합한다.

Description

접합체의 제조 방법 및 접합체{JOINED BODY MANUFACTURING METHOD AND JOINED BODY}
본 발명은 접합체의 제조 방법 및 접합체에 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 제1 부재보다 열팽창계수가 큰 금속으로 이루어진 브레이징재와, 그 브레이징재보다 열팽창계수가 작은 다공질체와, 상기 제2 부재를 그 제1 부재의 접합면 상에 배치하는 공정과,
(b) 상기 브레이징재를 용융시키고, 그 브레이징재를 상기 다공질체의 기공 내에 침투시켜 그 브레이징재와 그 다공질체를 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, 브레이징재와 다공질체와 제2 부재를 제1 부재의 접합면 상에 배치한다. 그리고, 브레이징재를 용융시켜 다공질체의 기공 내에 침투시키고, 브레이징재와 다공질체를 포함하는 접합층을 형성하여 제1 부재와 제2 부재를 접합한다. 이와 같이, 브레이징재와 다공질체를 이용하여 접합층을 형성하기 때문에, 제1 부재가 접합면으로부터의 기립부를 갖지 않는(제1 부재가 접합면을 저면으로 하는 오목부를 갖지 않는) 경우라도 제1 부재와 제2 부재를 접합할 수 있다. 즉, 예컨대 다공질체 대신에 분말을 이용하면, 제1 부재 중 오목부가 없는 평탄한 부분이 접합면인 경우에는, 전술한 바와 같이 분말이 퍼져 버리지만, 다공질체를 이용함으로써 그와 같은 것이 생기지 않는다. 이에 따라, 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 다공질체를 이용하여 접합층을 형성하기 때문에, 예컨대 브레이징재만으로 접합층을 형성하는 경우와 비교해서 접합체가 온도 변화했을 때의 제1 부재에서의 크랙의 발생을 보다 억제할 수 있다. 또, 상기 공정(a)에서는, 상기 제2 부재의 접합면이 상기 제1 부재의 접합면과 대향하도록 제2 부재를 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 공정(a)에서는, 상기 브레이징재가 상기 공정(b)에서 상기 다공질체에 침투 가능해지도록, 그 브레이징재와 그 다공질체를 배치하는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 브레이징재와 상기 다공질체가 접촉하도록 그 브레이징재와 그 다공질체를 배치해도 좋다.
본 발명의 접합체의 제조 방법에 있어서, 상기 다공질체는, 기공률을 30%∼50%로 해도 좋다. 다공질체의 기공률을 하한치 이상으로 함으로써, 브레이징재를 다공질체의 내부에 보다 많이 침투시킬 수 있고, 접합 강도가 향상된다. 또한, 다공질체의 기공률을 상한치 이하로 함으로써, 브레이징재와 비교해서 열팽창계수가 작은 다공질체가 보다 많이 존재하게 되므로, 접합체가 온도 변화했을 때의 제1 부재에서의 크랙의 발생을 보다 억제할 수 있다.
본 발명의 접합체의 제조 방법에 있어서, 상기 다공질체는, 상기 제1 부재와 동일한 세라믹스 재료로 이루어진 다공질 소결체로 해도 좋다. 이렇게 하면, 제1 부재와 다공질체의 열팽창계수가 거의 동일해지기 때문에, 접합체가 온도 변화했을 때의 제1 부재에서의 크랙의 발생을 보다 억제할 수 있다.
본 발명의 접합체의 제조 방법에서는, 상기 공정(a)에 있어서, 상기 다공질체는, 내부의 기공의 표면이 자신과 비교해서 상기 브레이징재에 대한 습윤성이 높은 재료로 피복되어 있어도 좋다. 이렇게 함으로써, 다공질체의 기공 내에 브레이징재가 침투하기 쉬워지기 때문에, 접합체의 접합 강도를 향상시킬 수 있다. 또, 이 경우에 있어서, 전술한 상기 다공질체의 「기공률」은, 이 피복이 형성되기 전의 기공률로 한다. 환언하면, 다공질체의 「기공률」은, 피복이 없다고 가정한 경우의 다공질체의 기공률이며, 보다 구체적으로는 다공질체 내부 중 피복이 존재하는 부분을 기공(공간)으로 간주한 경우의 기공률로 한다. 또, 기공의 표면을 피복하는 경우, 개기공의 표면의 적어도 일부를 피복하면 된다.
