KR20220005984A - 세라믹 구조체, 정전 척 및 기판 고정 장치 - Google Patents

세라믹 구조체, 정전 척 및 기판 고정 장치 Download PDF

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KR20220005984A
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도모타케 미네무라
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신꼬오덴기 고교 가부시키가이샤
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Abstract

세라믹 구조체는 베이스 바디, 및 베이스 바디와 직접 접촉하는 부분을 갖는 열전 소자를 포함한다. 베이스 바디는 산화알루미늄으로 이루어지는 세라믹이다. 열전 소자는, 텅스텐과 레늄의 합금을 주성분으로 갖고 산화니켈, 산화알루미늄 및 이산화규소를 포함하는 소결체인 도체부를 포함한다.

Description

세라믹 구조체, 정전 척 및 기판 고정 장치{CERAMIC STRUCTURE, ELECTROSTATIC CHUCK AND SUBSTRATE FIXING DEVICE}
본 발명은 세라믹 구조체, 정전 척 및 기판 고정 장치에 관한 것이다.
종래기술에서, 반도체 장치를 제조할 때 사용되는 성막 장치 및 플라즈마 에칭 장치는 각각 진공 처리실에서 웨이퍼를 정확하게 유지하기 위한 스테이지를 갖는다. 스테이지로서, 예를 들면, 베이스 플레이트 상에 장착된 정전 척에 의해 웨이퍼를 흡착 유지하도록 구성된 기판 고정 장치가 제안되어 있다.
웨이퍼의 온도 조절을 위한 발열체가 설치된 구조를 갖는 정전 척이 있다. 이 경우, 예를 들면 정전 척에 열전대를 내장하고, 열전대에 의해 감지된 정전 척의 온도에 의거하여 발열체를 제어해서, 웨이퍼의 온도 조절을 수행한다(예를 들면 특허문헌 1 참조).
일본국 특허 공개 2000-286331
그러나, 알루미나 세라믹에는 일반적으로 소결 조제(예를 들면, 실리카, 마그네시아, 칼시아, 이트리아 등)가 포함될 경우가 많다. 소결 조제를 포함하는 세라믹은 사용 환경의 온도가 상승함에 따라 절연 저항값이 감소하기 쉽다. 따라서, 소결 조제를 포함하지 않고 온도 의존성이 작은 절연 저항을 갖는 알루미나 세라믹이 필요하다. 그러나, 소결 중 액상이 되는 소결 조제가 없기 때문에, 정전 척과 같은 세라믹 구조체에서 베이스 바디를 구성하는 세라믹과 열전대 등의 열전 소자 사이에 접착력(접합 강도)을 얻지 못할 수 있다.
본 발명의 비제한적인 실시형태의 양태는 세라믹과 열전 소자 사이의 접착력이 개선된 세라믹 구조체를 제공하는 것이다.
본 개시의 특정 비제한적인 실시형태의 양태는 위에서 논의된 특징 및/또는 위에서 설명되지 않은 다른 특징을 다룬다. 그러나, 비제한적인 실시형태의 양태는 상기 특징을 다루기 위해 필수는 아니며, 본 개시의 비제한적인 실시형태의 양태는 전술한 특징을 다루지 않을 수도 있다.
본 개시의 양태에 따르면, 세라믹 구조체가 제공되고, 이 세라믹 구조체는,
베이스 바디; 및
베이스 바디와 직접 접촉하는 부분을 갖는 열전 소자를 포함하고,
베이스 바디는 산화알루미늄으로 이루어지는 세라믹이고,
열전 소자는, 텅스텐과 레늄의 합금을 주성분으로 갖고 산화니켈, 산화알루미늄 및 이산화규소를 포함하는 소결체인 도체부를 포함한다.
개시된 기술에 따르면, 세라믹과 열전 소자 사이의 접착력이 개선된 세라믹 구조체를 제공할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태(들)는 다음의 도면에 의거하여 상세하게 설명될 것이다.
도 1a 및 도 1b는 제1 실시형태에 따른 기판 고정 장치를 도시하는 간략도.
도 2a 내지 도 2c는 제1 실시형태에 따른 기판 고정 장치의 제조 프로세스를 도시하는 도면.
도 3a 내지 도 3c는 제1 실시형태에 따른 기판 고정 장치의 제조 프로세스를 도시하는 도면.
도 4a 및 도 4b는 제2 실시형태에 따른 열전 컴포넌트를 나타내는 도면.
도 5는 열전대의 샘플의 패턴을 나타내는 도면.
도 6a 및 도 6b는 열전대의 각 샘플의 기전력을 나타내는 도면.
도 7은 샘플 300C의 +레그 섹션에 대한 EPMA 분석 결과를 나타내는 도면.
도 8은 샘플 300C의 -레그 섹션에 대한 EPMA 분석 결과를 나타내는 도면.
도 9a 및 도 9b는 샘플 300C의 +레그 및 -레그에 대한 XRD 분석 결과를 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조해서 설명한다. 각 도면에서, 동일한 구성 부분은 동일한 참조 부호로 표시하고 중복되는 설명을 생략할 수 있다.
<제1 실시형태>
[기판 고정 장치의 구조]
도 1a는 제1 실시형태에 따른 기판 고정 장치를 나타내는 간략도이고, 도 1a는 단면도이고, 도 1b는 열전대만을 나타내는 부분 확대도이다.
도 1a를 참조하면, 기판 고정 장치(1)는, 주요 구성 요소로서, 베이스 플레이트(10), 접착층(20), 정전 척(30), 및 제어 유닛(40)을 포함한다. 기판 고정 장치(1)는, 베이스 플레이트(10)의 일면(10a)에 장착된 정전 척(30)에 의해 흡착 대상물인 기판(웨이퍼 등)을 흡착 유지하도록 구성된 장치이다.
베이스 플레이트(10)는 정전 척(30)을 장착하기 위한 부재이다. 베이스 플레이트(10)의 두께는, 예를 들면 약 20mm 내지 40mm이다. 베이스 플레이트(10)는, 예를 들면 알루미늄 및 초경합금과 같은 금속 재료, 금속 재료와 세라믹 재료의 복합 재료 등으로 형성되며, 플라즈마를 제어하기 위한 전극으로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 입수 용이성, 가공 용이성, 양호한 열전도성 등의 관점에서, 유리하게는, 알루미늄 또는 그 합금을 사용하고 표면에 알루마이트 처리(절연층 형성)를 실시한 베이스 플레이트를 사용할 수 있다.
예를 들면, 베이스 플레이트(10)에 미리 결정된 고주파 전력을 공급함으로써, 발생된 플라즈마 상태의 이온이 정전 척(30) 상에 흡착된 기판에 충돌하도록 하기 위한 에너지를 제어하여 에칭 처리를 효과적으로 수행할 수 있다.
