KR20230088677A - 세라믹스 접합체, 정전 척 장치, 세라믹스 접합체의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
한 쌍의 세라믹스판과, 한 쌍의 세라믹스판의 사이에 개재하는 전극층을 구비하고, 전극층은, 한 쌍의 세라믹스판 중 적어도 일방에 매설되며, 전극층의 외연에 있어서, 한 쌍의 세라믹스판 중 적어도 일방과 전극층의 접합면이, 한 쌍의 세라믹스판 및 전극층의 두께 방향에 대하여 기울어짐을 갖는, 세라믹스 접합체.
Description
본 발명은, 세라믹스 접합체, 정전 척 장치 및 세라믹스 접합체의 제조 방법에 관한 것이다.
본원은, 2020년 10월 21일에 출원된 일본 특허출원 2020-176425호에 근거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래, IC, LSI, VLSI 등의 반도체 장치를 제조하는 반도체 제조 공정에 있어서는, 실리콘 웨이퍼 등의 판상 시료는, 정전 척 기능을 구비한 정전 척 부재에 정전 흡착에 의하여 고정되어 소정의 처리가 실시된다.
예를 들면, 이 판상 시료에 플라즈마 분위기하에서 에칭 처리 등을 실시하는 경우, 플라즈마의 열에 의하여 판상 시료의 표면이 고온이 되고, 표면의 레지스트막이 터지는(버스트(burst)하는) 등의 문제가 발생한다.
따라서, 이 판상 시료의 온도를 원하는 일정한 온도로 유지하기 위하여, 냉각 기능을 갖는 정전 척 장치가 이용되고 있다. 이와 같은 정전 척 장치는, 상기의 정전 척 부재와, 금속제의 부재의 내부에 온도 제어용의 냉각 매체를 순환시키는 유로가 형성된 온도 조정용 베이스 부재를 구비하고 있다. 정전 척 부재와 온도 조정용 베이스 부재는, 정전 척 부재의 하면에 있어서, 실리콘계 접착제를 개재하여 접합·일체화하고 있다.
이 정전 척 장치에서는, 온도 조정용 베이스 부재의 유로에 온도 조정용의 냉각 매체를 순환시켜 열교환을 행하고, 정전 척 부재의 상면에 고정된 판상 시료의 온도를 바람직한 일정한 온도로 유지하면서 정전 흡착할 수 있다. 그 때문에, 상기 정전 척 장치를 이용하면, 정전 흡착하는 판상 시료의 온도를 유지하면서, 판상 시료에 각종 플라즈마 처리를 실시할 수 있다.
정전 척 부재로서는, 한 쌍의 세라믹스판과, 그들 사이에 개재하는 전극층을 구비한 세라믹스 접합체를 포함하는 구성이 알려져 있다. 이와 같은 세라믹스 접합체의 제조 방법으로서는, 예를 들면, 일방의 세라믹스 소결체에 홈을 파고, 그 홈 내에 도전층을 형성하여, 세라믹스 소결체와 함께 도전층을 연삭, 경면 연마한 후, 핫 프레스에 의하여, 일방의 세라믹스 소결체에 타방의 세라믹스 소결체를 접합하는 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1에서는, 한 쌍의 세라믹스판을 첩합한 계면(접합 계면)에, 미소한 공간(보이드)이 잔존하는 경우가 있어, 이 기구에 의하여 정전 척 부재의 내전압이 저하되는, 즉 절연 파괴될 우려가 지적되고 있다. 이와 같은 보이드를 갖는 정전 척 부재는, 유전층(세라믹스판)에 높은 전압을 인가하면, 보이드에 전하가 저류되어, 방전됨으로써 세라믹스판이 절연 파괴된다고 예상된다.
그러나, 특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 전극층과 세라믹스판의 사이에 보이드가 발생하는 것을 충분히 억제할 수 없었다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 높은 전압을 인가한 경우에, 방전에 의하여 세라믹스판의 절연 파괴가 발생하는 것을 억제한 세라믹스 접합체, 세라믹스 접합체를 포함하는 정전 척 장치, 및 세라믹스 접합체의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 이하의 양태를 포함한다.
[1] 한 쌍의 세라믹스판과, 상기 한 쌍의 세라믹스판의 사이에 개재하는 전극층을 구비하고, 상기 전극층은, 상기 한 쌍의 세라믹스판 중 적어도 일방에 매설되며, 상기 전극층의 외연(外緣)에 있어서, 상기 한 쌍의 세라믹스판 중 적어도 일방과 상기 전극층의 접합면이, 상기 한 쌍의 세라믹스판 및 상기 전극층의 두께 방향에 대하여 기울어짐을 갖는, 세라믹스 접합체.
[2] 한 쌍의 세라믹스판과, 상기 한 쌍의 세라믹스판의 사이에 개재하는 전극층과, 상기 한 쌍의 세라믹스판의 사이에 있어서, 상기 전극층의 주위에 배치된 절연층을 구비하고, 상기 전극층의 외연에 있어서, 상기 전극층과 상기 절연층의 접합면이, 상기 한 쌍의 세라믹스판, 상기 전극층 및 상기 절연층의 두께 방향에 대하여 기울어짐을 갖는, 세라믹스 접합체.
[3] 상기 전극층은, 절연성 세라믹스와 도전성 세라믹스로 구성되는, [1] 또는 [2]에 기재된 세라믹스 접합체.
[4] 상기 절연성 세라믹스는, Al2O3, AlN, Si3N4, Y2O3, YAG, SmAlO3, MgO 및 SiO2로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인, [3]에 기재된 세라믹스 접합체.
[5] 상기 도전성 세라믹스는, SiC, TiO2, TiN, TiC, W, WC, Mo, Mo2C 및 C로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인, [3] 또는 [4]에 기재된 세라믹스 접합체.