본 발명의 접합체의 제조 방법은, 상기 공정(a)에 있어서, 상기 제1 부재의 접합면과 상기 제2 부재의 접합면의 적어도 한쪽이, 자신과 비교해서 상기 브레이징재에 대한 습윤성이 높은 재료로 피복되어 있어도 좋다. 브레이징재에 대한 습윤성이 높은 재료로 피복함으로써, 피복된 접합면은 브레이징재로 적셔지기 쉬워지므로, 접합체의 접합 강도를 향상시킬 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 제1 부재의 접합면과 상기 제2 부재의 접합면이 모두 피복되어 있는 것이 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 접합체는,
세라믹스로 이루어진 제1 부재와,
금속으로 이루어진 제2 부재와,
기공 내에 상기 제1 부재보다 열팽창계수가 큰 금속이 충전되고 그 금속보다 열팽창계수가 작은 재료로 이루어지며 그 금속이 없다고 가정한 경우의 기공률이 30%∼50%인 다공질체를 가지며, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 접합하는 접합층
을 구비한 것이다.
이 본 발명의 접합체는, 다공질체를 가지며 제1 부재와 제2 부재를 접합하는 접합층에 의해, 제1 부재와 제2 부재가 접합되어 있다. 또한, 다공질체는, 기공 내에 금속이 충전되고, 그 금속보다 열팽창계수가 작은 재료로 이루어지며, 그 금속이 없다고 가정한 경우의 기공률이 30%∼50%이다. 이 접합체는, 접합층이 다공질체와 금속을 갖는 것이며, 예컨대 제1 부재가 접합면으로부터의 기립부를 갖는지 아닌지(제1 부재가 접합면을 저면으로 하는 오목부를 갖는지 아닌지)에 상관없이 제1 부재와 제2 부재의 접합력이 충분한 접합체로 되어 있다. 또한, 제1 부재보다 열팽창계수가 큰 금속과 그 금속보다 열팽창계수가 작은 재료로 이루어진 다공질체를 포함하는 접합층으로 접합되어 있기 때문에, 예컨대 금속만으로 형성된 접합층과 비교해서 접합체가 온도 변화했을 때의 제1 부재에서의 크랙의 발생을 보다 억제할 수 있다. 이 본 발명의 접합체는, 예컨대 전술한 본 발명의 접합체의 제조 방법으로 제조할 수 있다. 이 본 발명의 접합체에 있어서, 전술한 본 발명의 접합체의 제조 방법의 여러가지 양태를 채용해도 좋다. 또, 「금속이 없다고 가정한 경우의 기공률」이란, 환언하면, 다공질체 내부에 충전된 금속이 존재하는 부분을 기공(공간)으로 간주한 경우의 기공률이다.
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 변형예의 급전 단자(140)의 접합 부분의 확대 단면도이다.
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(10)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, 대략 원기둥형의 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 mm∼12 mm이다. 급전 단자(40) 중 소직경부(41)측의 단부면(도 2에서의 하면)은, 접합면(43)으로 되어 있다. 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)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 7은, 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)의 접합 공정의 설명도이다.
우선, 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.