베이스 플레이트(10)에는, 정전 척(30) 상에 흡착된 기판을 냉각하기 위한 불활성 가스를 도입하기 위한 가스 공급 경로가 마련될 수 있다. 기판 고정 장치(1)의 외부로부터 가스 공급 경로로 He 및 Ar 등의 불활성 가스를 도입하고, 정전 척(30) 상에 흡착된 기판의 이면에 불활성 가스를 공급하면, 기판을 냉각할 수 있다.
베이스 플레이트(10)에는, 냉각제 유로가 마련될 수 있다. 냉각제 유로로서는, 예를 들면 베이스 플레이트(10) 내에 형성된 환상(環狀) 구멍이다. 예를 들면, 냉각수 및 GALDEN과 같은 냉각제가 기판 고정 장치(1)의 외부로부터 냉각제 유로로 도입된다. 냉각제는 냉각제 유로를 순환해서 베이스 플레이트(10)를 냉각시켜, 정전 척(30) 상에 흡착된 기판을 냉각시킨다.
정전 척(30)은 흡착 대상물인 기판을 흡착 유지하도록 구성된 세라믹 구조체이다. 정전 척(30)의 평면 형상은 기판의 형상에 따라 형성되며, 예를 들면 원형이다. 정전 척(30)의 흡착 대상물인 기판의 직경은, 예를 들면 8인치, 12인치, 또는 18인치이다.
또한, "위에서 봤을 때"라는 설명은 베이스 플레이트(10)의 일면(10a)의 법선 방향에서 타겟을 바라보는 것을 의미하고, 평면 형상은 베이스 플레이트(10)의 일면(10a)의 법선 방향에서 본 형태를 의미함에 유의한다.
정전 척(30)은 접착층(20)을 통해 베이스 플레이트(10) 상에 고정된다. 접착층(20)으로서는, 예를 들면 실리콘계 접착제를 사용할 수 있다. 접착층(20)의 두께는, 예를 들면 0.1mm 내지 2.0mm일 수 있다. 접착층(20)의 열전도율은 2W/mK 이상인 것이 바람직하다. 접착층(20)은 하나의 층으로 형성될 수 있지만, 열전도율이 높은 접착제와 탄성률이 낮은 접착제가 결합된 2층 구조를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 세라믹 정전 척(30)과 알루미늄 베이스 플레이트(10) 사이의 열팽창 계수의 차이로 인해 발생하는 응력을 줄이는 효과가 얻어진다. 정전 척(30)은 나사에 의해 베이스 플레이트(10)에 고정될 수도 있음에 유의한다.
정전 척(30)은 베이스 바디(31), 정전 전극(32), 발열체(33), 및 열전대(34)를 주요 구성 요소로 갖는 세라믹 구조체이다. 베이스 바디(31)의 상면은 흡착 대상물이 배치되는 배치면(31a)이다. 정전 척(30)은, 예를 들면 존슨-라벡(Johnson-Rahbek)형 정전 척이다. 그러나, 정전 척(30)은 또한 쿨롱힘형 정전 척일 수 있다.
베이스 바디(31)는 유전체이다. 구체적으로, 베이스 바디(31)는 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어지는 세라믹이다. 본 명세서에서 "산화알루미늄으로 이루어지는 세라믹"이란 산화알루미늄을 제외한 무기 성분은 첨가되지 않은 세라믹을 의미한다. 베이스 바디(31)의 두께는, 예를 들면 약 5mm 내지 10mm이고, 베이스 바디(31)의 비유전율(1㎑)은, 예를 들면 약 9 내지 10이다.
베이스 바디(31)는 바람직하게는 99.5% 이상의 산화알루미늄 순도를 갖는다. 순도 99.5% 이상은 소결 조제가 첨가되지 않았음을 의미한다. 또한, 순도 99.5% 이상은 제조 프로세스 중 등에서 의도하지 않은 불순물이 포함될 수 있음을 의미한다. 베이스 바디(31)는 산화알루미늄에 대해 상대 밀도가 97% 이상인 것이 바람직하다. 베이스 바디(31)는 산화알루미늄의 평균 입경이 1.0㎛ 이상 3.0㎛ 이하인 것이 바람직하다. 평균 입경은, 예를 들면 레이저 회절/산란광 장치를 사용해서 측정할 수 있다.
정전 전극(32)은 박막 전극이며 베이스 바디(31)에 내장된다. 정전 전극(32)은 기판 고정 장치(1) 외부에 마련된 전원에 연결되고, 전원으로부터 미리 결정된 전압을 인가하도록 구성되고, 이에 의해 정전 전극과 흡착 대상물 사이의 정전기에 의해 흡착력(쿨롱힘)을 발생시킨다. 이에 의해, 기판은 베이스 바디(31)의 배치면(31a)에 흡착 유지될 수 있다. 흡착 유지력은 정전 전극(32)에 인가되는 전압이 높을수록 강해진다. 정전 전극(32)은 유니폴라형 또는 바이폴라형일 수 있다. 정전 전극(32)의 재료는 텅스텐(W)을 주성분으로 갖고 산화니켈(NiO), 산화알루미늄(Al2O3) 및 이산화규소(SiO2)를 포함하는 소결체인 것이 바람직하다.
발열체(33)는 베이스 바디(31)에 내장되고 배선(도시 생략)에 의해 제어 유닛(40)에 전기적으로 접속된다. 발열체(33)는 제어 유닛(40)로부터 전압이 인가됨에 따라 발열하도록 구성되어, 베이스 바디(31)의 배치면(31a)을 미리 결정된 온도로 가열한다. 발열체(33)는, 예를 들면 베이스 바디(31)의 배치면(31a)을 약 250℃ 내지 300℃로 가열할 수 있다. 발열체(33)의 재료로서, 예를 들면 구리(Cu), 텅스텐(W), 니켈(Ni) 등을 사용할 수 있다.
열전대(34)는 베이스 바디(31)의 온도를 감지하도록 구성된 열전 소자이며, 베이스 바디(31)에 적어도 부분적으로 내장된다. 구체적으로, 열전대(34)는 베이스 바디(31)와 접촉하는 부분을 갖는다. 열전대(34)는 제1 도체부(341), 제2 도체부(342), 제1 와어어부(343), 및 제2 와어어부(344)를 갖는다. 제1 도체부(341) 및 제2 도체부(342)는 각각 거의 L자 형상을 갖고 베이스 바디(31)에 내장된다. 제1 도체부(341) 및 제2 도체부(342)는 베이스 바디(31)에 의해 덮여 있다. 제1 도체부(341)의 일단과 제2 도체부(342)의 일단은 서로 접합되어, 온도 측정 접점(34c)을 형성한다.
