KR20220123714A - 접합체, 유지 장치, 및 정전 척 - Google Patents

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KR20220123714A
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layer
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오사무 요시모토
류이치 아라카와
도모오 다나카
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니뽄 도쿠슈 도교 가부시키가이샤
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Abstract

접합체에 있어서, 접합층은, 융점에 있어서의 표면 장력이 1000 mN/m 이하인 금속을 주성분으로 하는 접합재와, 복수의 구멍이 형성되는 금속층으로서, 구멍의 적어도 일부에 접합재가 비집고 들어가 있는 금속층을 구비한다.

Description

접합체, 유지 장치, 및 정전 척
본 발명은, 접합체, 유지 장치, 및 정전 척에 관한 것이다.
종래부터 접합재를 포함하는 접합층에 의해 2 개의 부재가 접합된 접합체가 알려져 있다. 일반적으로 표면 장력이 작은 금속이 포함되는 접합재를 사용하여 2 개의 부재를 접합하면, 접합층과 2 개 부재의 접합 계면의 넓은 범위에 접합재를 널리 퍼지게 할 수 있다. 예를 들어, 특허문헌 1, 2 에는, 표면 장력이 비교적 작은 인듐을 주성분으로 하는 접합재를 사용하여 2 개의 부재를 접합하는 기술이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 3 에는, 접합재보다 열전도율이 높은 섬유를 포함하는 접합층을 구비하는 접합체가 개시되어 있다. 또, 특허문헌 4 에는, 열전도율이 높은 메시 부재를 갖는 접합층을 구비하는 유지 장치가 개시되어 있다.
일본 특허공보 제3485390호 일본 공개특허공보 평3-3249호 일본 공개특허공보 2020-47747호 일본 공개특허공보 평7-263527호
그러나, 상기 서술한 바와 같은 선행 기술에 의해서도, 접합체에 있어서, 접합재가 2 개 부재의 사이로부터 흘러 나오는 것을 억제하는 것에 의한 접합 강도의 저하를 억제하는 기술에 대해서는 여전히 개선의 여지가 있었다. 예를 들어, 특허문헌 1, 2 에 기재된 기술에서는, 인듐을 포함하는 접합재의 유동성은 높기 때문에, 2 개 부재의 사이로부터 접합재가 흘러 나오는 경우가 있다. 이 때문에, 2 개 부재의 접합 강도가 저하될 우려가 있다. 특허문헌 3 에 기재된 기술에서는, 접합층에 있어서, 접합재의 흐름이 섬유에 의해 차단됨으로써, 접합층과 2 개 부재의 접합 계면에 보이드가 발생하는 경우가 있다. 보이드가 발생하면, 접합층에 의한 2 개 부재의 접합 강도가 저하될 우려가 있다. 특허문헌 4 에 기재된 기술에서는, 접합재의 흐름이 메시 부재에 의해 차단됨으로써 접합층과 2 개 부재의 접합 계면에 보이드가 발생하여, 접합층에 의한 2 개 부재의 접합 강도가 저하될 우려가 있다.
본 발명은, 접합재에 의해 제 1 부재와 제 2 부재가 접합된 접합체에 있어서, 접합재가 2 개 부재의 사이로부터 흘러 나오는 것을 억제하는 것에 의한 접합 강도의 저하를 억제하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 서술한 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 이하의 형태로서 실현하는 것이 가능하다.
(1) 본 발명의 일 형태에 의하면, 접합층을 개재하여 제 1 부재와 제 2 부재가 접합된 접합체가 제공된다. 이 접합체에 있어서, 상기 접합층은, 융점에 있어서의 표면 장력이 1000 mN/m 이하인 금속을 주성분으로 하는 접합재와, 복수의 구멍이 형성되는 금속층으로서, 상기 구멍의 적어도 일부에 상기 접합재가 비집고 들어가 있는 금속층을 구비한다.
이 구성에 의하면, 금속층의 구멍의 적어도 일부에, 융점에 있어서의 표면 장력이 1000 mN/m 이하인 금속을 주성분으로 하는 접합재가 비집고 들어가 있다. 접합재의 주성분이란, 접합재에 포함되는 성분 중, 접합재의 전체 중량에 대하여 50 ％ 이상의 중량 비율을 나타내는 성분을 가리킨다. 융점에 있어서의 표면 장력이 1000 mN/m 이하인 금속을 주성분으로 하는 접합재는, 녹으면 유동성이 높다. 접합층에서는, 접합재가 제 1 부재 및 제 2 부재와 접합층의 접합 계면의 전역으로 퍼지면서 금속층의 구멍에 비집고 들어감으로써, 제 1 부재와 제 2 부재의 사이로부터 접합재가 흘러 나오기 어려워진다. 이로써, 접합재는, 제 1 부재와 제 2 부재의 사이로부터 흘러 나오는 것이 억제되기 때문에, 제 1 부재와 제 2 부재의 접합 강도의 저하를 억제할 수 있다.
(2) 상기 형태의 접합체에 있어서, 상기 금속층은, 몰리브덴 또는 텅스텐을 주성분으로 하는 재료로 형성되어도 된다. 이 구성에 의하면, 몰리브덴 또는 텅스텐을 주성분으로 하는 재료로 형성되는 금속층은, 열팽창이 비교적 작기 때문에, 제 1 부재와 제 2 부재를 접합할 때나 접합체를 사용할 때에 가열되어도, 금속층의 변형 정도가 작아진다. 이로써, 접합재의 흘러 나옴을 안정적으로 억제할 수 있기 때문에, 제 1 부재와 제 2 부재의 접합 강도의 저하를 더욱 억제할 수 있다.
(3) 상기 형태의 접합체에 있어서, 상기 금속층은, 알루미늄 또는 티탄을 주성분으로 하는 재료로 형성되어도 된다. 이 구성에 의하면, 알루미늄 또는 티탄을 주성분으로 하는 재료로 형성되는 금속층은, 영률이 비교적 작기 때문에, 변형되기 쉬워진다. 이로써, 접합체가 냉각될 때에, 접합재의 수축에 추종되어 금속층도 변형되기 때문에, 보이드의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 보이드의 발생에 의한 제 1 부재와 제 2 부재의 접합 강도의 저하를 억제할 수 있다.
(4) 상기 형태의 접합체에 있어서, 상기 금속층은, 메시 부재이고, 상기 메시 부재의 선재의 표면은, 금, 은, 구리 중 어느 것을 주성분으로 하는 재료로 형성되어 있어도 된다. 이 구성에 의하면, 메시 부재인 금속층을 형성하는 선재의 표면은, 금, 은, 구리 중 어느 것을 주성분으로 하는 재료로 형성된다. 이로써, 금속층에 대한 접합재의 젖음성이 향상되기 때문에, 접합재가 제 1 부재 및 제 2 부재와 접합층의 접합 계면의 전역으로 퍼지기 쉬워져, 보이드의 발생이 억제된다. 따라서, 제 1 부재와 제 2 부재의 접합 강도의 저하를 억제할 수 있다.
(5) 상기 형태의 접합체에 있어서, 상기 금속층은, 복수의 선재가, 평직상, 능직상, 또는 첩직 (疊織) 상 중 어느 것으로 교차되도록 형성되어 있는 메시 부재이고, 상기 선재는, 인접하는 다른 선재와 교차되는 부분이 상기 다른 선재에 접속되어 있지 않아도 된다. 이 구성에 의하면, 인접하는 다른 선재와 교차되는 부분이 다른 선재와 접속되어 있지 않은 메시 부재는, 예를 들어, 펀칭 메탈이나 복수의 선재가 교차됨으로써 형성되어 있기는 하지만, 인접하는 다른 선재와 교차되는 부분이 다른 선재와 접속되어 있는 용접망에 비해서 선재가 움직이기 쉬워진다. 이로써, 접합체가 냉각될 때에, 접합재의 수축에 추종되어 금속층도 변형되기 쉬워지기 때문에, 보이드의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 보이드의 발생에 의한 제 1 부재와 제 2 부재의 접합 강도의 저하를 더욱 억제할 수 있다.