[6] 상기 전극층의 외연의 상대 밀도는, 상기 전극층의 중심의 상대 밀도보다 저밀도인 [1] 내지 [5] 중 어느 한 항에 기재된 세라믹스 접합체.
[7] 상기 한 쌍의 세라믹스판의 재료가, 서로 동일한 [1] 내지 [6] 중 어느 한 항에 기재된 세라믹스 접합체.
[8] 세라믹스로 이루어지는 정전 척 부재와, 금속으로 이루어지는 온도 조정용 베이스 부재를, 접착제층을 개재하여 접합하여 이루어지는 정전 척 장치로서, 상기 정전 척 부재는, [1] 내지 [7] 중 어느 한 항에 기재된 세라믹스 접합체로 이루어지는, 정전 척 장치.
[9] 한 쌍의 세라믹스판 중 적어도 일방에 대하여, 상기 한 쌍의 세라믹스판이 겹쳐지는 면에, 상기 한 쌍의 세라믹스판의 두께 방향에 대하여 경사지는 경사면을 갖는 오목부를 형성하는 공정과, 상기 오목부에, 전극층 형성용 페이스트를 도포하여 전극층 도막을 형성하는 공정과, 상기 전극층 도막을 형성한 면이 내측이 되는 자세로, 상기 한 쌍의 세라믹스판을 적층하는 공정과, 상기 한 쌍의 세라믹스판 및 상기 전극층 도막을 포함하는 적층체를, 가열하면서, 두께 방향으로 가압하는 공정을 갖는 세라믹스 접합체의 제조 방법.
[10] 한 쌍의 세라믹스판 중 적어도 일방에 대하여, 상기 한 쌍의 세라믹스판이 겹쳐지는 면에, 전극층 형성용 페이스트를 도포하여 전극층 도막을 형성함과 함께, 상기 전극층 도막의 주위를 둘러싸 절연층 형성용 페이스트를 도포하여 절연층 도막을 형성하는 공정과, 상기 전극층 도막 및 상기 절연층 도막을 형성한 면이 내측이 되는 자세로, 상기 한 쌍의 세라믹스판을 적층하는 공정과, 상기 한 쌍의 세라믹스판, 상기 전극층 도막 및 상기 절연층 도막을 포함하는 적층체를, 가열하면서, 두께 방향으로 가압하는 공정을 갖고, 상기 절연층 도막을 형성하는 공정에서는, 상기 전극층 도막의 외연과 상기 절연층 도막의 내연이 겹쳐져, 상기 전극층 도막과 상기 절연층 도막의 접촉면이, 상기 한 쌍의 세라믹스판의 두께 방향에 대하여 기울어짐을 갖는 세라믹스 접합체의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 높은 전압을 인가한 경우에, 방전에 의하여 세라믹스판의 절연 파괴가 발생하는 것을 억제한 세라믹스 접합체, 세라믹스 접합체를 포함하는 정전 척 장치, 및 세라믹스 접합체의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 세라믹스 접합체를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 관한 세라믹스 접합체를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 관한 세라믹스 접합체를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 관한 세라믹스 접합체를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 관한 세라믹스 접합체를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 관한 세라믹스 접합체를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 관한 세라믹스 접합체를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 관한 세라믹스 접합체를 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 관한 정전 척 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 관한 세라믹스 접합체를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 관한 세라믹스 접합체를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 관한 세라믹스 접합체를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 관한 세라믹스 접합체를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 관한 세라믹스 접합체를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 관한 세라믹스 접합체를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 관한 세라믹스 접합체를 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 관한 정전 척 장치를 나타내는 단면도이다.
본 발명의 세라믹스 접합체, 정전 척 장치, 및 세라믹스 접합체의 제조 방법의 실시형태에 대하여 설명한다.
또한, 본 실시형태는, 발명의 취지를 보다 잘 이해시키기 위하여 구체적으로 설명하는 것이며, 특별히 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
[세라믹스 접합체]
(제1 실시형태)
이하, 도 1을 참조하면서, 본 발명의 일 실시형태에 관한 세라믹스 접합체에 대하여 설명한다. 도 1에 있어서, 지면(紙面)의 좌우 방향(세라믹스 접합체의 폭방향)을 X방향, 지면의 상하 방향(세라믹스 접합체의 두께 방향)을 Y방향으로 한다.
또한, 이하의 모든 도면에 있어서는, 도면을 보기 쉽게 하기 위하여, 각 구성 요소의 치수나 비율 등은 적절히 상이하게 되어 있다.
도 1은, 본 실시형태의 세라믹스 접합체를 나타내는 단면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 세라믹스 접합체(1)는, 한 쌍의 세라믹스판(2, 3)과, 한 쌍의 세라믹스판(2, 3)의 사이에 개재하는 전극층(4)을 구비한다.
세라믹스 접합체의 내부는, 부재 간의 계면이나, 전극층의 내부가 막히게 되지 않고, 공간이 형성되는 경우가 있다. 이하의 설명에 있어서, 세라믹스 접합체의 내부에 발생하는 공간을, 발생하는 위치 및 크기에 근거하여, "보이드" "간극" "기공"이라고 칭한다.
용어 "공간"은, 상기 보이드, 간극 및 기공을 총칭하는 표현이다.
용어 "보이드"는, 제1 세라믹스판과 전극층의 계면, 또는 제2 세라믹스판과 전극층의 계면에 발생하는 공간으로서, 장경(長徑)이 50μm 미만인 공간을 의미한다.
용어 "간극"은, 제1 세라믹스판과 전극층의 계면, 또는 제2 세라믹스판과 전극층의 계면에 발생하는 공간으로서, 장경이 50μm 이상인 공간을 의미한다.
용어 "기공"은, 전극층의 내부에 발생하는 공간을 의미한다.
또한, 보이드 및 간극의 장경은, 각 공간(보이드 또는 간극)에 각각 외접하는 최소의 직사각형의 장변의 길이에 상당한다.