제1 도체부(341)는, 배치면(31a)과 평행한 방향으로 연장되고 일단이 온도 측정 접점(34c)인 제1 수평부(341a), 및 제1 수평부(341a)의 타단으로부터 배치면(31a)에 수직인 방향으로 연장되고 단부가 베이스 바디(31)로부터 노출되는 제1 수직부(341b)를 갖는다. 제1 수평부(341a)와 제1 수직부(341b)는 동일한 재료로 일체로 형성된다. 제1 수직부(341b)의 단면 형상은, 예를 들면 원형이다. 이 경우, 제1 수직부(341b)의 직경은 제1 수평부(341a)의 폭보다 크게 형성될 수 있다.
제2 도체부(342)는 배치면(31a)에 평행한 방향으로 연장되고 일단이 온도 측정 접점(34c)인 제2 수평부(342a), 및 제2 수평부(342a)의 타단으로부터 배치면(31a)에 수직인 방향으로 연장되고 단부가 베이스 바디(31)로부터 노출되는 제2 수직부(342b)를 갖는다. 제2 수평부(342a)와 제2 수직부(342b)는 동일한 재료로 일체로 형성된다. 제2 수직부(342b)의 단면 형상은, 예를 들면 원형이다. 이 경우, 제2 수직부(342b)의 직경은 제2 수평부(342a)의 폭보다 크게 형성될 수 있다.
도 1b에서, 제1 수평부(341a)와 제2 수평부(342a)는 배치면(31a)의 법선 방향에서 봤을 때 선형으로 접합된다. 그러나, 이것은 단지 예일뿐이다. 제1 수평부(341a)와 제2 수평부(342a)는 배치면(31a)의 법선 방향에서 봤을 때 임의의 각도로 접합될 수도 있다. 또한, 제1 수평부(341a) 및 제2 수평부(342a)는 배치면(31a)의 법선 방향에서 봤을 때 각각 구부러지거나 만곡된 부분을 가질 수 있다.
예를 들면, 제1 수평부(341a) 및 제2 수평부(342a)는 베이스 바디(31)의 두께 방향에서 정전 전극(32) 및 발열체(33)와는 다른 위치(베이스 바디(31)의 다른 평면)에 배치될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "배치면(31a)에 평행한" 및 "배치면(31a)에 수직인" 경우는 "배치면(31a)에 엄격하게 평행한" 및 "배치면(31a)에 엄격하게 수직인" 경우뿐만 아니라 "배치면(31a)에 실질적으로 평행한" 및 "배치면(31a)에 실질적으로 수직인" 경우도 포함함에 유의한다. "배치면(31a)에 실질적으로 평행한" 경우는 "배치면(31a)에 엄격하게 평행한" 경우로부터 약 ±10°의 편차의 경우를 포함한다. 유사하게, "배치면(31a)에 실질적으로 수직인" 경우는 "배치면(31a)에 엄격하게 수직인" 경우로부터 약 ±10°의 편차의 경우를 포함한다.
제1 와이어부(343)는 일단이 베이스 바디(31) 내의 제1 도체부(341)의 타단(제1 수직부(341b)의 단부)에 접합되고, 타단이 베이스 바디(31)의 외부로 연장된다. 베이스 바디(31)의 외부로 연장된 제1 와이어부(343)는 접착층(20)을 통해 베이스 플레이트(10)에 형성된 관통 홀(10x)에 삽입되어, 타단이 베이스 플레이트(10)의 타면(10b)측에 배치된 제어 유닛(40)과 전기적으로 연결된다. 관통 홀(10x)의 내벽과 제1 와어어부(343) 사이에는 절연 재료가 배치되는 것이 바람직함에 유의한다.
제2 와이어부(344)는 일단이 베이스 바디(31) 내의 제2 도체부(342)의 타단(제2 수직부(342b)의 단부)에 접합되고, 타단이 베이스 바디(31)의 외부로 연장된다. 베이스 바디(31)의 외부로 연장되는 제2 와이어부(344)는 접착층(20)을 통해 베이스 플레이트(10)에 형성된 관통 홀(10y)에 삽입되어, 타단이 베이스 플레이트(10)의 타면(10b)측에 배치된 제어 유닛(40)과 전기적으로 연결된다. 또한, 관통 홀(10y)의 내벽과 제2 와어어부(344) 사이에는 절연 재료가 배치되는 것이 바람직함에 유의한다.
제1 도체부(341)는 미리 결정된 저항 온도 계수를 갖는 재료로 형성된다. 제2 도체부(342)도 제1 도체부(341)와 다른 저항 온도 계수를 갖는 재료로 형성된다. 이에 따라, 열전대(34)는, 제1 도체부(341)와 제2 도체부(342) 사이의 연결부인 온도 측정 접점(34c)과 제1 도체부(341)의 타단 및 제2 도체부(342)의 타단 사이의 온도 차이에 의해 열기전력을 발생시킬 수 있다. 제1 와어어부(343)와 제2 와어어부(344)의 재료로서는, 예를 들면 구리 등이 사용될 수 있다.
제1 도체부(341) 및 제2 도체부(342)의 재료는 각각 베이스 바디(31)의 소결 온도(약 1500℃)보다 융점이 높은 전도성 재료인 것이 바람직하다. 이에 따라, 제1 도체부(341) 및 제2 도체부(342)는 베이스 바디(31)와 동시 소결될 수 있다. 베이스 바디(31)의 소결 온도보다 융점이 높은 전도성 재료로서, 다음과 같은 재료가 예시될 수 있다.
제1 도체부(341)는 텅스텐(W)과 레늄(Re)의 합금(Re : 5wt%)을 주성분으로 갖고 산화니켈(NiO), 산화알루미늄(Al2O3) 및 이산화규소(SiO2)를 포함하는 소결체이다. 제2 도체부(342)는 텅스텐(W)과 레늄(Re)의 합금(Re : 26wt%)을 주성분으로 갖고 산화니켈(NiO), 산화알루미늄(Al2O3) 및 이산화규소(SiO2)를 포함하는 소결체이다.
제1 도체부(341) 및 제2 도체부(342) 각각에서, 텅스텐의 평균 입경은 바람직하게는 0.5㎛ 이상 3.0㎛ 이하이다. 레늄의 평균 입경은 바람직하게는 1.5㎛ 이상 4.5㎛ 이하이다.
산화니켈의 첨가량은 바람직하게는 텅스텐에 대해 0.2wt% 이상 1.0wt% 이하이다. 산화니켈의 평균 입경은 바람직하게는 5.0㎛ 이상 15.0㎛ 이하이다.