다음으로, 다공질체(54)와, 브레이징재(56)와, 급전 단자(40)를 준비하고, 공정(a)로서, 이들을 이 순으로 접합면(13)(기체 피복층(52)) 상에 배치한다(도 6 참조). 다공질체(54)는, 브레이징재(56)보다 열팽창계수가 작은 재료로 이루어진다. 다공질체(54)는, 예컨대 알루미나나 질화알루미늄 등의 세라믹스의 소결체이다. 다공질체(54)는, 예컨대 평균 입경이 10 ㎛∼500 ㎛, 바람직하게는 20 ㎛∼100 ㎛의 세라믹스의 입자를 성형하여 소성한 것이다. 이 다공질체(54)는, 세라믹스 기체(12)와 동일한 세라믹스 재료로 이루어진 소결체로 하는 것이 바람직하다. 다공질체(54)는, 기공률이 30%∼50%인 것이 바람직하다. 또한, 다공질체(54)는, 건식 통기량이 50 ml/(㎠ㆍmin)∼150 ml/(㎠ㆍmin)인 것이 바람직하다. 또, 다공질체(54)의 기공률은, 아르키메데스법에 의해 측정한 값으로 한다. 건식 통기량은, JIS-Z8762(1988), JIS-B8330(1981)에 기초하여 측정한 값으로 한다. 구체적으로는, 실온 관리(20℃±3℃)된 실내에 있어서, 공기를 송풍하는 블로워로부터 다공질체(54)까지의 공기의 유로에 오리피스판 및 에어 탱크를 배치하고, 블로워로부터의 송풍으로 에어 탱크에 규정량의 공기압이 가해졌을 때의 오리피스판의 전후의 차압을 측정하여, 측정한 차압을 통기량으로 환산한 값을 건식 통기량으로 한다. 다공질체(54)는, 내부의 기공의 표면이 기공 피복층(55)으로 피복되어 있다(도 6의 확대 부분 참조). 기공 피복층(55)은, 다공질체(54)의 기공의 표면 중, 개기공의 표면의 적어도 일부를 피복하고 있다. 기공 피복층(55)이 폐기공의 표면을 피복할 필요는 없다. 또한, 기공 피복층(55)은, 다공질체(54)의 외표면(기공의 표면이 아니라 다공질체(54)의 상면, 하면, 측면 등)도 피복하고 있어도 좋다. 또, 전술한 다공질체(54)의 「기공률」이나 「건식 통기량」은, 이 기공 피복층(55)이 형성되기 전의 값으로 한다. 환언하면, 다공질체(54)의 「기공률」은, 기공 피복층(55)이 없다고 가정한 경우의 다공질체의 기공률이며, 보다 구체적으로는 다공질체(54) 내부 중 기공 피복층(55)이 존재하는 부분을 기공(공간)으로 간주한 경우의 기공률로 한다. 브레이징재(56)에 대한 기공 피복층(55)의 습윤성은, 브레이징재(56)에 대한 다공질체(54)의 습윤성보다 높다. 이러한 기공 피복층(55)의 재료로는, 예컨대 Ni나 Au를 들 수 있다. 기공 피복층(55)의 두께는, 특별히 이것에 한정되는 것은 아니지만, 예컨대 1 ㎛∼6 ㎛이며, 1 ㎛∼3 ㎛으로 해도 좋다. 또, 기공 피복층(55)의 두께는, 전자 현미경(SEM)에 의한 단면 관찰로 측정한 값으로 한다. 기공 피복층(55)은, 예컨대 무전해 도금에 의해 형성할 수 있다. 또, 다공질체(54) 내의 기공의 표면에 형성하는 기공 피복층(55)의 양(기공의 표면을 덮는 면적)을 많게 함으로써, 다공질체(54)의 기공 내에 브레이징재(56)가 침투하기 쉬워진다. 다공질체(54)의 기공 내에 브레이징재(56)가 많이 침투할수록, 접합후의 접합층(50)의 도전성을 보다 높게 할 수 있다.