(6) 상기 형태의 접합체에 있어서, 상기 금속층은, 메시 부재이고, 메시 간격은, 70 ㎛ ∼ 1500 ㎛ 여도 된다. 이 구성에 의하면, 메시 부재인 금속층의 메시 간격은, 70 ㎛ ∼ 1500 ㎛ 로 되어 있다. 메시 간격이, 70 ㎛ 보다 작아지면, 금속층의 구멍에 비집고 들어가는 접합재가 금속층의 내부를 이동하기 어려워지기 때문에, 접합재가 접합 계면의 전역으로 퍼지기 어려워진다. 또, 메시 간격이, 1500 ㎛ 보다 커지면, 접합층에 보이드가 발생하기 쉬워져, 제 1 부재와 제 2 부재의 접합 강도가 저하된다. 메시 간격이 70 ㎛ ∼ 1500 ㎛ 인 금속층을 구비하는 접합체에서는, 접합재를 제 1 부재 및 제 2 부재와 접합층의 접합 계면의 전역으로 퍼지게 하면서, 보이드의 발생에 의한 접합 강도의 저하를 억제할 수 있다. 이로써, 제 1 부재와 제 2 부재의 접합 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.
(7) 상기 형태의 접합체에 있어서, 상기 금속층은, 메시 부재이고, 상기 메시 부재의 선재의 선 직경은, 50 ㎛ ∼ 400 ㎛ 여도 된다. 이 구성에 의하면, 메시 부재인 금속층의 선재의 선 직경은, 50 ㎛ ∼ 400 ㎛ 로 되어 있다. 선 직경이 50 ㎛ 보다 작아지면, 금속층에 의한 접합재의 흐름 방지의 효과가 작아져, 접합재가 금속층의 구멍으로부터 새어 나오기 쉬워진다. 또, 선 직경이 400 ㎛ 보다 커지면, 금속층에 의한 접합재의 흐름 방지의 효과가 지나치게 커지기 때문에, 접합재가 접합 계면의 전역으로 퍼지기 어려워진다. 선 직경이 50 ㎛ ∼ 400 ㎛ 인 금속층을 접합층에 구비하는 접합층에서는, 접합재를 접합 계면의 전역에 적당히 퍼지게 할 수 있다. 이로써, 접합재가 제 1 부재와 제 2 부재의 사이로부터 흘러 나오는 것을 억제하면서, 보이드의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 보이드의 발생에 의한 제 1 부재와 제 2 부재의 접합 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.
(8) 상기 형태의 접합체에 있어서, 상기 접합재는, 인듐을 주성분으로 해도 된다. 이 구성에 의하면, 인듐을 주성분으로 하는 접합재를 접합층에 사용함으로써, 비교적 저온에서 제 1 부재와 제 2 부재를 접합할 수 있다. 비교적 저온에서 제 1 부재와 제 2 부재를 접합할 수 있기 때문에, 저온에서 사용하기에 적합한 접합체를 얻을 수 있다.
(9) 본 발명의 다른 형태에 의하면, 유지 장치가 제공된다. 이 유지 장치는, 상기 접합체를 구비하고, 상기 제 2 부재는, 유지 대상물이 재치 (載置) 되는 재치면을 구비한다. 이 구성에 의하면, 접합체에서는, 금속층에 의해 제 1 부재와 제 2 부재의 사이로부터 접합재가 흘러 나오는 것이 억제되기 때문에, 제 1 부재와 제 2 부재의 접합 강도를 향상시킬 수 있다. 이로써, 접합체에 전극 단자가 배치되는 관통 구멍이 형성되는 경우, 관통 구멍에 대한 접합재의 새어 나옴에 의한 전극 단자의 절연 불량의 발생을 억제할 수 있다. 또, 리프트 핀 등의 이동체가 배치되는 관통 구멍이 접합체에 형성되는 경우, 관통 구멍에 대한 접합재의 새어 나옴에 의한 이동체의 동작 불량의 발생을 억제할 수 있다. 또, 재치면에 유체를 공급하는 관통 구멍이 접합체에 형성되는 경우, 관통 구멍에 대한 접합재의 새어 나옴에 의한 관통 구멍의 폐색을 억제할 수 있다. 이와 같이 유지 장치에 있어서의 절연 불량이나 동작 불량의 발생, 관통 구멍의 폐색 등을 억제할 수 있기 때문에, 유지 장치의 기능 상실을 억제할 수 있다.
(10) 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 정전 척이 제공된다. 이 정전 척은, 상기 유지 장치를 구비하고, 상기 제 1 부재는, 내부에 정전 흡착 전극을 갖는다. 이 구성에 의하면, 접합체에는, 정전 흡착 전극에 전기적으로 접속되는 전극 단자가 배치되는 전극용 관통 구멍이나, 정전 흡착 전극에 정전 흡착되는 웨이퍼를 들어 올리기 위한 리프트 핀이 삽입되는 리프트 핀용 관통 구멍이 형성된다. 상기 유지 장치가 구비하는 접합체에서는, 금속층에 의해 제 1 부재와 제 2 부재의 사이로부터 접합재가 흘러 나오는 것이 억제되기 때문에, 전극용 관통 구멍에서의 전극 단자의 절연 불량이나, 리프트 핀용 관통 구멍에서의 리프트 핀의 동작 불량의 발생을 억제할 수 있다. 또, 재치면에 유체를 공급하는 관통 구멍에 대한 접합재의 새어 나옴에 의한 관통 구멍의 폐색을 억제할 수 있다. 따라서, 정전 척의 기능 상실을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명은, 여러 가지 양태로 실현하는 것이 가능하며, 예를 들어, 접합체를 포함하는 장치, 접합체 및 유지 장치의 제조 방법 등의 형태로 실현할 수 있다.
도 1 은, 제 1 실시형태의 정전 척의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 2 는, 정전 척의 전체 단면도이다.
도 3 은, 정전 척의 부분 단면도이다.
도 4 는, 접합재의 흘러 나옴의 평가 방법을 설명하는 제 1 도면이다.
도 5 는, 접합재의 흘러 나옴의 평가 방법을 설명하는 제 2 도면이다.
도 6 은, 접합체의 접합 강도의 평가 방법을 설명하는 제 1 도면이다.
도 7 은, 접합체의 접합 강도의 평가 방법을 설명하는 제 2 도면이다.
도 8 은, 접합체의 평가 시험의 결과를 설명하는 제 1 도면이다.
도 9 는, 접합체의 평가 시험의 결과를 설명하는 제 2 도면이다.
＜제 1 실시형태＞
도 1 은, 제 1 실시형태의 정전 척 (1) 의 외관을 나타내는 사시도이다. 도 2 는, 정전 척 (1) 의 전체 단면도이다. 도 3 은, 정전 척 (1) 의 부분 단면도이다. 제 1 실시형태의 정전 척 (1) 은, 예를 들어 에칭 장치에 구비되고, 웨이퍼 (W) 를 정전 인력에 의해 흡착함으로써 유지하는 유지 장치이다. 정전 척 (1) 은, 세라믹 부재 (10) 와 전극 단자 (15) 와 리프트 핀 (18) 과 금속 부재 (20) 와 접합층 (30) 을 구비한다 (도 3 참조). 정전 척 (1) 에서는, z 축 방향 (상하 방향) 에, 세라믹 부재 (10), 접합층 (30), 금속 부재 (20) 의 순서로 적층되어 있다. 정전 척 (1) 에 있어서, 세라믹 부재 (10) 와 접합층 (30) 과 금속 부재 (20) 로 이루어지는 접합체 (1a) 는, 대략 원 형상의 기둥상체로 되어 있다. 접합체 (1a) 에서는, 접합층 (30) 을 개재하여 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 가 접합되어 있다. 세라믹 부재 (10) 는, 청구범위의 「제 1 부재」에 해당한다. 금속 부재 (20) 는, 청구범위의 「제 2 부재」에 해당한다. 웨이퍼 (W) 는, 청구범위의 「유지 대상물」에 해당한다.