산화알루미늄의 첨가량은 바람직하게는 텅스텐에 대해 0.2wt% 이상 3.0wt% 이하이다. 산화알루미늄의 평균 입경은 바람직하게는 0.1㎛ 이상 4.0㎛ 이하이다.
이산화규소의 첨가량은 바람직하게는 텅스텐에 대해 0.2wt% 이상 3.0wt% 이하이다. 이산화규소의 평균 입경은 바람직하게는 0.1㎛ 이상 12.0㎛ 이하이다.
제1 도체부(341) 및 제2 도체부(342) 각각에 포함되는 텅스텐 성분은 제1 도체부(341) 및 제2 도체부(342)에만 존재하고 베이스 바디(31)에는 존재하지 않는다. 또한, 제1 도체부(341) 및 제2 도체부(342) 각각에 포함되는 레늄 성분은 제1 도체부(341) 및 제2 도체부(342)에만 존재하고 베이스 바디(31)에는 존재하지 않는다. 또한, 제1 도체부(341) 및 제2 도체부(342) 각각에 포함되는 니켈 성분은 제1 도체부(341) 및 제2 도체부(342)에만 존재하고 베이스 바디(31)에는 존재하지 않는다.
반대로, 제1 도체부(341) 및 제2 도체부(342) 각각에 포함되는 알루미늄 성분은 제1 도체부(341) 및 제2 도체부(342)와 베이스 바디(31) 모두에 존재한다. 제1 도체부(341) 및 제2 도체부(342) 각각에 포함되는 실리콘 성분은 제1 도체부(341) 및 제2 도체부(342)와 베이스 바디(31) 모두에 존재한다.
특히, 베이스 바디(31)를 구성하는 세라믹에서, 실리콘 성분은, 베이스 바디(31)를 구성하는 세라믹과 열전대를 구성하는 제1 도체부(341) 및 제2 도체부(342) 사이의 경계로부터 20㎛의 범위 내에만 존재한다. 이 범위에서, 알루미늄과 실리콘의 복합 산화물층(멀라이트층, 실리마나이트층 또는 멀라이트층과 실리마나이트층의 혼합층)이 형성된다. 이로 인해, 실리콘 성분이 복합 산화물층을 넘어 확산되지 않기 때문에, 베이스 바디(31)를 구성하는 세라믹의 특성이 열화될 우려를 줄일 수 있다. 복합 산화물층의 범위는 도전성 페이스트에 첨가되는 알루미나 및 실리카의 첨가량에 의해 달라질 수 있음에 유의한다.
도 1a는 기판 고정 장치(1)가 하나의 열전대(34)를 갖는 예를 도시하고 있음에 유의한다. 그러나, 기판 고정 장치(1)는 복수의 열전대(34)를 가질 수 있다. 이에 의해, 베이스 바디(31)의 온도 제어를 정확하게 수행할 수 있다. 이 경우에, 열전대(34)는 베이스 바디(31)의 두께 방향에서 서로 다른 위치에 배치될 수 있다.
제어 유닛(40)은 열전대(34)로부터 얻어지는 열기전력에 의거하여 베이스 바디(31)의 온도를 산출하고, 발열체(33)에 인가되는 전압을 제어해서 베이스 바디(31)의 배치면(31a)을 미리 결정된 온도로 조정하는 기능을 갖는다. 제어 유닛(40)은, 예를 들면 CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory) 등을 포함할 수 있다. 제어 유닛(40)은, 예를 들면 기판에 장착되어 베이스 플레이트(10)에 고정될 수 있다.
[기판 고정 장치의 제조 방법]
도 2a 내지 도 3c는 제1 실시형태에 따른 기판 고정 장치의 제조 프로세스를 예시한다. 기판 고정 장치(1)의 제조 프로세스는 도 2a 내지 도 3c를 참조해서 설명된다.
먼저, 도 2a에 도시된 프로세스에서, 그린 시트(311, 312, 313, 314 및 315)를 복수(여기서는, 예를 들면 5개) 제조한다. 그린 시트(311, 312, 313) 중 열전대(34)가 형성될 부분에는 관통 홀이 형성된다. 예를 들면, 그린 시트(311, 312, 313)에 형성된 관통 홀은 소결 후 약 50 내지 300㎛의 직경을 갖도록 형성될 수 있음에 유의한다.
그린 시트(311, 312, 313, 314, 315)는 각각 세라믹 재료인 산화알루미늄과 유기 재료로 이루어지며, 소결 조제를 포함하지 않음에 유의한다. 그린 시트(311, 312, 313, 314 및 315)는, 유기 성분을 제거하고 세라믹 재료를 소결 및 치밀화해서 도 1a에 도시된 베이스 바디(31)로 형성된다.
이어서, 도 1a에 도시된 패턴이 되도록, 그린 시트(312)의 일면은 소결 후 발열체(33)가 되는 금속 페이스트(33P)가 형성되고, 그린 시트(314)의 일면은 소결 후 정전 전극(32)이 되는 금속 페이스트(32P)가 형성된다. 또한, 도 1a에 도시된 패턴이 되도록, 그린 시트(311, 312)의 관통 홀 및 그린 시트(313)의 일면 및 관통 홀에는, 소결 후 제1 도체부(341) 및 제2 도체부(342)가 되는 금속 페이스트(341P, 342P)가 형성된다.
예를 들면, 금속 페이스트(341P)는 텅스텐(W)과 레늄(Re)의 합금(Re : 5wt%)을 주성분으로 갖고 산화니켈(NiO), 산화알루미늄(Al2O3), 이산화규소(SiO2)를 포함하고 유기물이 혼합된 재료이다. 예를 들면, 금속 페이스트(342P)는 텅스텐(W)과 레늄(Re)의 합금(Re : 26wt%)을 주성분으로 갖고 산화니켈(NiO), 산화알루미늄(Al2O3), 이산화규소(SiO2)를 포함하고 유기물이 혼합된 재료이다.
각각의 금속 페이스트(341P, 342P)에서, 산화니켈의 첨가량은 텅스텐에 대해 0.2wt% 이상 1.0wt% 이하인 것이 바람직하다. 산화니켈은 텅스텐과 레늄의 소결성을 향상시키기 위해 0.2wt% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 산화니켈을 1.0wt% 이상 첨가하면, 텅스텐의 결정이 지나치게 커져서 베이스 바디(31)와의 충분한 접착력이 얻어지지 않음에 유의한다. 도전성 페이스트와 그린 시트를 동시 소결할 경우, 텅스텐의 평균 입경은 0.5㎛ 이상 3.0㎛ 이하인 것이 바람직하다. 마찬가지로, 산화니켈의 평균 입경은 5.0㎛ 이상 15.0㎛ 이하인 것이 바람직하다.