브레이징재(56)는, 예컨대 알루미늄 등을 주성분으로 하고 세라믹스 기체(12)보다 열팽창계수가 큰 금속으로 이루어진 것이다. 본 실시형태에서는 브레이징재(56)의 형상은 판형(원반형)으로 했다. 브레이징재(56)의 직경(도 6에서의 좌우 방향 길이)은, 도 6에 나타낸 바와 같이 다공질체(54)나 접합면(43)의 직경보다 크게 해도 좋다(예컨대 직경차가 1 mm 등). 급전 단자(40)는 전술한 형상의 것이다. 급전 단자(40)는, 접합면(43)측의 단부(도 6의 하단부)를 미리 단자 피복층(58)으로 피복해 둔다. 단자 피복층(58)은, 바닥이 있는 통형상으로 형성되어 있고, 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(소직경부(41)의 외주면)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) 중 대직경부(42)의 외주면 등 측부 피복층(58b)을 형성하지 않은 부분을 마스킹한 상태로, 무전해 도금, 전해 도금, 스퍼터링 등에 의해 형성한다.
접합면(13) 상에 대한 다공질체(54), 브레이징재(56) 및 급전 단자(40)의 배치가 완료하면, 세라믹스 기체(12)의 접합면(13)과 급전 단자(40)의 접합면(43)이 대향한 상태가 된다(도 7 참조). 도 7의 상태에서는, 다공질체(54)가 기체 피복층(52) 및 브레이징재(56)와 접촉하고 있다. 또한, 단자 피복층(58)이 브레이징재(56)와 접촉하고 있다.
이상과 같이 공정(a)를 행한 후, 계속해서 공정(b)를 행한다. 공정(b)에서는, 브레이징재(56)를 용융시켜, 브레이징재(56)를 다공질체(54)의 기공(개기공) 내에 침투시킨다. 이에 따라, 브레이징재(56)와 다공질체(54)를 포함하는 접합층(50)이 형성되고, 접합층(50)을 통해 세라믹스 기체(12)의 접합면(13)과 급전 단자(40)의 접합면(43)이 접합된다. 또한, 접합층(50)에서의 다공질체(54)의 개기공 내에 침투한 브레이징재(56)나 다공질체(54)의 외표면(기공의 표면이 아니라 다공질체(54)의 상면, 하면, 측면 등)에 부착된 브레이징재(56)에 의해, 급전 단자(40)(접합면(43))와 태블릿(22)이 도통한다. 또, 기체 피복층(52), 기공 피복층(55), 단자 피복층(58)에 관해서도 용융하여 브레이징재(56)와 혼합되어, 접합층(50)의 일부가 되어도 좋다. 이렇게 하여, 세라믹스 기체(12)에 급전 단자(40)를 접합한 접합체(정전 척(10))가 제조된다(도 2 참조). 또, 이렇게 하여 제조된 접합층(50)에 포함되는 다공질체(54)는, 기공 내부에 브레이징재(56) 등의 금속이 충전된 상태로 되어 있다. 이 충전된 금속이 없다고 가정한 경우의 다공질체(54)의 기공률(가상 기공률이라고도 칭함)은 30%∼50%인 것이 바람직하다. 또, 접합층(50)(다공질체(54))의 가상 기공률은, 전자 현미경(SEM)에 의해 접합층(50)의 단면을 촬상하여 단면 화상을 취득하고, 이 단면 화상을 화상 처리함으로써 구할 수 있다. 구체적으로는, 예컨대 단면 화상 중의 각 화소의 휘도 등의 정보와 소정의 임계치를 비교하여 2치화함으로써, 각 화소를 다공질체(54)와 다공질체(54) 이외의 부분(다공질체(54)의 기공에 충전된 금속 등의 부분)으로 나눠, 단면 화상에서의 전체 화소 중의 다공질체(54) 이외의 부분의 화소의 비율을 가상 기공률로 함으로써 구할 수 있다. 또, 가상 기공률은, 전술한 다공질체(54)의 「기공률」(기공 피복층(55)의 피복전의 기공률)과 거의 동일한 값이 된다.
또, 공정(b)에서 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)를 세라믹스 기체(12)를 향해 압박한 상태로 접합을 행해도 좋다.