도 1에 나타내는 단면도는, 평면시에 있어서 세라믹스 접합체(1)에 외접하는 원 중 최소의 원을 상정했을 때, 이 원의 중심을 포함하는 가상면에 의하여, 세라믹스 접합체를 절단한 단면이다. 세라믹스 접합체(1)가 평면시에서 대략 원형인 경우, 상기 원의 중심과, 평면시에 있어서의 세라믹스 접합체의 형상의 중심과는 대략 일치한다.
또한, 본 명세서에 있어서 "평면시"란, 세라믹스 접합체의 두께 방향인 Y방향에서 본 시야를 가리킨다.
또, 본 명세서에 있어서 "외연"이란, 대상물을 평면시했을 때의 외주 근방의 영역을 가리킨다.
이하, 세라믹스판(2)을 제1 세라믹스판(2), 세라믹스판(3)을 제2 세라믹스판(3)이라고 하는 경우가 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 세라믹스 접합체(1)는, 제1 세라믹스판(2)과, 전극층(4)과, 제2 세라믹스판(3)이 이 순서로 적층되어 있다. 즉, 세라믹스 접합체(1)는, 제1 세라믹스판(2)과 제2 세라믹스판(3)이, 전극층(4)을 개재하여, 접합 일체화되어 이루어지는 접합체이다.
세라믹스 접합체(1)에서는, 전극층(4)의 외연은, 평면시에서 접합면(5)과 겹쳐지고, 또한 세라믹스 접합체(1)의 외부에 노출되어 있지 않다. 또, 전극층(4)의 외연에 있어서, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4)의 접합면(5)이, 한 쌍의 세라믹스판(2, 3) 및 전극층(4)의 두께 방향(도 1의 Y방향)에 대하여 기울어짐을 갖는다. 그 결과, Y방향에 있어서 대향하는 전극층(4)의 면(4a, 4b)을 비교하면, 제1 세라믹스판(2)과 접하는 -Y측의 면(4a)은, 제2 세라믹스판(3)과 접하는 +Y측의 면(4b)보다 넓다.
제2 세라믹스판(3)에는, 제1 세라믹스판(2)과의 접합면(3a)으로부터, 접합면(3a)과는 반대 측의 면(3b) 측을 향하여 +Y방향으로(제2 세라믹스판(3)의 두께 방향으로) 파이는 오목부(3A)가 형성되어 있다. 오목부(3A)는, +Y방향으로 개구 직경이 점감되어 있다. 오목부(3A)는, 제2 세라믹스판(3)의 면(3b)과 평행한 바닥면(3c)과, 제2 세라믹스판(3)의 두께 방향에 대하여 비스듬히 경사지는 경사면(3d)을 갖는다. 오목부(3A)의 경사면(3d)은, 바닥면(3c)으로부터 접합면(3a) 측으로 경사지는 면이다.
전극층(4)은, 오목부(3A)에 전극층 형성용 페이스트를 도포(충전)하여 형성한 전극층 도막으로 이루어진다. 따라서, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4)의 접합면(5)은, 오목부(3A)의 경사면(3d)과 동일한 면이다. 전극층(4)은, 제2 세라믹스판(3)의 오목부(3A)에 매설되어 있다.
전극층(4)의 외연은, 제2 세라믹스판(3)의 경사면(3d)과 상보적인 기울어짐을 갖고, 접합면(3a)과 상보적인 기울어짐을 갖는다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4)의 접합면(5)(경사면)의 길이(L1)는, 전극층(4)의 두께(T1)보다 큰 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4)의 사이에 있어서의 보이드 발생이 억제되어, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4)을 충분히 밀착시킬 수 있다. 이로써, 세라믹스 접합체(1)에 높은 전압을 인가한 경우에, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4)의 접합 계면에 있어서의 방전을 억제할 수 있다. 그 결과, 방전에 의한 세라믹스 접합체(1)의 절연 파괴를 억제할 수 있다.
또한, 전극층(4)은, 두께 방향보다 두께 방향과 직교하는 방향으로 큰 확산을 갖는 박형 전극이다. 일례로서, 전극층(4)은, 두께 20μm, 직경 29cm의 원반상이다. 이와 같은 전극층(4)은, 후술하는 바와 같이, 전극층 형성용 페이스트를 도포하여 소결함으로써 형성된다. 소결에 의하여 전극층 형성용 페이스트가 체적 수축할 때에는 등방적으로 수축하기 쉬운 점에서, 두께 방향보다, 두께 방향으로 직교하는 방향에 있어서 상대적으로 수축량이 커진다. 그 때문에, 전극층(4)의 외연, 즉 전극층(4)과 제2 세라믹스판(3)의 계면에서는, 구조적으로 보이드가 발생하기 쉽다.
접합면(5)의 길이(L1)와 전극층(4)의 두께(T1)의 비(L1/T1)는, 1.7 이상 6.5 이하가 바람직하고, 2.0 이상 5.0 이하가 보다 바람직하며, 2.2 이상 4.5 이하가 더 바람직하다. 또한, L1>T1이다.
길이(L1)는, 세라믹스 접합체(1)의 단면에 있어서의, 면(4a)과 접합면(5)이 접하는 위치(A)로부터, 면(4b)과 접합면(5)이 접하는 위치(B)까지의 길이이다. 위치(A) 및 위치(B)는, 각각, 단면에 있어서 면(4a, 4b)의 접선을 그었을 때에, 당해 접선과 접합면(5)이 교차하는 개소로서 판단할 수 있다. 후술하는 다른 실시형태에 있어서도, 접합면의 길이의 기준이 되는 접합면의 양단(兩端)의 위치는, 동일한 방법에 의하여 판단한다.