세라믹 부재 (10) 는, 대략 원 형상의 판상 부재이고, 알루미나 (Al2O3) 에 의해 형성되어 있다. 세라믹 부재 (10) 의 직경은, 예를 들어 50 ㎜ ∼ 500 ㎜ 정도 (통상적으로는 200 ㎜ ∼ 350 ㎜ 정도) 이고, 세라믹 부재 (10) 의 두께는, 예를 들어 1 ㎜ ∼ 10 ㎜ 정도이다. 세라믹 부재 (10) 는, 1 쌍의 주면 (11, 12) 을 갖는다. 1 쌍의 주면 (11, 12) 중 일방의 주면 (11) 에는, 웨이퍼 (W) 가 재치되는 재치면 (13) 이 형성된다. 재치면 (13) 에 재치되는 웨이퍼 (W) 는, 세라믹 부재 (10) 의 내부에 배치되어 있는 정전 흡착 전극 (100) (도 2 및 도 3 참조) 이 발생시키는 정전 인력에 의해 재치면 (13) 에 흡착 고정된다. 타방의 주면 (12) 에는, 오목부 (14) 가 형성된다. 오목부 (14) 에는, 도시되지 않은 전원으로부터의 전력을 정전 흡착 전극 (100) 에 공급하는 전극 단자 (15) 의 단부 (15a) 가 배치된다. 또한, 세라믹 부재 (10) 를 형성하는 세라믹은, 질화알루미늄 (AlN), 지르코니아 (ZrO2), 질화규소 (Si3N4), 탄화규소 (SiC), 이트리아 (Y2O3) 등이어도 된다.
세라믹 부재 (10) 에는, 2 개의 관통 구멍 (16, 17) 이 형성된다. 관통 구멍 (16) 은, z 축 방향으로 세라믹 부재 (10) 를 관통하고 있고, 리프트 핀 (18) 이 삽입된다. 관통 구멍 (17) 은, 재치면 (13) 에 웨이퍼 (W) 가 재치되어 있을 때에, 재치면 (13) 과 웨이퍼 (W) 의 사이에 공급되는 헬륨 가스가 흐르는 가스 유로가 된다 (도 3 의 점선 화살표 F1 참조).
금속 부재 (20) 는, 스테인리스강에 의해 형성되는 대략 원형 평면상의 판상 부재이고, 1 쌍의 주면 (21, 22) 을 갖는다. 금속 부재 (20) 의 직경은, 예를 들어 220 ㎜ ∼ 550 ㎜ 정도 (통상적으로는 220 ㎜ ∼ 350 ㎜) 이고, 금속 부재 (20) 의 두께는, 예를 들어 20 ㎜ ∼ 40 ㎜ 정도이다. 금속 부재 (20) 의 내부에는, 냉매 유로 (200) 가 형성되어 있다 (도 2 참조). 냉매 유로 (200) 에, 예를 들어 불소계 불활성 액체나 물 등의 냉매가 흐르면, 접합층 (30) 을 개재하여 세라믹 부재 (10) 가 냉각되고, 세라믹 부재 (10) 에 재치된 웨이퍼 (W) 가 냉각된다. 또한, 금속 부재 (20) 를 형성하는 금속의 종류는, 구리 (Cu), 알루미늄 (Al), 알루미늄 합금, 티탄 (Ti), 티탄 합금 등이어도 된다.
금속 부재 (20) 에는, 3 개의 관통 구멍 (23, 24, 25) 이 형성된다. 3 개의 관통 구멍 (23, 24, 25) 의 각각은, 도 3 에 나타내는 바와 같이, z 축 방향으로 세라믹 부재 (10) 를 관통하고 있다. 관통 구멍 (23) 에는, 전극 단자 (15) 가 삽입 통과된다. 관통 구멍 (24) 에는, 리프트 핀 (18) 이 삽입된다. 관통 구멍 (25) 은, 재치면 (13) 에 웨이퍼 (W) 가 재치되어 있을 때에, 재치면 (13) 과 웨이퍼 (W) 의 사이에 공급되는 헬륨 가스가 흐르는 유로가 된다.
접합층 (30) 은, 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 의 사이에 배치되어 있고, 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 를 접합한다. 접합층 (30) 은, 금속층 (31) 과 접합재 (32) 를 구비하고 있다.
금속층 (31) 은, 세라믹 부재 (10) 의 타방의 주면 (11) 과 금속 부재 (20) 의 일방의 주면 (21) 의 사이에 배치되어 있다. 금속층 (31) 은, 대략 원형 평면상의 메시 부재이고, 니켈 (Ni) 로 이루어지는 복수의 선재를 사용하여 망목을 형성하도록 짜여져 있다. 이로써, 금속층 (31) 에는, 복수의 구멍이 형성된다. 메시 부재의 선재의 표면에는, 은 (Ag) 도금이 실시되어 있다. 금속층 (31) 은, 메시 간격이 70 ㎛ ∼ 1500 ㎛ 이고, 선 직경이 50 ㎛ ∼ 400 ㎛ 로 되어 있다. 본 실시형태에서는, 메시 부재는, 복수의 선재가 평직상으로 교차되도록 형성되어 있고, 인접하는 다른 선재와 교차되는 부분이 다른 선재와 접속되어 있지 않은 직망 (織網) 구조로 되어 있다. 즉, 복수의 선재의 각각은, 인접하는 선재에 대한 상대 위치를 변경하는 것이 가능하다. 또한, 금속층 (31) 은, 메시 부재에 한정되지 않고, 펀칭 메탈과 같은 포러스재나, 용접망과 같은 망목 구조재여도 된다. 금속층 (31) 을 형성하는 재료는, 니켈에 한정되지 않고, 몰리브덴 (Mo), 텅스텐 (W), 티탄 (Ti), 알루미늄 (Al), 구리 (Cu), 진유, 이것들의 합금, 또는 스테인리스강 등으로 형성되어도 된다. 메시 부재의 선재의 표면에 실시되는 도금은, 은 도금에 한정되지 않고, 금 (Au) 도금 또는 구리 도금이 실시되어 있어도 된다. 또, 메시 부재를 형성하는 복수의 선재의 교차시킴 방법은, 평직상에 한정되지 않고, 능직상이나 첩직상이어도 된다.
금속층 (31) 에는, 3 개의 관통 구멍 (31a, 31b, 31c) 이 형성되어 있다. 관통 구멍 (31a) 은, 세라믹 부재 (10) 의 오목부 (14) 와 금속 부재 (20) 의 관통 구멍 (23) 을 연통시킨다. 관통 구멍 (31b) 은, 세라믹 부재 (10) 의 관통 구멍 (16) 과 금속 부재 (20) 의 관통 구멍 (24) 을 연통시킨다. 관통 구멍 (31c) 은, 세라믹 부재 (10) 의 관통 구멍 (17) 과 금속 부재 (20) 의 관통 구멍 (25) 을 연통시킨다. 즉, 금속 부재 (20) 와 금속층 (31) 에는, 서로 연통되는 관통 구멍 (23, 25, 31a, 31c) 이 각각 형성되어 있고, 세라믹 부재 (10) 에는, 금속 부재 (20) 와 금속층 (31) 에 각각 형성된 관통 구멍 (25, 31c) 과 연통되는 관통 구멍 (17) 이 형성되어 있다.
접합재 (32) 는, 융점에 있어서의 표면 장력이 1000 mN/m 이하인 인듐 (In) 을 주성분으로 하는 접합재이다. 여기서, 접합재의 주성분이란, 접합재에 포함되는 성분 중, 접합재의 전체 중량에 대하여 50 ％ 이상의 중량 비율을 나타내는 성분을 가리킨다. 접합재의 주성분은, 주사형 전자 현미경 (SEM) 의 에너지 분산형 X 선 분광기 (EDS) 를 사용함으로써 특정된다. 본 실시형태에서는, 접합재 (32) 의 전체 중량에 대한 인듐의 중량 비율은 100 ％ 이다. 접합재 (32) 는, 접합층 (30) 에 있어서, 금속층 (31) 의 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 측의 각각에 위치하고 있고, 금속층 (31) 이 갖는 복수의 구멍의 적어도 일부에 비집고 들어가 있다. 또한, 접합재 (32) 의 주성분은, 아연 (Zn), 납 (Pb), 주석 (Sn) 등의 융점에 있어서의 표면 장력이 1000 mN/m 이하인 금속이어도 된다. 융점에 있어서의 표면 장력은, 상기 서술한 EDS 를 사용하여 특정된 금속에 대하여 sessile-drop 법에 의해 측정된다.