산화알루미늄의 첨가량은 텅스텐에 대해 0.2wt% 이상 3.0wt% 이하인 것이 바람직하다. 산화알루미늄은, 열전대(34)와 산화알루미늄의 세라믹으로 이루어지는 베이스 바디(31) 사이의 접착력을 향상시키기 위해, 0.2wt% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 산화알루미늄을 3.0wt% 넘게 첨가하면, 소결성이 저하되고 비저항이 증가됨에 유의한다. 도전성 페이스트와 그린 시트를 동시 소결할 때, 산화알루미늄의 평균 입경은 0.1㎛ 이상 4.0㎛ 이하인 것이 바람직하다.
이산화규소의 첨가량은 텅스텐에 대해 0.2wt% 이상 3.0wt% 이하인 것이 바람직하다. 이산화규소는, 소결 중 액상이 되고 텅스텐과 레늄의 소결성 및 베이스 바디(31)와의 접착력을 향상시키기 위해, 0.2wt% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 이산화규소를 3.0wt% 이상 첨가할 경우, 소결성 및 접착력이 저하되고 비저항이 증가함에 유의한다. 도전성 페이스트와 그린 시트를 동시 소결할 경우, 이산화규소의 평균 입경은 0.1㎛ 이상 12.0㎛ 이하인 것이 바람직하다.
금속 페이스트(32P, 33P, 341P 및 342P)는, 예를 들면 스크린 인쇄법에 의해 형성될 수 있다. 또한, 그린 시트(313)의 일면에 형성된 금속 페이스트(341P, 342P)는, 예를 들면 소결 후 두께가 약 10 내지 30㎛, 소결 후 폭이 약 50 내지 300㎛가 되도록 형성될 수 있음에 유의한다.
이어서, 도 2b에 도시된 프로세스에서, 도 2a에 도시된 프로세스로 제조된 그린 시트(311, 312, 313, 314 및 315)가 순차적으로 적층된 적층체가 제조된다.
이어서, 도 2c에 도시된 프로세스에서, 제1 와이어부(343) 및 제2 와이어부(344)가 준비된다. 이어서, 제1 와이어부(343)의 일단이 도 2b에 도시된 적층체의 그린 시트(311)의 관통 홀에 충전된 금속 페이스트(341P)에 삽입되고, 제2 와이어부(344)의 일단이 그린 시트(311)의 관통 홀에 충전된 금속 페이스트(342P)에 삽입된다. 제1 와이어부(343) 및 제2 와이어부(344)의 와이어 직경은, 예를 들면 약 50 내지 300㎛를 갖도록 각각 형성될 수 있다.
이어서, 도 3a에 도시된 프로세스에서, 도 2c에 도시된 적층체를 소결해서 그린 시트(311, 312, 313, 314 및 315)를 일체화해서 베이스 바디(31)를 형성한다. 또한, 금속 페이스트(32P, 33P, 341P 및 342P)로부터 정전 전극(32), 발열체(33), 제1 도체부(341) 및 제2 도체부(342)를 형성한다. 또한, 제1 도체부(341)와 제1 와어어부(343)가 서로 접합되고, 제2 도체부(342)와 제2 와어어부(344)가 서로 접합된다. 이상의 프로세스에 의해, 정전 척(30)이 완성된다. 적층체의 소결은 예를 들면 상압에서 행할 수 있다. 소결 후 정전 척(30)의 체적은 소결 전과 비교해서 수십% 감소됨에 유의한다.
이어서, 도 3b에 도시된 프로세스에서, 관통 홀(10x, 10y)이 형성된 베이스 플레이트(10)를 준비하고, 베이스 플레이트(10)의 일면(10a)에 접착층(20)(아직 경화되지 않음)을 형성한다. 이어서, 도 3a에서 완성된 정전 척(30)의 제1 와이어부(343)를 관통 홀(10x)에 삽입하고 제2 와이어부(344)를 관통 홀(10y)에 삽입하면서, 정전 척(30)은 접착층(20)을 개재하여 베이스 플레이트(10)의 일면(10a)에 배치되고, 접착층(20)이 경화된다.
이어서, 도 3c에 도시된 프로세스에서, 기판(도시 생략)에 장착된 제어 유닛(40)이 베이스 플레이트(10)의 타면(10b)측에 고정된다. 이때, 제1 와이어부(343)의 타단과 제2 와어어부(344)의 타단이 납땜 등을 이용해서 제어 유닛(40)과 전기적으로 연결된다. 이와 같이 하여, 접착층(20)을 개재하여 정전 척(30)이 베이스 플레이트(10)의 일면(10a)에 장착된 기판 고정 장치(1)가 완성된다.
전술한 바와 같이, 기판 고정 장치(1)의 정전 척(30)에서, 베이스 바디(31)는 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어지는 세라믹이고 열전대(34)를 갖는다. 열전대(34)의 하나의 레그인 제1 도체부(341)는 텅스텐(W)과 레늄(Re)의 합금(Re : 5wt%)을 주성분으로 하는 소결체이다. 다른 레그인 제2 도체부(342)는 텅스텐(W)과 레늄(Re)의 합금(Re : 26wt%)을 주성분으로 하는 소결체이다. 또한, 열전대(34)의 각 레그는 산화니켈(NiO), 산화알루미늄(Al2O3) 및 이산화규소(SiO2)를 포함한다.
열전대(34)의 각 레그가 되는 도전성 페이스트에 산화니켈을 첨가함으로써, 열전대(34)의 기전력을 크게 저하시키지 않고 열전대(34)를 구성하는 도체의 텅스텐과 레늄의 소결성을 향상시킬 수 있다. 즉, 기전력이 높을수록 열전대는 온도를 더 정확하게 측정할 수 있음에 유의한다. 기전력은 재료의 조합에 의해 결정된다. 종래기술에서는, 텅스텐(W)과 레늄(Re)을 주성분으로 하는 열전대에 다른 성분을 혼합하면 기전력이 저하되는 것이 우려된다. 따라서, 열전대가 될 도전성 페이스트에 다른 성분이 첨가되지 않았다. 본 발명자들은 텅스텐과 레늄에 산화니켈 등을 첨가해도 열전대의 기전력이 크게 저하되지 않는다는 사실을 새롭게 발견했다.
또한, 열전대(34)의 각 레그가 될 도전성 페이스트에 산화알루미늄 및 이산화규소를 첨가하면, 베이스 바디(31)를 구성하는 세라믹과 텅스텐 사이의 접착성, 즉 베이스 바디(31)와 열전대(34) 사이의 접착성이 개선된다. 따라서, 소결 조제를 사용할 필요가 없기 때문에, 베이스 바디(31)를 구성하는 세라믹의 특성이 열화될 우려를 줄일 수 있다. 구체적으로, 예를 들면 소결 조제를 포함하면, 세라믹의 절연 저항의 온도 의존성이 증가하고 사용 환경의 온도가 상승함에 따라 체적 저항률이 상당히 감소한다. 그러나, 소결 조제를 사용하지 않으므로, 사용 환경의 온도 상승으로 인한 체적 저항률 저하를 억제할 수 있다.