상기 비(L1/T1)가 상기 범위 내이면, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4)의 사이에 있어서의 보이드 발생이 억제되어, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4)을 충분히 밀착시킬 수 있다. 이로써, 세라믹스 접합체(1)에 높은 전압을 인가한 경우에, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4)의 접합 계면에 전하가 저류되기 어렵다. 그 결과, 접합 계면에 저류되는 전계에 기인한 방전을 억제할 수 있고, 방전에 의한 세라믹스 접합체(1)의 절연 파괴를 억제할 수 있다.
상기 비(L1/T1)가 상기 하한값 미만에서는, 접합 시의 접합면(5)(경사면(3d))의 Y방향에 대한 기울어짐이 작아지기 때문에, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4)의 밀착성이 저하된다.
상기 비(L1/T1)가 상기 상한값을 초과하면, 접합면(5)의 Y방향에 대한 기울어짐이 커져, L1/T1이 상기 상한값 이하의 세라믹스 접합체보다, 전극층(4)의 외연에 있어서 전극층(4)의 중앙보다 얇은 개소(예를 들면, 두께가 1/2 T1보다 얇은 개소)가 상대적으로 증가한다. 이와 같은 세라믹스 접합체에서는 전극층(4)에 통전했을 때에, 전극층(4)의 중앙에 있어서의 발열량보다 전극층(4)의 외연에 있어서의 발열량 쪽이 많아져, 전극층(4)의 외연이 고온이 되기 쉽다. 그 때문에, L1/T1이 상기 상한값을 초과하는 세라믹스 접합체에서는, 고주파 전력 인가 시의 면내 온도 균일성이 저하된다.
본 실시형태에서는, "세라믹스판(3)과 전극층(4)의 접합면(5)의 접합 비율"은, 접합면(5)의 임의의 주사형 전자 현미경 사진으로부터 산출할 수 있다.
즉, 무작위로 선택된 시야(세라믹스 접합체(1)에 대하여 무작위로 제작한 단면)에서 확대 배율 1000배의 전자 현미경 사진을 촬영하고, 이 전자 현미경 사진에 찍힌, 경사면의 길이를 "접합면(5)의 전체 길이(L1)"로 한다.
한편, 상기 전자 현미경 사진에 있어서 세라믹스판(3)과 전극층(4)의 사이에 발생한 각 보이드의 장경 길이를 구하고, 이 장경 길이의 합계를 "접합면(5)에 발생한 보이드 길이(D1)"로 한다.
이와 같이 하여 구해진 길이로부터, "접합면(5)에 발생한 보이드 길이(D1)"에 대한 "접합면(5)의 전체 길이(L1)"의 비율을 백분율로 구하고, 구한 값을 100%에서 뺀 값을 "세라믹스판(3)과 전극층(4)의 접합면(5)의 접합 비율"로서 산출한다.
세라믹스판(3)과 전극층(4)의 접합면(5)의 접합 비율은, 25% 이상이 바람직하고, 40% 이상이 보다 바람직하며, 50% 이상이 더 바람직하고, 60% 이상이 보다 더 바람직하다.
세라믹스판(3)과 전극층(4)의 접합면(5)의 접합 비율이 상기 하한값 이상이면, 세라믹스 접합체(1)에 높은 전압을 인가한 경우에, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4)의 접합 계면에 있어서의 방전을 억제할 수 있다. 그 결과, 방전에 의한 세라믹스 접합체(1)의 절연 파괴를 억제할 수 있다.
(세라믹스판)
제1 세라믹스판(2) 및 제2 세라믹스판(3)은, 그 중첩면의 외주의 형상을 동일하게 한다.
제1 세라믹스판(2) 및 제2 세라믹스판(3)의 두께는, 특별히 한정되지 않으며, 세라믹스 접합체(1)의 용도에 따라 적절히 조정된다.
제1 세라믹스판(2) 및 제2 세라믹스판(3)은, 동일 조성이거나 또는 주성분이 동일하다. 제1 세라믹스판(2) 및 제2 세라믹스판(3)은, 절연성 물질과 도전성 물질의 복합체로 이루어지는 것이 바람직하지만, 절연성 물질이어도 된다.
제1 세라믹스판(2) 및 제2 세라믹스판(3)에 포함되는 절연성 물질은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 산화 알루미늄(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN), 산화 이트륨(Y2O3), 이트륨·알루미늄·가닛(YAG) 등을 들 수 있다. 그중에서도, Al2O3, AlN이 바람직하다.
제1 세라믹스판(2) 및 제2 세라믹스판(3)에 포함되는 도전성 물질은 도전성 세라믹스여도 되고, 탄소 재료 등의 도전성 재료여도 된다. 제1 세라믹스판(2) 및 제2 세라믹스판(3)에 포함되는 도전성 물질은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 탄화 규소(SiC), 산화 타이타늄(TiO2), 질화 타이타늄(TiN), 탄화 타이타늄(TiC), 탄소 재료, 희토류 산화물, 희토류 불화물 등을 들 수 있다. 탄소 재료로서는, 카본 나노 튜브(CNT), 카본 나노 파이버를 들 수 있다. 그중에서도, SiC가 바람직하다.
제1 세라믹스판(2) 및 제2 세라믹스판(3)의 재료는, 체적 고유 저항값이 1013Ω·cm 이상 1017Ω·cm 이하 정도이며, 기계적인 강도를 갖고, 또한 부식성 가스 및 그 플라즈마에 대한 내구성을 갖는 재료이면, 특별히 한정되지 않는다. 이와 같은 재료로서는, 예를 들면, Al2O3 소결체, AlN 소결체, Al2O3-SiC 복합 소결체 등을 들 수 있다. 고온에서의 유전 특성, 고내식성(高耐食性), 내플라즈마성, 내열성의 관점에서, 제1 세라믹스판(2) 및 제2 세라믹스판(3)의 재료는, Al2O3-SiC 복합 소결체가 바람직하다.