다음으로, 정전 척 (1) 의 제조 방법에 대해서 설명한다. 최초로 세라믹 부재 (10) 의 타방의 주면 (12) 과 금속 부재 (20) 의 일방의 주면 (21) 의 각각에, 접합재 (32) 가 되는 인듐박을 배치한다. 다음으로, 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 의 각각에 배치된 인듐박의 사이에, 금속층 (31) 을 배치하고, 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 에 의해 금속층 (31) 을 사이에 둔다. 마지막으로 인듐박을 가열함으로써 인듐박을 용융시켜, 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 를 접합한다. 이 때, 용융된 인듐박의 일부는, 금속층 (31) 의 구멍에 비집고 들어간다. 이로써, 접합체 (1a) 가 완성된다. 완성된 접합체 (1a) 에 전극 단자 (15) 나 리프트 핀 (18) 을 장착함으로써, 정전 척 (1) 이 완성된다.
또, 정전 척 (1) 의 다른 제조 방법에서는, 금속층 (31) 의 한 쌍의 주면의 각각에 접합재 (32) 가 되는 인듐박을 배치한다. 인듐박이 배치된 금속층 (31) 을 가열함으로써 인듐박을 용융시켜, 금속층 (31) 의 한 쌍의 주면의 각각에 접합재 (32) 를 배치한다. 이로써, 접합재 (32) 의 일부가 구멍에 비집고 들어가 있는 금속층 (31) 이 형성된다. 이 접합재 (32) 를 구멍에 비집고 들어가 있는 금속층 (31) 을, 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 의 사이에 배치하고, 가열하면서 프레스함으로써 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 를 접합한다. 이로써, 접합체 (1a) 가 완성된다. 완성된 접합체 (1a) 에 전극 단자 (15) 나 리프트 핀 (18) 을 장착함으로써, 정전 척 (1) 이 완성된다. 또한, 정전 척 (1) 의 제조 방법은, 이것들에 한정되지 않는다.
다음으로, 접합층을 개재하여 2 개의 부재가 접합된 접합체를 평가하는 평가 시험에 대해서 설명한다. 본 실시형태에서는, 접합층이 구비하는 금속층과 접합재의 조합이 상이한 접합체의 샘플을 제작하고, 각각의 샘플에 대해서 접합재의 흘러 나옴과 접합 강도를 평가하였다.
도 4 는, 접합재의 흘러 나옴의 평가 방법을 설명하는 제 1 도면이다. 도 5 는, 접합재의 흘러 나옴의 평가 방법을 설명하는 제 2 도면이다. 최초로 접합재의 흘러 나옴의 평가 시험에 있어서의 평가 항목을 설명한다. 도 4 및 도 5 는, 접합체의 샘플에 있어서의 접합재의 흘러 나옴 유무의 평가 방법을 설명하는 도면이다. 도 4 및 도 5 에 나타내는 샘플 Sm 은, 2 매의 알루미나판 (10a, 20a) 과 접합층 (30a) 을 구비한다. 2 매의 알루미나판 (10a, 20a) 중, 알루미나판 (10a) 에는, 도 4 및 도 5 에 나타내는 바와 같이, 관통 구멍 (16a) 이 형성되어 있다. 도 4 는, 2 매의 알루미나판 (10a, 20a) 이 접합층 (30a) 에 의해 접합되기 전의 상태를 나타내고 있고, 도 5 는, 2 매의 알루미나판 (10a, 20a) 이 접합층 (30a) 에 의해 접합된 후의 상태를 나타내고 있다.
접합재의 흘러 나옴의 평가 시험에서는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 2 매의 알루미나판 (10a, 20a) 의 사이에, 접합재를 포함하는 접합층 (30a) 을 배치한다. 이 때, 접합층 (30a) 에는, 관통 구멍 (16a) 의 내경 d15 보다 큰 내경을 갖는 구멍 (35a) 이 형성된다 (도 4 참조). 이로써, 접합층 (30a) 의 내벽면 (36a) 은, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 알루미나판 (10a) 에 가려지기 때문에, 관통 구멍 (16a) 을 통해서 접합층 (30a) 은 확인할 수 없는 상태가 된다. 다음으로, 샘플 Sm 을 가열하여, 접합층 (30a) 의 접합재를 용융시킴으로써 2 매의 알루미나판 (10a, 20a) 을 접합한다. 알루미나판 (10a, 20a) 을 접합했을 때의 접합층 (30a) 의 구멍 (35a) 의 내경을 내경 d35 로 한다 (도 5 참조). 또한, 본 평가 시험에서는, 2 매의 알루미나판 (10a, 20a) 을 접합했을 때에도, 접합층 (30a) 의 내벽면 (36a) 이, 알루미나판 (10a) 에 가려서 보이지 않는 경우, 구멍 (35a) 의 내경 d35 는, 알루미나판 (10a) 의 관통 구멍 (16a) 의 내경 d15 와 동일한 크기로 한다.
접합재의 흘러 나옴의 평가 시험에서는, 2 매의 알루미나판 (10a, 20a) 을 접합했을 때의 내경 d15 와 내경 d35 의 대소 관계를 사용하여, 접합층 (30a) 의 접합재의 흘러 나옴을 평가한다. 구체적으로는, 이하와 같이 기호로 나타낸다.
d15＝d35 : ○
0＜d15－d35＜1 ㎜ : △
d15－d35≥1 ㎜ : ×
상기 「d15＝d35」의 관계는, 알루미나판 (10a) 의 관통 구멍 (16a) 을 통해서 접합층 (30a) 이 보이지 않는 것을 의미하고 있으며, 접합재가 2 매의 알루미나판 (10a, 20a) 의 사이로부터 흘러 나오지 않음을 나타내고 있다. 상기 「0＜d15－d35＜1 ㎜」의 관계는, 접합층 (30a) 의 구멍 (35a) 의 내경 d35 가, 알루미나판 (10a) 의 관통 구멍 (16a) 의 내경 d15 보다 아주 조금 (1 ㎜ 미만) 작은 것을 의미하고 있으며, 접합층 (30a) 의 접합재가 2 매의 알루미나판 (10a, 20a) 의 사이로부터 허용할 수 있는 범위에서 소량 흘러 나오고 있음을 나타내고 있다. 상기 「d15－d35≥1 ㎜」의 관계는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 접합층 (30a) 의 구멍 (35a) 의 내경 d35 가 알루미나판 (10a) 의 관통 구멍 (16a) 의 내경 d15 보다 1 ㎜ 이상 작은 것을 의미하고 있으며, 접합재가 2 매의 알루미나판 (10a, 20a) 의 사이로부터 크게 흘러 나오고 있음을 나타내고 있다.
도 6 은, 접합체의 접합 강도의 평가 방법을 설명하는 제 1 도면이다. 도 7 은, 접합체의 접합 강도의 평가 방법을 설명하는 제 2 도면이다. 도 6 및 도 7 에 나타내는 샘플 Sm 은, 2 매의 은제 판상 부재 (10b, 20b) 와 접합층 (30b) 을 구비한다. 접합층 (30b) 은, 2 매의 판상 부재 (10b, 20b) 의 각각의 일방의 단부 (11b, 21b) 를 접합하도록 배치되어 있다 (도 6 참조). 본 평가 시험에서는, 일방의 단부 (11b, 21b) 가 접합층 (30b) 에 의해 접합되어 있는 샘플 Sm 에 있어서, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 2 매의 판상 부재 (10b, 20b) 의 각각의 타방의 단부 (12b, 22b) 를 서로 반대 방향으로 끌어당긴다. 도 7 에 나타내는 상태에서 2 매의 판상 부재 (10b, 20b) 의 각각의 타방의 단부 (12b, 22b) 를 끌어당기는 힘 (도 7 에 나타내는 백색 화살표 P1, P2) 을 서서히 크게 하고, 샘플 Sm 이 파손될 때의 힘으로부터 샘플 Sm 의 파단 강도를 측정한다. 본 평가 시험에서는, 이 측정된 파단 강도를, 접합 강도로 간주한다. 구체적으로는, 접합 강도는, 이하와 같이 기호로 나타낸다. 여기서, 「계면」이란, 판상 부재 (10b, 20b) 와 접합층 (30b) 의 접합 계면을 가리킨다.