급전 단자(20)와 카운터보어(18)의 저면의 접합(도 1 참조)은, 카운터보어(18) 내에 다공질체(54), 브레이징재(56), 급전 단자(20)를 삽입하여, 전술한 공정(a)∼공정(b)와 동일하게 하여 행해도 좋다. 또는, 다공질체(54) 대신에 카운터보어(18)의 저면에 다공질체(54)와 동일한 재료로 이루어진 분말을 깔아서 채우고, 그 후에 카운터보어(18) 내에 브레이징재(56) 및 급전 단자(20)를 삽입하고, 전술한 공정(b)와 동일하게 하여 브레이징재(56)를 용융시켜 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, 브레이징재(56)가 브레이징재에 해당하고, 다공질체(54)가 다공질체에 해당하고, 접합층(50)이 접합층에 해당한다.
이상 설명한 본 실시형태의 정전 척(10)의 제조 방법에 의하면, 세라믹스 기체(12)와 금속으로 이루어진 급전 단자(40)를 접합함에 있어서, 공정(a)에서는, 브레이징재(56)와 다공질체(54)와 급전 단자(40)를 세라믹스 기체(12)의 접합면(13) 상에 배치한다. 그리고, 브레이징재(56)를 용융시켜 다공질체(54)의 기공 내에 침투시키고, 브레이징재(56)와 다공질체(54)를 포함하는 접합층(50)을 형성하여 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)를 접합한다. 이와 같이, 브레이징재(56)와 다공질체(54)를 이용하여 접합층(50)을 형성하기 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 급전 단자(40)를 접합할 수 있다. 즉, 예컨대 다공질체(54) 대신에 동일한 재질의 분말을 이용하면, 세라믹스 기체(12) 중 오목부가 없는 평탄한 부분이 접합면(13)인 경우에는 분말이 퍼져 버리지만, 다공질체(54)를 이용함으로써 그와 같은 것이 생기지 않는다. 또한, 제1 부재보다 열팽창계수가 큰 브레이징재(56)와 브레이징재(56)보다 열팽창계수가 작은 재료로 이루어진 다공질체(54)를 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, 다공질체(54)의 기공률을 30%∼50%로 함으로써, 이하의 효과를 얻을 수 있다. 즉, 다공질체(54)의 기공률을 하한치 이상으로 함으로써, 브레이징재(56)를 다공질체(54)의 내부에 보다 많이 침투시킬 수 있고, 접합 강도가 향상된다. 또한, 다공질체(54)의 기공률을 상한치 이하로 함으로써, 브레이징재(56)와 비교해서 열팽창계수가 작은 다공질체(54)가 보다 많이 존재하게 되므로, 정전 척(10)이 온도 변화했을 때의 세라믹스 기체(12)에서의 크랙의 발생을 보다 억제할 수 있다.
또한, 다공질체(54)를 세라믹스 기체(12)와 동일한 세라믹스 재료로 이루어진 다공질 소결체로 함으로써, 세라믹스 기체(12)와 다공질체(54)의 열팽창계수가 거의 동일해지기 때문에, 정전 척(10)이 온도 변화했을 때의 세라믹스 기체(12)에서의 크랙의 발생을 보다 억제할 수 있다.
그리고, 공정(a)에 있어서, 다공질체(54)는, 내부의 기공의 표면이 다공질체(54)와 비교해서 브레이징재(56)에 대한 습윤성이 높은 재료로 이루어진 기공 피복층(55)으로 피복되어 있다. 이렇게 함으로써, 다공질체(54)의 기공 내에 브레이징재(56)가 침투하기 쉬워지기 때문에, 정전 척(10)의 접합 강도를 향상시킬 수 있다.
그리고 또한, 세라믹스 기체(12)의 접합면(13)과, 급전 단자(40)의 접합면(43)이 모두, 자신과 비교해서 브레이징재(56)에 대한 습윤성이 높은 재료로 이루어진 기체 피복층(52), 단자 피복층(58)으로 각각 피복되어 있다. 그 때문에, 피복된 접합면(13), 접합면(43)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.