제1 세라믹스판(2) 및 제2 세라믹스판(3)을 구성하는 절연성 물질의 평균 1차 입자경은, 0.5μm 이상 3.0μm 이하가 바람직하고, 0.7μm 이상 2.0μm 이하가 보다 바람직하며, 1.0μm 이상 2.0μm 이하가 더 바람직하다.
제1 세라믹스판(2) 및 제2 세라믹스판(3)을 구성하는 절연성 물질의 평균 1차 입자경이 0.5μm 이상 3.0μm 이하이면, 치밀하고 내전압성이 높아, 내구성이 높은 제1 세라믹스판(2) 및 제2 세라믹스판(3)이 얻어진다.
제1 세라믹스판(2) 및 제2 세라믹스판(3)을 구성하는 절연성 물질의 평균 1차 입자경의 측정 방법은, 다음과 같다. 니혼 덴시사제의 전해 방출형 주사 전자 현미경(FE-SEM. 니혼 덴시 주식회사제, JSM-7800F-Prime)으로 10000배로 확대하고, 제1 세라믹스판(2) 및 제2 세라믹스판(3)의 두께 방향의 절단면을 관찰하여, 인터셉트법에 의하여 절연성 물질 200개의 입자경의 평균을 평균 1차 입자경으로 한다.
(전극층)
전극층(4)은, 고주파 전력을 통전하여 플라즈마를 발생시켜 플라즈마 처리하기 위한 플라즈마 발생용 전극, 전하를 발생시켜 정전 흡착력으로 판상 시료를 고정하기 위한 정전 척용 전극, 통전 발열시켜 판상 시료를 가열하기 위한 히터 전극 등으로서 이용되는 구성이다. 전극층(4)의 형상(전극층(4)을 평면시한 경우의 형상)이나, 크기(두께나, 전극층(4)을 평면시한 경우의 면적)는, 특별히 한정되지 않고, 세라믹스 접합체(1)의 용도에 따라 적절히 조정된다.
전극층(4)은, 절연성 세라믹스(절연성 물질)의 입자와 도전성 세라믹스(도전성 물질)의 입자의 복합 재료(소결체)로 구성된다.
전극층(4)에 포함되는 절연성 세라믹스는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, Al2O3, AlN, 질화 규소(Si3N4), Y2O3, YAG, 사마륨-알루미늄 산화물(SmAlO3), 산화 마그네슘(MgO) 및 산화 규소(SiO2)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이 바람직하다.
전극층(4)에 포함되는 도전성 세라믹스(도전성 물질)는, SiC, TiO2, TiN, TiC, 텅스텐(W), 탄화 텅스텐(WC), 몰리브데넘(Mo), 탄화 몰리브데넘(Mo2C), 탄소 재료 및 도전성 복합 소결체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이 바람직하다.
탄소 재료로서는, 카본 블랙, 카본 나노 튜브, 카본 나노 파이버를 들 수 있다.
도전성 복합 소결체로서는, 예를 들면, Al2O3-Ta4C5, Al2O3-W, Al2O3-SiC, AlN-W, AlN-Ta 등을 들 수 있다.
전극층(4)에 포함되는 도전성 물질이 상기 물질로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종임으로써, 전극층의 도전율을 담보할 수 있다.
전극층(4)이, 상술한 도전성 물질과 절연성 물질로 이루어짐으로써, 제1 세라믹스판(2) 및, 제2 세라믹스판(3)과의 접합 강도 및, 전극으로서의 기계적 강도가 강해진다.
전극층(4)에 포함되는 절연성 물질이, Al2O3임으로써, 고온에서의 유전 특성, 고내식성, 내플라즈마성, 내열성이 유지된다.
전극층(4)에 있어서의 도전성 물질과 절연성 물질의 함유량의 비(배합비)는, 특별히 한정되지 않고, 세라믹스 접합체(1)의 용도에 따라 적절히 조정된다.
전극층(4)은, 전체가 동일한 상대 밀도여도 된다. 또, 전극층(4)은, 외연에 있어서, 전극층(4)의 중심보다 저밀도여도 된다. 전극층(4)의 밀도(상대 밀도)는, 세라믹스 접합체(1)의 단면에 대하여 촬상하는 현미경 사진에 근거하여 구해진다.
(전극층의 상대 밀도의 측정 방법)
상세하게는, 도 1과 동일한 단면에 대하여, 현미경(예를 들면, 키엔스사제 디지털 마이크로 스코프(VFX-900F))을 이용하여, 확대 배율 1000배의 현미경 사진을 촬상한다. 전극층(4)의 외연의 상대 밀도를 측정하는 경우, 촬상 범위는, 전극층(4)의 외연이며, 평면시에서 접합면(5)과 겹쳐지는 영역이다. 도 1에 나타내는 단면도이면, 위치(B)로부터 제1 세라믹스판(2)을 향하여 Y축과 병행인 선을 신장한 경우에 당해 평행한 선과 제1 세라믹스판(2)이 교차하는 위치를 위치(C)로 했을 때, 위치(A, B, C)로 둘러싸이는 전극층(4)의 외연 부분이 해당한다. "위치(A, B, C)로 둘러싸이는 전극층(4)의 외연 부분"을, 이하, "밀도 측정 영역"이라고 칭한다.
상기 현미경 사진에 의하면, 전극층(4)의 단면과 겹쳐지는 가상면에 있어서, 전극층(4)을 구성하는 도전성 세라믹스 및 절연성 세라믹스가 존재하는 영역(물질이 존재하는 영역. 영역 1)과, 도전성 세라믹스 및 절연성 세라믹스 모두 존재하지 않는 "기공"의 영역(영역 2)이 구별 가능하다.
전극층(4)의 외연의 상대 밀도는, 밀도 측정 영역의 외윤곽 내의 면적, 즉 영역 1과 영역 2의 합계 면적에 대한 영역 1의 면적의 비율을, 백분율로 나타낸 값이다. 전극층(4)에 기공이 존재하지 않는 경우에는, 밀도 측정 영역의 상대 밀도는 100%이다.