파단 강도 1.5 kgf 이상 (접합층 파괴) : ○
파단 강도 1 kgf 이상 1.5 kgf 미만 (일부 계면 박리) : △＋ 또는 △－
△＋ : 계면의 전체 면적에 대한 박리된 부분의 면적 비율이 50 ％ 미만
△－ : 계면의 전체 면적에 대한 박리된 부분의 면적 비율이 50 ％ 이상
파단 강도 1 kgf 미만 (계면 박리) : ×
본 평가 시험에서는, 복수의 구멍이 형성되는 금속층으로서 펀칭 메탈과 용접망과 직망을 사용하여, 접합재의 흘러 나옴과 접합 강도를 평가하였다. 본 평가 시험에서의 펀칭 메탈이란, 금속제 부재에 복수의 작은 구멍을 뚫은 것이다. 본 평가 시험에서의 용접망이란, 금속제 선재를 짜넣은 것으로, 선재가 겹쳐져 있는 지점이 용접에 의해 접속되어 있는 것이다. 본 평가 시험에서의 직망이란, 선재를 짜넣었을 뿐인 것으로, 선재가 겹쳐져 있는 지점은 접속되어 있지 않는 것이다.
도 8 은, 접합체의 평가 시험의 결과를 설명하는 제 1 도면이다. 도 8 에는, 금속층 유무, 금속층의 구조 차이, 금속층을 형성하는 선재의 재료 차이, 선재의 도금 유무, 및 직망의 짜넣기 방법 차이의 각각의 영향에 대해서, 접합재의 흘러 나옴과 접합 강도를 평가한 결과를 나타내고 있다.
접합층에 있어서의 금속층 유무에 의한 영향에 대해서, 접합층에 금속층을 구비하지 않은 샘플 1 과, 접합층에 펀칭 메탈을 구비하는 샘플 2 를 사용하여 설명한다. 도 8 에 나타내는 바와 같이, 샘플 1 에서는, 접합재의 흘러 나옴 (×) 과 접합 계면의 전체면 박리 (×) 가 확인되었다. 한편, 샘플 2 에서는, 샘플 1 에 비해서 접합재의 흘러 나옴이 억제되어 (△), 접합 계면의 박리는 일부에 그치는 (△－) 것이 확인되었다. 이로써, 접합층에 다공질의 금속층이 포함됨으로써, 접합재의 흘러 나옴이 억제되어, 접합 강도가 향상되는 것이 확인되었다.
금속층의 구조 차이에 의한 영향에 대해서, 접합층에 펀칭 메탈을 구비하는 샘플 2 와, 접합층에 용접망을 구비하는 샘플 3 과, 접합층에 직망을 구비하는 샘플 12 를 사용하여 설명한다. 샘플 2, 3, 12 의 각각에 있어서의 재료 (SUS) 는 동일하고, 샘플 3, 12 의 각각에 있어서의 메시 간격 (500 ㎛) 과 선재의 선 직경 (200 ㎛) 은 동일하다. 도 8 에 나타내는 바와 같이, 샘플 2 와 샘플 3 에서는, 접합 계면 중 50 ％ 이상이 박리되는 (△－) 한편, 샘플 12 에서는, 접합 계면 중 50 ％ 미만밖에 박리되지 않았다 (△＋). 이로써, 접합 강도에 대해서는, 이번 평가 시험에서 사용한 3 종류의 금속층 중, 직망이 가장 양호한 것이 확인되었다. 이는 인접하는 다른 선재와 교차되는 부분이 다른 선재와 접속되어 있지 않은 직망은, 펀칭 메탈이나 용접망에 비해서 선재가 움직이기 쉬워지기 때문에, 접합재의 수축에 추종되어 변형되어, 보이드의 발생이 억제되기 때문으로 생각된다.
금속층을 형성하는 선재의 재료 차이에 의한 영향에 대해서, 용접망을 형성하는 선재의 재료가, SUS, 알루미늄, 티탄, 몰리브덴, 텅스텐, 은의 각각인, 샘플 3 ∼ 8 을 사용하여 설명한다. 샘플 3 ∼ 8 의 각각에 있어서의 메시 간격 (500 ㎛) 과 선재의 선 직경 (200 ㎛) 은 동일하다. 도 8 에 나타내는 바와 같이, 샘플 4 와 샘플 5 의 접합 강도는, 샘플 3 의 접합 강도에 비해서 향상되는 것 (△－→○) 이 확인되었다. 이는 영률이 비교적 작은 알루미늄 또는 티탄으로 형성되는 용접망은, 변형되기 쉽기 때문에, 접합재의 수축에 추종되기 쉬워 보이드의 발생이 억제되기 때문으로 생각된다. 또, 샘플 6 과 샘플 7 에 있어서의 접합재의 흘러 나옴은, 샘플 3 에 있어서의 접합재의 흘러 나옴에 비해서 억제되는 것 (△→○) 이 확인되었다. 이는 열팽창이 비교적 작은 몰리브덴 또는 텅스텐으로 형성되는 용접망은, 온도에 따른 금속층의 변형 정도가 작기 때문으로 생각된다. 또한, 은으로 형성되는 용접망을 구비하는 샘플 8 에서도, 접합 강도가 샘플 3 의 접합 강도에 비해서 향상되는 것 (△－→○) 이 확인되었다.
선재의 도금 유무에 의한 영향에 대해서, 용접망을 형성하는 선재에 도금이 실시되어 있지 않은 샘플 3 과, 용접망을 형성하는 선재의 표면에 은 도금, 금 도금, 구리 도금의 각각이 실시되어 있는 샘플 9 ∼ 11 을 사용하여 설명한다. 샘플 3, 9 ∼ 11 의 각각에 있어서의 메시 간격 (500 ㎛) 과 선재의 선 직경 (200 ㎛) 과 선재 (SUS) 는 동일하다. 도 8 에 나타내는 바와 같이, 샘플 9 ∼ 11 의 접합 강도는, 샘플 3 의 접합 강도에 비해서 향상되는 것 (△－→○) 이 확인되었다. 이는 선재의 표면에 은, 금, 구리의 각각이 도금됨으로써 접합재의 젖음성이 향상되기 때문으로 생각된다. 이로써, 접합재가 판상 부재 (10b, 20b) 와 접합층 (30b) 의 접합 계면의 전역으로 퍼지기 쉬워져, 보이드의 발생을 억제할 수 있다.
직망의 짜넣기 방법 차이에 의한 영향에 대해서, 직망이, 평직, 능직, 첩직의 각각으로 짜여져 있는 샘플 12, 13, 14 를 사용하여 설명한다. 도 8 에 나타내는 바와 같이, 샘플 12 ∼ 14 의 각각에 있어서, 접합 강도의 크기에 유의한 차이는 확인되지 않았다.
도 9 는, 접합체의 평가 시험의 결과를 설명하는 제 2 도면이다. 도 9 에는, 직망을 형성하는 선재의 도금 유무 및 도금의 재료 차이, 메시 간격의 차이, 선재의 선 직경 차이, 선재의 재료 차이, 그리고, 브레이징재의 재료 차이의 각각의 영향에 대해서, 접합재의 흘러 나옴과 접합 강도를 평가한 결과를 나타내고 있다.