또한, 텅스텐 성분 및 산화니켈 성분은 베이스 바디(31)를 구성하는 세라믹에는 존재하지 않고 열전대(34)의 각 레그에만 존재한다. 산화알루미늄 성분 및 이산화규소 성분은 베이스 바디(31)를 구성하는 세라믹과 열전대(34)의 각 레그 모두에 존재한다. 구체적으로, 베이스 바디(31)를 구성하는 세라믹에는, 이산화규소 성분이 베이스 바디(31)를 구성하는 세라믹과 열전대(34)의 각 레그 사이의 경계로부터 20㎛ 범위 내에만 존재한다. 이 범위에서, 알루미늄과 실리콘의 복합 산화물층(멀라이트층, 실리마나이트층 또는 멀라이트층과 실리마나이트층의 혼합층)이 형성된다. 이로 인해, Si 성분이 복합 산화물층을 넘어 확산되지 않기 때문에, 베이스 바디(31)를 구성하는 세라믹의 특성이 열화될 우려가 줄어들 수 있다. 복합 산화물층의 범위는 도전성 페이스트에 첨가되는 알루미나 및 실리카의 첨가량에 의해 달라질 수 있다.
또한, 정전 전극(32)은, 텅스텐(W)을 주성분으로 갖고 산화니켈(NiO), 산화알루미늄(Al2O3) 및 이산화규소(SiO2)를 포함하는 소결체인 것이 바람직하다.
정전 전극(32)이 되는 도전성 페이스트에 산화니켈을 첨가함으로써, 정전 전극(32)을 구성하는 도전체에서 텅스텐의 소결성이 향상된다. 또한, 정전 전극(32)이 되는 도전성 페이스트에 산화알루미늄과 이산화규소를 첨가함으로써, 베이스 바디(31)를 구성하는 세라믹과 텅스텐의 접착성이 향상된다. 따라서, 소결 조제를 사용할 필요가 없기 때문에, 베이스 바디(31)를 구성하는 세라믹의 특성이 열화될 우려를 줄일 수 있다.
또한, 베이스 바디(31)를 구성하는 세라믹은 산화알루미늄 순도가 99.5% 이상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 베이스 바디(31)에서, 절연 저항의 온도 의존성이 낮아지고, 승온으로 인한 절연 저항의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 베이스 바디(31)를 구성하는 세라믹은 산화알루미늄에 대해 상대 밀도가 97% 이상인 것이 바람직하다. 이러한 베이스 바디(31)는 표면 및 내부에 기공이 적다. 기공은 베이스 바디(31)의 흡착에 영향을 미친다. 따라서, 상대 밀도가 높은 베이스 바디(31)가 기판 고정 장치(1)로서 특성상 바람직하다.
또한, 기판 고정 장치(1)에 따르면, 정전 척(30)의 베이스 바디(31) 및 열전대(34)가 동시 소결에 의해 형성되기 때문에, 제조 프로세스가 단순화될 수 있다. 동시 소결은 대기압 하에서 수행할 수 있다.
또한, 기판 고정 장치(1)에 따르면, 제1 도체부(341) 및 제1 와이어부(343)와 제2 도체부(342) 및 제2 와이어부(344)는 베이스 바디(31)와의 동시 소결에 의해 직접 접합된다. 따라서, 종래기술의 기판 고정 장치와 달리, 접합용 패드를 사용할 필요가 없어, 열전대(34)를 베이스 바디(31)에 고밀도로 배치할 수 있다. 또한, 베이스 바디에 홈이 마련되고 그 홈에 시판되는 열전대가 삽입되는 구조를 갖는 주지의 기판 고정 장치와 비교하여, 열전대(34)가 베이스 바디(31)에 고밀도로 배치될 수 있다.
또한, 기판 고정 장치(1)에 따르면, 세라믹은 소결 조제를 포함하지 않기 때문에, 1300℃ 이상의 온도 환경 및 산-염기 분위기에서도 사용할 수 있다.
기판 고정 장치(1)는 완제품으로 출하될 수 있음에 유의한다. 이 경우, 도 3a에 도시된 정전 척(30)은 완제품으로 출하될 수 있다. 이 경우, 정전 척(30)을 구입한 사람은 필요에 따라 도 3b 및 도 3c에 도시된 프로세스를 실행함으로써 기판 고정 장치(1)를 얻을 수 있다.
또한, 기판 고정 장치(1)는 제어 유닛을 갖지 않을 수도 있다. 구체적으로, 열전대(34)로부터 얻은 열기전력에 의거하여 베이스 바디(31)의 온도를 산출하고 발열체(33)에 인가되는 전압을 제어하도록 구성된 제어 유닛은 기판 고정 장치(1)와 별개로 구비될 수 있다. 이 경우, 제1 도체부(341) 및 제2 도체부(342)에 접합되지 않은 측의 제1 와이어부(343) 및 제2 와이어부(344)의 단부(제1 와이어부(343)의 타단과 제2 와이어부(344)의 타단)가 베이스 플레이트(10)의 타면(10b)으로부터 돌출되어 있다. 베이스 플레이트(10)의 타면(10b)으로부터 돌출된 제1 와어어부(343) 및 제2 와어어부(344)의 단부는, 필요에 따라 필요한 위치에서 제어 유닛에 전기적으로 연결될 수 있다.
<제2 실시형태>
제2 실시형태에서, 세라믹 기판 및 열전 소자를 갖는 열전 컴포넌트의 예가 설명된다. 제2 실시형태에서, 전술한 실시형태와 동일한 구성 요소에 대한 설명이 생략될 수 있음을 유의한다.
도 4a는 제2 실시형태에 따른 열전 컴포넌트를 나타낸 도면이고, 도 4a는 사시도이고 도 4b는 단면도이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 열전 컴포넌트(5)는, 베이스 바디가 될 세라믹 기판(51), 세라믹 기판(51)의 두께 방향에서 상이한 위치에 배치된 제1 도체층 및 제2 도체층, 및 제1 도체층과 제2 도체층을 전기적으로 연결하기 위한 비아(53 및 54)를 갖는 세라믹 구조체이다.
세라믹 기판(51)은 복수(예를 들면, 3매)의 그린 시트를 소결해서 제조할 수 있다. 세라믹 기판(51)의 제1 도체층 및 제2 도체층에는 복수의 열전대 +레그(55)(제1 도체부) 및 복수의 열전대 -레그(56)(제2 도체부)가 형성된다.