또, 전극층(4)의 중심의 상대 밀도를 측정하는 경우, 촬상 범위는, 전극층(4)의 X방향의 중앙을 포함하는 영역(중심)이다. 또한, 현미경 사진으로부터, 전극층(4)의 중심과 동일한 밀도를 갖고 합리적으로 판단할 수 있는 경우에는, 촬상 범위는, 엄밀하게 전극층(4)의 중앙을 포함하지 않아도 된다.
얻어진 현미경 사진에 있어서, X방향으로 폭 150μm의 범위에 포함되는 전극층(4)을 "밀도 측정 영역"으로 하고, 전극층(4)의 외연의 밀도를 측정하는 경우와 동일하게 계산함으로써, 전극층(4)의 중심의 상대 밀도가 구해진다.
이상과 같이 구해지는 상대 밀도를 비교함으로써, 전극층(4)의 외연에 있어서, 전극층(4)의 중심보다 저밀도인지 아닌지를 판단할 수 있다.
전극층(4)의 외연이 저밀도인 경우, 전극층(4)의 외연의 상대 밀도는, 50% 이상이 바람직하고, 55% 이상이 보다 바람직하다. 전극층(4)의 외연의 상대 밀도가 50% 미만이면, 고밀도인 경우와 비교하여 저항 발열이 발생하기 쉽고, 고주파 전력 인가 시의 면내 온도 균일성이 저하되기 쉽다. 반면, 전극층(4)의 외연의 상대 밀도가 50% 이상인 세라믹스 접합체는, 고주파 전력 인가 시의 면내 온도 균일성이 유지된다.
일례로서, 전극층(4)의 상대 밀도가 100%인 영역은, X방향의 중앙을 포함하고, 전체 폭에 대하여 95% 이상이며, 전극층(4)의 상대 밀도가 중심보다 저밀도인 영역은, X방향의 양 단부(端部)로부터 2.5%씩, 합계 5% 이하이다.
본 실시형태의 세라믹스 접합체(1)에 의하면, 전극층(4)의 외연에 있어서, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4)의 접합면(5)이, 한 쌍의 세라믹스판(2, 3) 및 전극층(4)의 두께 방향(도 1의 Y방향)에 대하여 기울어짐을 갖는다. 상세하게는 후술하지만, 이와 같은 구성의 세라믹스 접합체(1)에서는, 제조 시에 전극층(4)의 외단(外端)면과 제2 세라믹스판(3)의 사이가 접합되기 쉽고, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4)의 사이에 있어서의 보이드 발생이 억제되어, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4)을 충분히 밀착시킬 수 있다. 이로써, 세라믹스 접합체(1)에 높은 전압을 인가한 경우에, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4)의 접합 계면에 있어서의 방전을 억제할 수 있다. 그 결과, 방전에 의한 세라믹스 접합체(1)의 절연 파괴를 억제할 수 있다.
[다른 실시형태]
또한, 본 발명은, 상기의 실시형태에 한정하는 것은 아니다.
예를 들면, 도 2~도 4에 나타내는 바와 같은 변형예를 채용해도 된다. 또한, 변형예에서는, 제1 실시형태에 있어서의 구성 요소와 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙여, 그 설명을 생략하고, 상이한 점에 대해서만 설명한다. 도 2~도 4는, 변형예의 세라믹스 접합체를 나타내는 단면도이며, 도 1에 대응하는 단면도이다.
(변형예 1)
도 2에 나타내는 변형예의 세라믹스 접합체(10)에서는, 전극층(4)의 외연에 있어서, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4)의 접합면(5)이, 한 쌍의 세라믹스판(2, 3) 및 전극층(4)의 두께 방향(도 2의 Y방향)에 대하여 기울어짐을 갖는다.
제2 세라믹스판(3)에는, 제1 세라믹스판(2)과의 접합면(3a)으로부터, 접합면(3a)과는 반대 측의 면(3b) 측을 향하여(제2 세라믹스판(3)의 두께 방향으로) 파이는 오목부(3A)가 형성되어 있다. 오목부(3A)는, 제2 세라믹스판(3)의 면(3b)과 평행한 바닥면(3c)과, 제2 세라믹스판(3)의 두께 방향에 대하여 곡선상으로 경사지는 경사면(3d)을 갖는다. 경사면(3d)은, +Y방향으로 볼록하다.
전극층(4)은, 오목부(3A)에 전극층 형성용 페이스트를 도포(충전)하여 형성한 전극층 도막으로 이루어진다. 따라서, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4)의 접합면(5)은, 오목부(3A)의 경사면(3d)과 동일한 면이다.
전극층(4)의 외연은, 제2 세라믹스판(3)의 경사면(3d)과 상보적인 기울어짐을 갖고, 접합면(5)과 상보적인 기울어짐을 갖는다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4)의 접합면(5)(곡면)의 길이(L2)는, 전극층(4)의 두께(T1)보다 큰 것이 바람직하다. 길이(L2)는, 상술한 길이(L1)와 동일한 방법에 의하여 규정할 수 있다.
이와 같은 세라믹스 접합체(10)에서는, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4)의 사이에 있어서의 보이드 발생이 억제되어, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4)을 충분히 밀착시킬 수 있다. 이로써, 세라믹스 접합체(10)에 높은 전압을 인가한 경우에, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4)의 접합 계면에 있어서의 방전을 억제할 수 있다. 그 결과, 방전에 의한 세라믹스 접합체(10)의 절연 파괴를 억제할 수 있다.
(변형예 2)
도 3에 나타내는 변형예의 세라믹스 접합체(20)에서는, 전극층(4)의 외연에 있어서, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4A)의 접합면(5A)이, 한 쌍의 세라믹스판(2, 3) 및 전극층(4A)의 두께 방향(도 3의 Y방향)에 대하여 기울어짐을 갖는다. 그 결과, Y방향에 있어서 대향하는 전극층(4A)의 면(4Aa, 4Ab)을 비교하면, -Y측의 면(4Aa)은, 제2 세라믹스판(3)과 접하는 +Y측의 면(4b)보다 넓다.