선재의 도금 유무 및 도금의 재료 차이에 의한 영향에 대해서, 선재의 표면에 도금이 실시되어 있지 않은 직망을 구비하는 샘플 15 와, 선재의 표면에 은 도금, 금 도금, 구리 도금의 각각이 실시되어 있는 직망을 구비하는 샘플 16 ∼ 18 을 사용하여 설명한다. 샘플 15 ∼ 18 의 각각에 있어서의 직망의 메시 간격 (500 ㎛) 과 선재의 선 직경 (200 ㎛) 과 선재 (몰리브덴) 는 동일하다. 도 9 에 나타내는 바와 같이, 샘플 15 ∼ 18 의 각각에서는, 모두 접합재의 흘러 나옴은 확인되지 않았다 (○). 한편, 접합 강도에서는, 샘플 16 ∼ 18 은, 샘플 15 에 비해서 접합 강도가 커, 접합 계면이 박리되기 전에 접합층이 파괴되는 (○) 것이 확인되었다. 이는 샘플 16 ∼ 18 의 각각에서는, 상기 서술한 바와 같이, 선재의 표면에 은, 금, 구리의 각각이 도금됨으로써 접합재의 젖음성이 향상되기 때문으로 생각된다. 이로써, 샘플 16 ∼ 18 에서는, 샘플 15 에 비해서 접합재가 판상 부재 (10b, 20b) 와 접합층 (30b) 의 접합 계면의 전역으로 퍼지기 쉬워, 보이드의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 직망의 선재의 표면에 은, 금, 구리 중 어느 것이 도금됨으로써, 판상 부재 (10b, 20b) 와 접합층 (30b) 의 접합 강도가 더욱 향상되는 것이 확인되었다.
메시 간격의 차이에 의한 영향에 대해서, 메시 간격이 상이한 샘플 16, 19 ∼ 24 를 사용하여 설명한다. 샘플 19 ∼ 24 에서는, 메시 간격이 500 ㎛ 인 샘플 16 (선 직경 200 ㎛) 을 기준으로 하여, 선재의 선 직경을 고정시킨 상태로, 메시 간격을 50 ㎛ 에서 1700 ㎛ 까지 변화시키고 있다. 도 9 에 나타내는 바와 같이, 메시 간격이 70 ㎛, 100 ㎛, 1000 ㎛, 1500 ㎛ 인 샘플 20 ∼ 23 의 각각에서는, 접합재의 흘러 나옴은 확인되지 않고 (○), 접합 계면이 박리되기 전에 접합층 (30b) 이 파괴되는 (○) 것이 확인되었다. 한편, 메시 간격이 50 ㎛ 인 샘플 19 와, 메시 간격이 1700 ㎛ 인 샘플 24 에서는, 접합 계면의 일부가 박리되기 (△＋) 때문에, 접합 강도가 샘플 20 ∼ 23 에 비해서 저하되는 것이 확인되었다. 샘플 19 와 같이, 메시 간격이 50 ㎛ 가 되면, 금속층의 구멍에 비집고 들어가는 접합재가 금속층의 내부를 이동하기 어려워지기 때문에, 접합재가 접합 계면의 전역으로 퍼지기 어려워진다. 또, 샘플 24 와 같이, 메시 간격이 1700 ㎛ 가 되면, 접합층에 보이드가 발생하기 쉬워져, 접합 강도가 저하된다. 샘플 16, 19 ∼ 24 의 비교로부터, 직망의 메시 간격을 70 ㎛ ∼ 1500 ㎛ 로 함으로써, 판상 부재 (10b, 20b) 와 접합층 (30b) 의 접합 강도가 향상되는 것이 확인되었다.
선재의 선 직경에 의한 영향에 대해서, 선 직경이 상이한 샘플 16, 25 ∼ 29를 사용하여 설명한다. 샘플 25 ∼ 29 에서는, 선 직경이 200 ㎛ 인 샘플 16 (메시 간격 500 ㎛) 을 기준으로 하여, 메시 간격을 고정시킨 상태로, 선 직경을 30 ㎛ 에서 450 ㎛ 까지 변화시키고 있다. 도 9 에 나타내는 바와 같이, 선 직경이 50 ㎛, 150 ㎛, 400 ㎛ 인 샘플 26 ∼ 28 에서는, 접합재의 흘러 나옴은 확인되지 않고 (○), 접합 계면이 박리되기 전에 접합층 (30b) 이 파괴되는 (○) 것이 확인되었다. 한편, 선 직경이 30 ㎛ 인 샘플 25 와, 선 직경이 450 ㎛ 인 샘플 29 에서는, 접합 계면의 일부가 박리되는 (△) 것이 확인되었다. 샘플 25 와 같이, 선 직경이 30 ㎛ 가 되면, 금속층에 의한 접합재의 흐름 방지의 효과가 작아져, 접합재가 금속층의 구멍으로부터 새어 나오기 쉬워진다. 또, 샘플 29 와 같이, 선 직경이 450 ㎛ 가 되면, 금속층에 의한 접합재의 흐름 방지의 효과가 지나치게 커지기 때문에, 접합재가 접합 계면의 전역으로 퍼지기 어려워진다. 샘플 16, 25 ∼ 29 의 비교로부터, 선 직경을 50 ㎛ ∼ 400 ㎛ 로 함으로써, 판상 부재 (10b, 20b) 와 접합층 (30b) 의 접합 강도가 향상되는 것이 확인되었다.
직망을 형성하는 선재의 재료 차이에 의한 영향에 대해서, 직망의 선재가 몰리브덴으로 형성되어 있는 샘플 16 과, 직망의 선재가 은텅스텐으로 형성되어 있는 샘플 30 을 사용하여 설명한다. 샘플 16, 30 의 각각에 있어서의 메시 간격 (500 ㎛) 과 선재의 선 직경 (200 ㎛) 과 도금의 재료 (은) 는 동일하다. 도 9 에 나타내는 바와 같이, 샘플 16 과 샘플 30 에서는, 접합재의 흘러 나옴과 접합 강도의 각각에 있어서, 선재의 재료에 의한 유의한 차이는 확인되지 않았다.
브레이징재의 재료 차이에 의한 영향에 대해서, 샘플 16 의 인듐과 상이한 접합재를 구비하는 샘플 31 과 샘플 32 를 사용하여 설명한다. 샘플 31 에서는, 주석 (Sn) 과 은 (Ag) 과 구리 (Cu) 의 조성비가 1 : 3 : 0.5 인 SnAgCu 로 이루어지는 접합재에 의해 판상 부재 (10b, 20b) 가 접합되어 있다. 샘플 32 에서는, 납 (Pb) 과 주석의 조성비가 1 : 5 인 PbSn 으로 이루어지는 접합재에 의해 판상 부재 (10b, 20b) 가 접합되어 있다. 샘플 31 및 샘플 32 에서는, 직망의 선재의 표면에 은 도금이 실시되어 있다. 샘플 18 및 샘플 19 모두, 접합재의 흘러 나옴은 확인되지 않고 (○), 접합 계면이 박리되기 전에 접합층 (30b) 이 파괴되는 (○) 것이 확인되었다.
이상 설명한, 본 실시형태의 접합체 (1a) 에 의하면, 금속층 (31) 의 구멍의 적어도 일부에, 융점에 있어서의 표면 장력이 1000 mN/m 이하인 인듐을 주성분으로 하는 접합재 (32) 가 비집고 들어가 있다. 인듐을 주성분으로 하는 접합재 (32) 는, 녹으면 유동성이 높다. 접합층 (30) 에서는, 접합재 (32) 가 세라믹 부재 (10) 및 금속 부재 (20) 와 접합층 (30) 의 접합 계면의 전역으로 퍼지면서 금속층 (31) 의 구멍에 비집고 들어감으로써, 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 의 사이로부터 접합재 (32) 가 흘러 나오기 어려워진다. 이로써, 접합재 (32) 는, 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 의 사이로부터 흘러 나오는 것이 억제되기 때문에, 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 의 접합 강도의 저하를 억제할 수 있다.