복수의 열전대 +레그(55) 및 복수의 열전대 -레그(56)는 서로 인접해서 번갈아 배치된다. 제1 도체층 및 제2 도체층에서, 열전대 +레그(55)와 열전대 -레그(56)가 접합되어 전기적으로 연결된다. 예를 들면, 제1 도체층에서, 직렬로 연결된 복수의 열전대 소자 쌍의 일 단부측에 외부 전극 단자(57)가 마련되고, 다른 단부측에 외부 전극 단자(57)가 마련된다. 편의를 위해, 도 4a에서, 복수의 열전대 +레그(55) 및 복수의 열전대 -레그(56)는 상이한 새틴 패턴으로 도시됨을 유의한다. 비아(53)는 열전대 +레그(55)와 동일한 재료로 형성되고, 비아(54)는 열전대 -레그(56)와 동일한 재료로 형성된다.
세라믹 기판(51)은 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어지는 세라믹이다. 세라믹 기판(51)은 바람직하게는 산화알루미늄 순도가 99.5% 이상이다. 세라믹 기판(51)은 바람직하게는 산화알루미늄에 대해 상대 밀도가 97% 이상이다. 세라믹 기판(51)은 산화알루미늄의 평균 입경이 1.0㎛ 이상 3.0㎛ 이하인 것이 바람직하다.
열전대 +레그(55)는, 예를 들면 텅스텐(W)과 레늄(Re)의 합금(Re : 5wt%)을 주성분으로 하는 소결체이며, 산화니켈(NiO), 산화알루미늄(Al2O3) 및 이산화규소(SiO2)를 포함한다. 열전대 -레그(56)는, 예를 들면 텅스텐(W)과 레늄(Re)의 합금(Re : 26wt%)을 주성분으로 하는 소결체이며, 산화니켈(NiO), 산화알루미늄(Al2O3) 및 이산화규소(SiO2)를 포함한다. 각 성분의 바람직한 평균 입경 및 바람직한 첨가량은 제1 도체부(341) 및 제2 도체부(342)와 유사하다.
열전 컴포넌트(5)에서는, 세라믹 기판(51)의 상면측을 고온으로 설정하고 세라믹 기판(51)의 하면측을 저온으로 설정하면, 열전 컴포넌트(5)에 열기전력이 발생하고, 이에 따라 외부 전극 단자(57)와 외부 전극 단자(58) 사이에서 전류가 취출될 수 있다.
이와 같이, 열전대 +레그(55) 및 열전대 -레그(56)에 산화니켈을 첨가하면, 열전대의 기전력을 크게 저하시키지 않고서도 열전대의 각 레그를 구성하는 도전체의 텅스텐 및 레늄의 소결성이 향상된다.
또한, 열전대 +레그(55) 및 열전대 -레그(56)에 산화알루미늄 및 이산화규소를 첨가하면, 베이스 바디가 되는 세라믹 기판(51)을 구성하는 세라믹과 텅스텐 및 레늄 사이의 접착력, 특히 베이스 바디와 열전대의 각 레그 사이의 접착력이 향상된다. 따라서, 소결 조제를 사용할 필요가 없기 때문에, 베이스 바디를 구성하는 세라믹의 특성이 열화될 염려를 줄일 수 있다. 다른 효과도 제1 실시형태의 효과와 유사하다.
이하에서는, 실시예 및 비교예를 참조해서 세라믹 구조체를 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명은 실시예에 한정되지 않는다.
세라믹 재료가 산화알루미늄이고 소결 조제가 포함된 그린 시트를 준비했다. 텅스텐(W)과 레늄(Re)의 합금(Re : 5wt%)을 주성분으로 갖고, 텅스텐 분말의 양에 대해 0.5wt% 첨가한 산화니켈 분말을 포함하는 도전성 페이스트(+레그용)를 그린 시트의 표면에 인쇄했다. 또한, 텅스텐(W)과 레늄(Re)의 합금(Re : 26wt%)을 주성분으로 갖고, 텅스텐 분말의 양에 대해 0.5wt% 첨가한 산화니켈 분말을 포함하는 도전성 페이스트(-레그용)를 인쇄했다. 그 후, 그린 시트와 두 가지 타입의 도전성 페이스트를 대기압 하에서 동시 소결해서, 도 5에 도시된 패턴을 갖는 열전대의 샘플 300A를 제조했다.
마찬가지로, 세라믹 재료가 산화알루미늄이고 소결 조제가 포함된 그린 시트를 준비했다. 그린 시트 표면에 텅스텐(W)과 레늄(Re)의 합금(Re : 5wt%)을 주성분으로 갖는 도전성 페이스트(+레그용)를 인쇄했다. 또한, 텅스텐(W)과 레늄(Re)의 합금(Re : 26wt%)을 주성분으로 갖는 도전성 페이스트(-레그용)를 인쇄했다. 그 후, 그린 시트와 두 가지 타입의 도전성 페이스트를 대기압 하에서 동시 소결해서, 도 5에 도시된 패턴을 갖는 열전대의 샘플 300B를 제조했다.
이어서, 도 5에 도시된 M1 내지 M4를 측정점으로 설정하고, 각 샘플 300A, 300B에 대해 각 측정점에서의 기전력을 측정했다. 도 6a는 샘플 300A에 대한 측정 결과를 나타내고, 도 6b는 샘플 300B에 대한 측정 결과를 나타낸다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 샘플 300A의 경우, 기전력은 평균 약 10.2μV/℃이며, 도 6b에 도시된 바와 같이, 샘플 300B의 경우, 기전력은 평균 약 9.9μV/℃였다. 이 결과로부터, 텅스텐(W)과 레늄(Re)의 합금에 산화니켈을 첨가해도 충분한 기전력이 발생함을 알 수 있다.
세라믹 재료가 산화알루미늄이고 소결 조제가 포함되지 않은 그린 시트를 준비했다. 텅스텐 분말의 양에 대해 산화니켈 분말을 0.5wt% 첨가하고, 산화알루미늄 분말을 2.0wt% 첨가하고, 이산화규소 분말을 2.0wt% 첨가한 도전성 페이스트를 그린 시트의 표면에 인쇄하고, 대기압 하에서 동시 소결했다. 이에 따라, 실시예의 샘플 300C를 제조했다.
도 7은 샘플 300C의 +레그 섹션에 대한 EPMA 분석 결과를 나타낸다. 도 8은 샘플 300C의 -레그 섹션에 대한 EPMA 분석 결과를 나타낸다. 도 7 및 도 8에서, 샘플 300C에서는, Si 성분이 도전체(소결 후의 도전성 페이스트)와 세라믹(소결 후의 그린 시트) 모두에 존재했고, 특히 세라믹의 경계 근방(경계를 포함해서 세라믹을 향해 20㎛ 범위 이내)에만 존재했음을 확인했다.