또, 전극층(4)의 외연에 있어서, 제1 세라믹스판(2)과 전극층(4B)의 접합면(5B)이, 한 쌍의 세라믹스판(2, 3) 및 전극층(4B)의 두께 방향(도 3의 Y방향)에 대하여 기울어짐을 갖는다. 그 결과, Y방향에 있어서 대향하는 전극층(4B)의 면(4Ba, 4Bb)을 비교하면, +Y측의 면(4Ba)은, 제1 세라믹스판(2)과 접하는 -Y측의 면(4Bb)보다 넓다.
전극층(4A)과 전극층(4B)은, 제2 세라믹스판(3)에 있어서의 제1 세라믹스판(2)과의 접합면(3a), 및 제1 세라믹스판(2)에 있어서의 제2 세라믹스판(3)과의 접합면(2a)을 포함하는 가상면에 있어서 접하고 있다. 전극층(4A)과 전극층(4B)은, 상기 가상면에 있어서 일체가 되어 있다.
또, 전극층(4A)의 선단(先端)(±X방향의 단부)과 전극층(4B)의 선단(±X방향의 단부)은, 상기 가상면에 있어서 접하고 있다.
제2 세라믹스판(3)에는, 제1 세라믹스판(2)과의 접합면(3a)으로부터, 접합면(3a)과는 반대 측의 면(3b) 측을 향하여 +Y방향으로(제2 세라믹스판(3)의 두께 방향으로) 파이는 오목부(3A)가 형성되어 있다. 오목부(3A)는, 제2 세라믹스판(3)의 면(3b)과 평행한 바닥면(3c)과, 제2 세라믹스판(3)의 두께 방향에 대하여 비스듬히 경사지는 경사면(3d)을 갖는다.
제1 세라믹스판(2)에는, 제2 세라믹스판(3)과의 접합면(2a)으로부터, 접합면(2a)과는 반대 측의 면(2b) 측을 향하여 -Y방향으로(제1 세라믹스판(2)의 두께 방향으로) 파이는 오목부(2A)가 형성되어 있다. 오목부(2A)는, -Y방향으로 개구 직경이 점감되어 있다. 오목부(2A)는, 제1 세라믹스판(2)의 면(2b)과 평행한 바닥면(2c)과, 제1 세라믹스판(2)의 두께 방향에 대하여 비스듬히 경사지는 경사면(2d)을 갖는다. 오목부(2A)의 경사면(2d)은, 바닥면(2c)으로부터 접합면(2a) 측으로 경사지는 면이다.
전극층(4A)은, 오목부(3A)에 전극층 형성용 페이스트를 도포(충전)하여 형성한 전극층 도막으로 이루어진다. 따라서, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4A)의 접합면(5A)은, 오목부(3A)의 경사면(3d)과 동일한 면이다.
전극층(4B)은, 오목부(2A)에 전극층 형성용 페이스트를 도포(충전)하여 형성한 전극층 도막으로 이루어진다. 따라서, 제1 세라믹스판(2)과 전극층(4B)의 접합면(5B)은, 오목부(2A)의 경사면(2d)과 동일한 면이다.
전극층(4A)의 외연은, 제2 세라믹스판(3)의 경사면(3d)과 상보적인 기울어짐을 갖고, 접합면(5A)과 상보적인 기울어짐을 갖는다. 또, 전극층(4B)의 외연은, 제1 세라믹스판(2)의 경사면(2d)과 상보적인 기울어짐을 갖고, 접합면(5B)과 상보적인 기울어짐을 갖는다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4A)의 접합면(5A)(경사면)의 길이(L3)는, 전극층(4A)의 두께(T1)보다 큰 것이 바람직하다. 길이(L3)는, 상술한 길이(L1)와 동일한 방법에 의하여 규정할 수 있다. 이와 같은 세라믹스 접합체(20)에서는, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4A)의 사이에 있어서의 보이드 발생이 억제되어, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4A)을 충분히 밀착시킬 수 있다.
또, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 세라믹스판(2)과 전극층(4B)의 접합면(5B)(경사면)의 길이(L4)는, 전극층(4B)의 두께(T2)보다 큰 것이 바람직하다. 길이(L4)는, 상술한 길이(L1)와 동일한 방법에 의하여 규정할 수 있다. 이와 같은 세라믹스 접합체(20)에서는, 제1 세라믹스판(2)과 전극층(4B)의 사이에 있어서의 보이드 발생이 억제되어, 제1 세라믹스판(2)과 전극층(4B)을 충분히 밀착시킬 수 있다.
이들에 의하여, 세라믹스 접합체(20)에 높은 전압을 인가한 경우에, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4A)의 접합 계면 및 제1 세라믹스판(2)과 전극층(4B)의 접합 계면에 있어서의 방전을 억제할 수 있다. 그 결과, 방전에 의한 세라믹스 접합체(1)의 절연 파괴를 억제할 수 있다.
(변형예 3)
도 4에 나타내는 변형예의 세라믹스 접합체(30)에서는, 전극층(4)의 외연에 있어서, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4)의 접합면(5)이, 한 쌍의 세라믹스판(2, 3) 및 전극층(4)의 두께 방향(도 4의 Y방향)에 대하여 기울어짐을 갖는다.
제1 세라믹스판(2)에는, 제2 세라믹스판(3)과의 접합면(2a)으로부터, 접합면(2a)과는 반대 측의 면(2b) 측을 향하여(제1 세라믹스판(2)의 두께 방향으로) 파이는 오목부(2A)가 형성되어 있다. 오목부(2A)는, 제1 세라믹스판(2)의 면(2b)과 평행한 바닥면(2c)과, 제1 세라믹스판(2)의 두께 방향에 대하여 비스듬히 경사지는 경사면(2d)을 갖는다.