또, 본 실시형태의 접합체 (1a) 에 의하면, 도 8 및 도 9 에 나타내는 바와 같이, 금속층 (31) 을, 몰리브덴 또는 텅스텐을 주성분으로 하는 재료로 형성하면, 금속층 (31) 의 열팽창이 비교적 작아진다. 이로써, 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 를 접합할 때나, 정전 척 (1) 을 사용할 때에 접합체 (1a) 가 가열되어도, 금속층의 변형 정도가 작아진다. 따라서, 접합재 (32) 의 흘러 나옴을 안정적으로 억제할 수 있기 때문에, 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 의 접합 강도의 저하를 더욱 억제할 수 있다.
또, 본 실시형태의 접합체 (1a) 에 의하면, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 금속층 (31) 을, 알루미늄 또는 티탄을 주성분으로 하는 재료로 형성하면, 영률이 비교적 작아지기 때문에 변형되기 쉬워진다. 이로써, 정전 척 (1) 이 냉각될 때에, 접합재 (32) 의 수축에 추종되어 금속층 (31) 도 변형되기 때문에, 보이드의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 보이드의 발생에 의한 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 의 접합 강도의 저하를 더욱 억제할 수 있다.
또, 본 실시형태의 접합체 (1a) 에 의하면, 니켈제 메시 부재인 금속층 (31) 의 선재의 표면에는 은 도금이 실시되어 있다. 즉, 메시 부재의 선재의 표면은, 은을 주성분으로 하는 재료로 형성되어 있다. 이로써, 금속층 (31) 에 대한 접합재 (32) 의 젖음성이 향상되기 때문에, 접합재 (32) 가 세라믹 부재 (10) 및 금속 부재 (20) 와 접합층 (30) 의 접합 계면의 전역으로 퍼지기 쉬워져, 보이드의 발생이 더욱 억제된다. 따라서, 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 의 접합 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.
또, 본 실시형태의 접합체 (1a) 에 의하면, 금속층 (31) 은, 대략 원형 평면상의 메시 부재이고, 메시 부재를 형성하는 복수의 선재가 평직상으로 교차되도록 형성되어 있다. 금속층 (31) 은, 인접하는 다른 선재와 교차되는 부분이 다른 선재와 접속되어 있지 않은 직망 구조로 되어 있다. 이로써, 펀칭 메탈이나 인접하는 다른 선재와 교차되는 부분이 다른 선재와 접속되어 있는 용접망에 비해서 선재가 움직이기 쉬워지기 때문에, 예를 들어, 정전 척 (1) 이 냉각될 때에, 접합재 (32) 의 수축에 추종되어 금속층 (31) 도 변형되기 쉬워진다. 따라서, 보이드의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 의 접합 강도의 저하를 더욱 억제할 수 있다.
또, 본 실시형태의 접합체 (1a) 에 의하면, 니켈제 메시 부재인 금속층 (31) 의 메시 간격은, 70 ㎛ ∼ 1500 ㎛ 로 되어 있다. 메시 간격이, 70 ㎛ 보다 작아지면, 다공질체의 구멍에 비집고 들어가는 접합재가 금속층의 내부를 이동하기 어려워지기 때문에, 접합재가 접합 계면의 전역으로 퍼지기 어려워진다. 또, 메시 간격이, 1500 ㎛ 보다 커지면, 접합층에 보이드가 발생하기 쉬워져, 접합 강도가 저하된다. 메시 간격이 70 ㎛ ∼ 1500 ㎛ 인 금속층 (31) 을 접합층 (30) 에 구비하는 접합체 (1a) 에서는, 접합재 (32) 를 세라믹 부재 (10) 및 금속 부재 (20) 와 접합층 (30) 의 접합 계면의 전역으로 퍼지게 하면서, 보이드의 발생에 의한 접합 강도의 저하를 억제할 수 있다. 이로써, 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 의 접합 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.
또, 본 실시형태의 접합체 (1a) 에 의하면, 니켈제 메시 부재인 금속층 (31) 의 선재의 선 직경은, 50 ㎛ ∼ 400 ㎛ 로 되어 있다. 선 직경이 50 ㎛ 보다 작아지면, 금속층에 의한 접합재의 흐름 방지의 효과가 작아져, 접합재가 금속층의 구멍으로부터 새어 나오기 쉬워진다. 또, 선 직경이 400 ㎛ 보다 커지면, 금속층에 의한 접합재의 흐름 방지의 효과가 지나치게 커지기 때문에, 접합재가 접합 계면의 전역으로 퍼지기 어려워진다. 선재의 선 직경이 50 ㎛ ∼ 400 ㎛ 인 금속층 (31) 을 접합층 (30) 에 구비하는 접합체 (1a) 에서는, 접합재 (32) 를 접합 계면의 전역으로 적당히 퍼지게 할 수 있다. 이로써, 접합재 (32) 가 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 의 사이로부터 흘러 나오는 것을 억제하면서, 보이드의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 의 접합 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.
또, 일반적으로 접합층의 두께가 두꺼워지면, 2 개 부재의 접합 강도를 확보하기 위해서 필요한 접합재의 양이 많아지기 때문에, 인듐과 같은 고가의 금속을 사용하는 경우, 접합체의 제조 비용이 증대된다. 본 실시형태의 접합체 (1a) 에서는, 금속층 (31) 의 선재의 선 직경을 400 ㎛ 이하로 함으로써, 접합층 (30) 의 두께를 비교적 얇게 할 수 있기 때문에, 접합재 (32) 의 사용량을 저감시킬 수 있다. 이로써, 접합체 (1a) 의 제조 비용을 저감시킬 수 있다.
또, 접합층의 두께가 두꺼워지면, 2 개의 부재 사이의 거리가 길어지기 때문에, 접합층의 열전도성이 저하된다. 예를 들어, 본 실시형태의 유지 장치와 같이 일방의 부재로부터 타방의 부재에 열을 전달할 때, 접합층을 개재하여 효율적으로 전열 (傳熱) 할 수 없을 우려가 있다. 본 실시형태의 접합체 (1a) 에서는, 금속층 (31) 의 선재의 선 직경을 400 ㎛ 이하로 함으로써, 접합층 (30) 의 두께를 비교적 얇게 할 수 있기 때문에, 접합층 (30) 의 열전도성의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 세라믹 부재 (10) 로부터 금속 부재 (20) 에 효율적으로 열을 전달할 수 있다.
또, 본 실시형태의 접합체 (1a) 에 의하면, 접합재 (32) 는, 인듐을 주성분으로 하고 있다. 이로써, 비교적 저온에서 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 를 접합할 수 있다. 비교적 저온에서 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 를 접합할 수 있기 때문에, 저온에서 사용하기에 적합한 접합체 (1a) 를 얻을 수 있다.
또, 본 실시형태의 정전 척 (1) 에 의하면, 접합체 (1a) 에서는, 접합재 (32) 는, 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 의 사이로부터 흘러 나오는 것이 억제되어, 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 의 접합 강도를 향상시킬 수 있다. 이로써, 접합체 (1a) 에 형성되어 있는 전극 단자 (15) 가 배치되는 관통 구멍 (31a) 에 대한 접합재 (32) 의 새어 나옴에 의한 전극 단자 (15) 의 절연 불량의 발생을 억제할 수 있다. 또, 리프트 핀 (18) 이 배치되는 관통 구멍 (31b) 에 대한 접합재 (32) 의 새어 나옴에 의한 리프트 핀 (18) 의 동작 불량의 발생을 억제할 수 있다. 또, 재치면 (13) 에 헬륨 가스를 공급하는 관통 구멍 (31c) 에 대한 접합재 (32) 의 새어 나옴에 의한 관통 구멍 (31c) 의 폐색을 억제할 수 있다. 따라서, 정전 척 (1) 의 기능 상실을 억제할 수 있다.
＜본 실시형태의 변형예＞
본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지 양태에서 실시하는 것이 가능하며, 예를 들어 다음과 같은 변형도 가능하다.