Si 성분은 경계를 포함해서 세라믹을 향해 20㎛ 범위 내에만 존재하고 그 범위를 넘어 확산되지 않기 때문에, 세라믹의 특성이 열화될 우려를 줄일 수 있다.
그 후, 샘플 300C의 도전체(소결 후의 도전 페이스트)를 표면으로부터 긁어내고 세라믹이 노출된 부분에 대해 XRD 분석을 수행했다. 결과는 도 9a 및 도 9b에 도시되어 있다. 도 9a는 +레그의 데이터를 나타내고, 도 9b는 -레그의 데이터를 나타낸다. 도 9a 및 도 9b에서, 세라믹이 노출된 샘플 300C의 부분에 멀라이트 또는 실리마나이트가 존재하거나 둘 다 혼합된 결정상이 형성되었음을 확인했다.
도전성 페이스트에 첨가된 실리카의 Si 성분은 소결 후 도전체에 잔류하는 Si 성분과 세라믹을 향해 확산되는 Si 성분으로 나뉜다. 도전체로부터 세라믹을 향해 확산되는 Si 성분은 소모되어 도전체와 세라믹 사이의 경계 근방에 Al과 Si의 복합 산화물층을 형성하기 때문에, Si 성분은 세라믹으로 확산되지 않는다. 도전체와 세라믹 사이의 경계 근방에 형성되는 Al과 Si의 복합 산화물층은 도전체와 세라믹 사이의 접착성 향상에 크게 기여한다고 생각된다.
멀라이트의 화학식은 3Al2O3/2SiO2(Al6Si2O13)이고, 실리마나이트의 화학식은 Al2O3/SiO2(Al2SiO5)이다. Al과 Si의 복합 산화물층의 범위는 도전성 페이스트에 첨가되는 알루미나와 실리카의 첨가량에 의해 어느 정도 제어될 수 있다.
바람직한 실시형태를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않으며, 상기 실시형태는 특허청구범위에서 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 대체될 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 기판 고정 장치의 흡착 대상물로서, 웨이퍼(실리콘 웨이퍼 등) 외에, 액정 패널 등의 제조 프로세스에 사용되는 유리 기판 등을 예로 들 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태에 대한 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되었다. 총망라적인 것도, 본 발명을 개시된 정확한 형태로 제한하는 것도 의도되지 않는다. 명백히, 많은 수정 및 변경이 당업자에게 명확할 것이다. 실시형태는 본 발명의 원리 및 그 실제 적용을 가장 잘 설명하기 위해 선택 및 설명되었으며, 이에 따라 당업자가 다양한 실시형태에 대해 그리고 고려되는 특정 사용에 적합한 다양한 수정으로 본 발명을 이해할 수 있게 한다. 본 발명의 범위는 다음의 특허청구범위 및 그와 동등한 것에 의해 정의되는 것이 의도된다.

Claims (15)

  1. 세라믹 구조체로서,
    베이스 바디; 및
    상기 베이스 바디와 직접 접촉하는 부분을 갖는 열전 소자를 포함하고,
    상기 베이스 바디는 산화알루미늄으로 이루어지는 세라믹이고,
    상기 열전 소자는, 텅스텐과 레늄의 합금을 주성분으로 갖고 산화니켈, 산화알루미늄 및 이산화규소를 포함하는 소결체인 도체부를 포함하는 세라믹 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도체부는 텅스텐에 대해 산화니켈의 첨가량이 0.2 내지 1.0wt%인 세라믹 구조체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도체부는 텅스텐에 대해 산화알루미늄의 첨가량이 0.2 내지 3.0wt%이고 이산화규소의 첨가량이 0.2 내지 3.0wt%인 세라믹 구조체.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도체부에 포함된 텅스텐의 평균 입경은 0.5㎛ 내지 3.0㎛이고, 레늄의 평균 입경은 1.5㎛ 내지 4.5㎛이고, 산화니켈의 평균 입경은 5.0㎛ 내지 15.0㎛이고, 산화알루미늄의 평균 입경은 0.1㎛ 내지 4.0㎛이고, 이산화규소의 평균 입경은 0.1㎛ 내지 12.0㎛인 세라믹 구조체.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    텅스텐 성분, 레늄 성분 및 니켈 성분이 상기 베이스 바디에 존재하지 않고 상기 도체부에만 존재하고, 알루미늄 성분 및 실리콘 성분이 상기 베이스 바디 및 상기 도체부 모두에 존재하는 세라믹 구조체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 베이스 바디의 실리콘 성분은 상기 베이스 바디와 상기 도체부 사이의 경계로부터 20㎛의 범위 내에만 존재하는 세라믹 구조체.
  7. 제6항에 있어서,
    알루미늄과 실리콘의 복합 산화물층이 상기 베이스 바디와 상기 도체부 사이의 경계로부터 20㎛의 범위 내에 형성되는 세라믹 구조체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복합 산화물층은 멀라이트층, 실리마나이트층 또는 상기 멀라이트층과 상기 실리마나이트층의 혼합층인 세라믹 구조체.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 베이스 바디는 산화알루미늄 순도가 99.5% 이상인 세라믹 구조체.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 베이스 바디는 산화알루미늄에 대해 상대 밀도가 97% 이상인 세라믹 구조체.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 베이스 바디는 산화알루미늄의 평균 입경이 1.0㎛ 내지 3.0㎛ 범위인 세라믹 구조체.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도체부는 제1 도체부 및 제2 도체부를 포함하고,
    상기 열전 소자는, 상기 제1 도체부와 상기 제2 도체부의 일단이 접합되어 온도 측정 접점을 형성하는 열전대이고,
    상기 제1 도체부는, 텅스텐과 레늄의 합금(Re : 5wt%)을 주성분으로 갖고 산화니켈, 산화알루미늄 및 이산화규소를 포함하는 소결체이고,
    상기 제2 도체부는, 텅스텐과 레늄의 합금(Re : 26wt%)을 주성분으로 갖고 산화니켈, 산화알루미늄 및 이산화규소를 포함하는 소결체인 세라믹 구조체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 도체부 및 상기 제2 도체부는 각각 복수로 마련되고, 상기 제1 도체부 및 상기 제2 도체부는 서로 인접해서 번갈아 배치되는 세라믹 구조체.
  14. 정전 척으로서,
    제1항 또는 제2항에 기재된 세라믹 구조체; 및
    상기 베이스 바디에 내장된 정전 전극을 포함하는 정전 척.
  15. 기판 고정 장치로서,
    베이스 플레이트; 및
    상기 베이스 플레이트의 일면에 장착되는 제14항에 기재된 정전 척을 포함하는 기판 고정 장치.
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