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), 기공 피복층(55), 단자 피복층(58)을 형성하는 것으로 했지만, 이들의 1 이상을 생략해도 좋다. 브레이징재(56)에 대한 접합면(13), 접합면(43), 다공질체(54) 중 1 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.
전술한 실시형태에서는, 급전 단자(40)는 소직경부(41)와 대직경부(42)를 구비하는 것으로 했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 급전 단자(40)를 상단으로부터 하단에 걸쳐서 직경이 동일한 원기둥형의 부재로 해도 좋다. 즉, 급전 단자(40)에서의 소직경부(41)와 대직경부(42)를 동일한 직경으로 해도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 공정(a)에 있어서 접합면(13)과 접합면(43)으로 다공질체(54)와 브레이징재(56)를 사이에 끼도록 이들을 배치하고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 브레이징재(56)가 급전 단자(40)에 형성된 삽입 구멍 내에 삽입되도록 배치해도 좋다. 도 8은, 세라믹스 기체(12)와 변형예의 급전 단자(140)의 접합 부분의 확대 단면도이다. 이 급전 단자(140)는, 급전 단자(40)와는 달리, 소직경부(41)에 형성된 삽입 구멍(45b)을 갖고 있다. 이 삽입 구멍(45b)은, 접합면(43)측의 면(도 8의 하면)에 개구되어 있다. 따라서, 급전 단자(140)에서는 접합면(43)은 링형의 형상을 하고 있다. 이러한 급전 단자(140)를 접합면(13)에 접합하는 경우, 공정(a)에서는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 브레이징재(56)를 급전 단자(140)의 삽입 구멍(45b)에 삽입한 상태로, 급전 단자(140)(및 브레이징재(56))를 다공질체(54) 상에 배치한다. 그 후, 공정(b)에서 브레이징재(56)를 용융시킴으로써, 전술한 실시형태와 마찬가지로, 다공질체(54)와 브레이징재(56)를 포함하는 접합층(50)을 형성하여, 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(140)를 접합할 수 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.
실시예
[실시예 1]
실시예 1로서, 전술한 도 4∼도 7에서 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 5 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, 이 세라믹스 기체(12) 중 직경 4 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 4 mm의 기체 피복층(52)으로 했다.
다음으로, 브레이징재(56)와, 급전 단자(40)와, 이하의 특성의 다공질체(54)(알루미나제, 기공률 38%, 건식 통기량 110 ml/(㎠ㆍmin))을 준비했다. 다공질체(54)의 크기는, 직경 4 mm, 두께 0.3 mm의 원반형으로 했다. 또한, 다공질체(54)는, 미리 개기공의 표면에 두께 1∼2 ㎛의 무전해 Ni 도금으로 이루어진 기공 피복층(55)을 형성해 두었다. 기공 피복층(55)의 형성은 이하와 같이 행했다. 우선, 전처리(핵부착 처리)로서 이하의 처리를 행했다. 다공질체(54)에 염화주석 용액을 주입하여 3분간 유지했다. 다음으로, 염화주석 용액을 빨아내고, 순수로 씻어내고, 질소 블로우로 수분을 제거했다. 계속해서, 다공질체(54)에 Pt 용액을 주입하여 2분간 유지했다. 그리고, Pt 용액을 빨아내고, 순수로 씻어내고, 질소 블로우로 수분을 제거했다. 이 전처리를 총 2회 행했다. 다음으로, 도금 처리로서 이하의 처리를 행했다. 다공질체(54)를 핫플레이트 상에 배치하고, 표면 온도가 80∼85℃가 되도록 조정했다. 그리고, 무전해 Ni 도금 용액을 다공질체(54)에 주입했다. 무전해 Ni 도금 용액을 적절하게 교환한 후, 무전해 Ni 도금 용액을 배출하고, 다공질체(54) 내를 순수로 세정 건조했다. 이상의 처리에 의해 기공 피복층(55)을 형성했다.