[변형예 1]
상기 서술한 실시형태에서는, 「접합체」는, 세라믹 부재 (10) 와 금속 부재 (20) 를 구비하는 것으로 하였다. 그러나, 「접합체」를 구성하는 부재의 조합은, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 세라믹 부재끼리 접합된 접합체여도 되고, 금속 부재끼리 접합된 접합체여도 된다. 또한, 세라믹 및 금속 이외의 다른 재료에 의해 형성되어도 된다. 예를 들어, 유리, 유리 에폭시, 열가소성 수지 및 열경화성 수지 등의 수지, 종이 페놀, 종이 에폭시, 유리 콤퍼짓, 이것들의 절연 부재를 표면에 형성한 금속 부재 등에 의해 형성해도 된다.
[변형예 2]
상기 서술한 실시형태에서는, 금속층 (31) 은, 니켈 (Ni) 제 선재를 평직상으로 교차시켜 형성되어 있는 메시 부재인 것으로 하였다. 그러나, 금속층 (31) 은, 이것에 한정되지 않는다. 포러스재나 망목 구조재, 금속 섬유로 이루어지는 펠트여도 된다. 또, 메시 부재를 형성하는 복수의 선재의 교차시킴 방법은, 평직상에 한정되지 않고, 능직상이나 첩직상이어도 된다. 또한, 금속층 (31) 을 형성하는 재료는, 니켈에 한정되지 않는다. 금속층 (31) 은, 몰리브덴 (Mo), 텅스텐 (W), 티탄 (Ti), 알루미늄 (Al), 구리 (Cu), 진유, 이것들의 합금, 또는 스테인리스강 등의 금속제여도 되고, 금속 이외의 재료로 형성되어도 된다.
[변형예 3]
상기 서술한 실시형태에서는, 금속층 (31) 은, 메시 부재를 구성하는 선재의 표면에 은 도금이 실시되어 있는 것으로 하였다. 그러나, 메시 부재의 선재의 표면이, 은을 주성분으로 하는 재료로 형성되어 있어도 되고, 메시 부재 그 자체가 은으로 형성되어 있어도 된다. 또, 메시 부재의 표면에 은을 주성분으로 하는 재료가 형성되어 있지 않아도 되고, 금이나 구리를 주성분으로 하는 재료가 형성되어 있어도 된다. 이 경우, 메시 부재 그 자체가 금이나 구리로 형성되어 있어도 된다. 또, 메시 부재의 표면이 금속을 주성분으로 하는 재료로 형성되어 있지 않아도 된다.
[변형예 4]
상기 서술한 실시형태에서는, 금속층 (31) 은, 메시 간격이 70 ㎛ ∼ 1500 ㎛ 이고, 선재의 선 직경이 50 ㎛ ∼ 400 ㎛ 로 되어 있는 것으로 하였다. 그러나, 메시 부재의 메시 간격 및 선 직경은, 이것들에 한정되지 않는다. 메시 간격을 70 ㎛ ∼ 1500 ㎛ 로 함으로써, 접합재 (32) 를 접합 계면의 전역으로 퍼지게 하면서, 보이드의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 접합 강도를 향상시킬 수 있다. 또, 선재의 선 직경을 50 ㎛ ∼ 400 ㎛ 로 함으로써, 금속층 (31) 에 의해 접합재 (32) 의 흐름 방지가 적당히 행해지기 때문에, 접합 강도를 향상시킬 수 있다.
[변형예 5]
상기 서술한 실시형태에서는, 접합재 (32) 의 전체 중량에 대한 인듐의 중량 비율은 100 ％ 인 것으로 하였다. 그러나, 인듐의 중량 비율은, 이것에 한정되지 않는다. 접합재 (32) 의 전체 중량에 대한 중량 비율이 50 ％ 이상이면 된다. 또, 인듐의 중량 비율은, 50 ％ 이상이 아니어도 되고, 접합재 (32) 자체의 융점에 있어서의 표면 장력이 1000 mN/m 이하여도 된다. 또, 접합재의 주성분은, 인듐에 한정되지 않는다. 융점에 있어서의 표면 장력이 300 mN/m 이상 또한 1000 mN/m 이하인 금속이면 되고, 예를 들어 아연, 납, 주석 등이어도 된다.
[변형예 6]
상기 서술한 실시형태에서는, 정전 척 (1) 은, 에칭 장치에 구비되는 것으로 하였다. 그러나, 정전 척 (1) 의 적용 분야는 이것에 한정되지 않는다. 정전 척 (1) 은, 반도체 제조 장치에 있어서 웨이퍼의 고정, 교정, 반송 등을 실시하기 위해서 사용되어도 된다. 또한, 접합체 (1a) 를 구비하는 「유지 장치」를 구비하는 장치는, 정전 척에 한정되지 않고, 예를 들어, CVD (Chemical Vapor Deposition) 장치, PVD (Physical Vapor Deposition) 장치, PLD (Pulsed Laser Deposition) 장치 등의 서셉터나 재치대로서 사용되어도 된다. 따라서, 유지 대상물을 유지하는 힘은, 정전 인력에 한정되지 않는다.
[변형예 7]
상기 서술한 실시형태에서는, 접합체에 있어서, 세라믹 부재와 접합층의 사이, 및 금속 부재와 접합층의 사이의 적어도 어느 일방에, 금속층 등의 다른 층을 구비해도 된다. 이 다른 층은, 예를 들어, 접합층을 형성하는 접합재 중의 티탄의 증발에 의해 형성되는 층이나, 미리 형성된 메탈라이즈층 등이어도 된다.
[변형예 8]
상기 서술한 실시형태에서는, 세라믹 부재 (10) 와 접합층 (30) 과 금속 부재 (20) 의 적층체는, 대략 원 형상의 기둥상체인 것으로 하였다. 그러나, 「접합체」의 형상은, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 직사각형 형상이어도 되고, 다각형 형상 등이어도 된다.
이상, 실시형태, 변형예에 의거하여 본 양태에 대해서 설명해 왔는데, 상기한 양태의 실시형태는, 본 양태의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 본 양태를 한정하는 것은 아니다. 본 양태는, 그 취지 그리고 청구범위를 일탈하지 않고, 변경, 개량될 수 있음과 함께, 본 양태에는 그 등가물이 포함된다. 또, 그 기술적 특징이 본 명세서 내에 필수적인 것으로서 설명되어 있지 않으면, 적절히 삭제할 수 있다.
1…정전 척
1a…접합체
10…세라믹 부재
13…재치면
20…금속 부재
30 …접합층
31…금속층
32…접합재
W…웨이퍼

Claims (10)

  1. 접합층을 개재하여 제 1 부재와 제 2 부재가 접합된 접합체로서,
    상기 접합층은,
    융점에 있어서의 표면 장력이 1000 mN/m 이하인 금속을 주성분으로 하는 접합재와,
    복수의 구멍이 형성되는 금속층으로서, 상기 구멍의 적어도 일부에 상기 접합재가 비집고 들어가 있는 금속층을 구비하는 것을 특징으로 하는 접합체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속층은, 몰리브덴 또는 텅스텐을 주성분으로 하는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 접합체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속층은, 알루미늄 또는 티탄을 주성분으로 하는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 접합체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속층은, 메시 부재이고,
    상기 메시 부재의 선재의 표면은, 금, 은, 구리 중 어느 것을 주성분으로 하는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 접합체.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속층은, 복수의 선재가, 평직상, 능직상, 또는 첩직상 중 어느 것에 교차되도록 형성되어 있는 메시 부재이고,
    상기 선재는, 인접하는 다른 선재와 교차되는 부분이 상기 다른 선재에 접속되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 접합체.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속층은, 메시 부재이고,
    메시 간격은, 70 ∼ 1500 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 접합체.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속층은, 메시 부재이고,
    상기 메시 부재의 선재의 선 직경은, 50 ∼ 400 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 접합체.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접합재는, 인듐을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 접합체.
  9. 유지 장치로서,
    제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 접합체를 구비하고,
    상기 제 1 부재에는, 유지 대상물을 재치하는 재치면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유지 장치.
  10. 정전 척으로서,
    제 9 항에 기재된 유지 장치를 구비하고,
    상기 제 1 부재는, 내부에 정전 흡착 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 정전 척.
KR1020227027560A 2020-09-02 2021-06-25 접합체, 유지 장치, 및 정전 척 KR20220123714A (ko)

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