브레이징재(56)는, Al-Si-Mg계 합금(JIS BA 4004)으로 하고, 직경 5 mm, 두께 0.12 mm의 원반형으로 했다. 급전 단자(40)는, Mo제로 하고, 소직경부(41)의 외경이 4 mm, 소직경부(41)의 축방향 길이가 1 mm, 대직경부(42)의 외경이 5 mm, 대직경부(42)의 축방향 길이를 5 mm로 했다. 또한, 급전 단자(40)의 소직경부(41)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 측면 전체를 피복하도록 했다.
공정(a)로서, 이들 다공질체(54), 브레이징재(56), 급전 단자(40)를 이 순으로 접합면(13)(기체 피복층(52)) 상에 배치한다.
그리고, 공정(b)로서, 공정(a)에서 배치한 상태의 세라믹스 기체(12), 급전 단자(40), 브레이징재(56), 다공질체(54)를 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(b)의 접합후, 소성로로부터 접합체를 취출했다. 이상에 의해, 실시예 1의 접합체를 제작했다. 접합체의 접합층(50)(다공질체(54))의 가상 기공률은 43%였다. 가상 기공률의 산출은, 접합층(50)의 단면의 SEM 화상을 주사형 전자 현미경(JEOL JSM-5900)을 이용하여 취득하고, 취득한 SEM 화상에 관해 화상 처리 소프트웨어 HALCON11.0(HALCON은 MVTec Software GmbH의 등록상표)을 이용하여 각 화소의 휘도에 의해 2치화함으로써 행했다.
[비교예 1]
다공질체(54)를 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 40 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]
다공질체(54) 대신에 다공질체(54)와 동일한 재질의 세라믹스 입자로 이루어진 분말을 이용한 점 외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 접합체를 제작하고자 했다. 그러나, 분말이 세라믹스 기체(12)의 표면에 퍼져 버려, 소성로로 가열하더라도 세라믹스 기체(12)와 급전 단자(40)가 접합되지 않았다.
[실시예 2∼11]
다공질체(54)의 기공률이 표 1에 나타내는 값인 것을 사용한 점 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 접합체를 제작하여, 실시예 2∼11로 했다. 실시예 2∼11에 관해, 초기 특성으로서, 제작한 당초의 접합체의 파단 강도(접합 강도)와 크랙의 유무를 측정했다. 또한, 열싸이클 시험후의 접합체의 파단 강도와 크랙의 유무도 측정했다. 열싸이클 시험은, 외부 가열 히터를 이용하여, 실시예 2∼11의 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∼11에 이용한 다공질체(54)의 기공률, 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 않는다, C: 접합 특성에 영향을 미치는 크랙이 보인다, 를 의미한다.
[표 1]
Figure 112016084404753-pct00001
표 1에서 분명한 바와 같이, 다공질체(54)의 기공률이 30%∼50%인 다공질체를 사용한 실시예 4∼9는, 기공률이 30%를 하회하고 있는 실시예 2, 3과 비교해서 초기 및 열싸이클후의 파단 강도가 모두 높았다. 실시예 4∼9는, 초기 및 열싸이클후의 파단 강도가 모두 30 kgf 이상으로, 정전 척(10)으로서는 충분히 사용 가능한 값이었다. 또한, 기공률이 50%를 상회하고 있는 실시예 10, 11에서는, 초기의 접합 강도는 모두 30 kgf 이상이며 접합 특성에 영향을 미칠 정도의 크랙은 발생하지 않았지만, 열싸이클 시험후에 세라믹스 기체(12)에 크랙이 발생했다. 이에 비해 실시예 4∼9는, 초기 및 열싸이클후 모두 크랙은 보이지 않았다. 실시예 4∼9에서는, 다공질체(54)의 기공률이 30% 이상인 것에 의해, 브레이징재(56)를 다공질체(54)의 내부에 보다 많이 침투시킬 수 있어, 접합 강도가 향상되었다고 생각된다. 또한, 다공질체(54)의 기공률을 50% 이하로 함으로써, 브레이징재(56)와 비교해서 열팽창계수가 작은 다공질체(54)가 보다 많이 존재하게 되므로, 접합체가 온도 변화했을 때의 크랙의 발생을 보다 억제할 수 있다고 생각된다.
또한, 본 발명은 전술한 실시예 1∼11에 한정되지 않는다.
이 출원은, 2014년 3월 7일에 출원된 일본 특허 출원 제2014-044944호를 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, 45b: 삽입 구멍, 50: 접합층, 52: 기체 피복층, 54: 다공질체, 55: 기공 피복층, 56: 브레이징재, 58: 단자 피복층, 58a: 저부 피복층, 58b: 측부 피복층, 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: 급전 단자

Claims (7)

  1. 세라믹스로 이루어진 제1 부재의 접합면과 금속으로 이루어진 제2 부재의 접합면을 접합층을 통해 접합한 접합체의 제조 방법으로서,
    (a) 상기 제1 부재보다 열팽창계수가 큰 금속으로 이루어진 브레이징재와, 그 브레이징재보다 열팽창계수가 작은 다공질체와, 상기 제2 부재를 그 제1 부재의 접합면 상에 배치하는 공정과,
    (b) 상기 브레이징재를 용융시키고, 그 브레이징재를 상기 다공질체의 기공 내에 침투시켜 그 브레이징재와 그 다공질체를 포함하는 접합층을 형성하고, 그 접합층을 통해 상기 제1 부재의 접합면과 상기 제2 부재의 접합면을 접합하는 공정
    을 포함하고,
    상기 제1 부재에는, 전극이 매설되어 있고,
    상기 공정(b)에서는, 상기 제2 부재가 상기 접합층을 통해 상기 전극과 도통하도록, 상기 접합을 행하고,
    상기 다공질체는 기공률이 30%∼50%인 것인 접합체의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 다공질체는, 상기 제1 부재와 동일한 세라믹스 재료로 이루어진 다공질 소결체인 것인 접합체의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 공정(a)에 있어서, 상기 다공질체는, 내부의 기공의 표면이 자신과 비교해서 상기 브레이징재에 대한 습윤성이 높은 재료로 피복되어 있는 것인 접합체의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 공정(a)에 있어서, 상기 제1 부재의 접합면과 상기 제2 부재의 접합면의 적어도 한쪽이, 자신과 비교해서 상기 브레이징재에 대한 습윤성이 높은 재료로 피복되어 있는 것인 접합체의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 부재는, 상기 접합면으로부터의 기립부를 갖지 않는 접합체의 제조 방법.
  7. 세라믹스로 이루어진 제1 부재와,
    금속으로 이루어진 제2 부재와,
    기공 내에 상기 제1 부재보다 열팽창계수가 큰 금속이 충전되고 그 금속보다 열팽창계수가 작은 재료로 이루어지며 그 금속이 없다고 가정한 경우의 기공률이 30%∼50%인 다공질체를 가지며, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 접합하는 접합층
    을 포함하고,
    상기 제1 부재에 정전 전극 및 히터 전극이 매설되고, 상기 정전 전극의 중심에 도전성의 태블릿이 접속되고, 상기 히터 전극의 일단 및 타단에 각각 도전성의 태블릿이 접속되고,
    상기 정전 전극에 연결되는 태블릿과, 상기 히터 전극에 연결되는 태블릿 중 적어도 하나는 상기 접합층을 통하여 상기 제2 부재와 접합되어, 상기 태블릿과 상기 제2 부재가 도통하고,
    상기 제2 부재에 접합되는 태블릿은, 상기 제1 부재와 상기 접합층의 접합면에서 노출되는 것인 접합체.
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