전극층(4)은, 오목부(2A)에 전극층 형성용 페이스트를 도포(충전)하여 형성한 전극층 도막으로 이루어진다. 따라서, 제1 세라믹스판(2)과 전극층(4)의 접합면(5)은, 오목부(2A)의 경사면(2d)과 동일한 면이다.
전극층(4)의 외연은, 제1 세라믹스판(2)의 경사면(2d)과 상보적인 기울어짐을 갖고, 접합면(5)과 상보적인 기울어짐을 갖는다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 세라믹스판(2)과 전극층(4)의 접합면(5)(경사면)의 길이(L5)는, 전극층(4)의 두께(T2)보다 큰 것이 바람직하다. 길이(L5)는, 상술한 길이(L1)와 동일한 방법에 의하여 규정할 수 있다. 이와 같은 세라믹스 접합체(30)에서는, 제1 세라믹스판(2)과 전극층(4)의 사이에 있어서의 보이드 발생이 억제되어, 제1 세라믹스판(2)과 전극층(4)을 충분히 밀착시킬 수 있다. 이로써, 세라믹스 접합체(30)에 높은 전압을 인가한 경우에, 제1 세라믹스판(2)과 전극층(4)의 접합 계면에 있어서의 방전을 억제할 수 있다. 그 결과, 방전에 의한 세라믹스 접합체(30)의 절연 파괴를 억제할 수 있다.
[세라믹스 접합체의 제조 방법]
본 실시형태의 세라믹스 접합체의 제조 방법은, 한 쌍의 세라믹스판 중 적어도 일방에 대하여, 상기 한 쌍의 세라믹스판이 겹쳐지는 면에, 상기 한 쌍의 세라믹스판의 두께 방향에 대하여 경사지는 경사면을 갖는 오목부를 형성하는 공정(이하, "제1 공정"이라고 한다.)과, 상기 오목부에, 전극층 형성용 페이스트를 도포하여 전극층 도막을 형성하는 공정(이하, "제2 공정"이라고 한다.)과, 상기 전극층 도막을 형성한 면이 내측이 되도록, 상기 한 쌍의 세라믹스판을 적층하는 공정(이하, "제3 공정"이라고 한다.)과, 상기 한 쌍의 세라믹스판 및 상기 전극층 도막을 포함하는 적층체를, 가열하면서, 두께 방향으로 가압하는 공정(이하, "제4 공정"이라고 한다.)을 갖는다.
이하, 도 1을 참조하면서, 본 실시형태의 세라믹스 접합체의 제조 방법에 대하여 설명한다.
제1 공정에서는, 예를 들면, 제2 세라믹스판(3)의 접합면(3a)에, 제2 세라믹스판(3)의 두께 방향에 대하여 경사지는 경사면(3d)을 갖는 오목부(3A)를 형성한다.
오목부(3A)를 형성하려면, 제2 세라믹스판(3)의 접합면(3a)에 연삭 가공 또는 연마 가공을 실시하면 된다.
제2 공정에서는, 스크린 인쇄법 등의 도공법에 의하여, 오목부(3A)에 전극층 형성용 페이스트를 도포하여, 전극층(4)이 되는 도막(전극층 도막)을 형성한다. 전극층 도막의 외연은, 제2 세라믹스판(3)의 경사면(3d)과 상보적인 기울어짐을 갖는다.
전극층 형성용 페이스트로서는, 전극층(4)을 형성하는 절연성 세라믹스의 입자 및 도전성 세라믹스의 입자를, 용매에 분산시킨 분산액이 이용된다.
전극층 형성용 페이스트에 포함되는 용매로서는, 아이소프로필알코올 등의 알코올이 이용된다.
제3 공정에서는, 전극층 도막을 형성한 면이 내측이 되도록, 제2 세라믹스판(3)의 접합면(3a)에, 제1 세라믹스판(2)을 적층한다.
제4 공정에서는, 제1 세라믹스판(2), 전극층 도막, 및 제2 세라믹스판(3)을 포함하는 적층체를, 가열하면서, 두께 방향으로 가압한다.
적층체를, 가열하면서, 두께 방향으로 가압할 때의 분위기는, 진공, 혹은 Ar, He, N2 등의 불활성 분위기가 바람직하다. 여기에서, "진공"이란, JIS Z 8126-1:1999에 기재되어 있는 바와 같이 "통상의 대기압보다 낮은 압력의 기체로 채워진 공간의 상태"를 의미한다.
상기의 적층체를 가열하는 온도(열처리 온도)는, 1400℃ 이상 또한 1900℃ 이하가 바람직하고, 1500℃ 이상 또한 1850℃ 이하가 보다 바람직하다.
적층체를 가열하는 온도가 1400℃ 이상 또한 1900℃ 이하이면, 각각의 도막에 포함되는 용매를 휘발시켜, 제1 세라믹스판(2)과 제2 세라믹스판(3)의 사이에, 전극층(4)을 형성할 수 있다. 또, 전극층(4)을 개재하여, 제1 세라믹스판(2)과 제2 세라믹스판(3)을 접합 일체화할 수 있다.
상기의 적층체를 두께 방향으로 가압하는 압력(가압력)은, 1.0MPa 이상 또한 50.0MPa 이하가 바람직하고, 5.0MPa 이상 또한 20.0MPa 이하가 보다 바람직하다.
적층체를 두께 방향으로 가압하는 압력이 1.0MPa 이상 또한 50.0MPa 이하이면, 제1 세라믹스판(2)과 제2 세라믹스판(3)의 사이에, 전극층(4)을 형성할 수 있다. 또, 전극층(4)을 개재하여, 제1 세라믹스판(2)과 제2 세라믹스판(3)을 접합 일체화할 수 있다.
예를 들면, 전극층(4)의 외단면이 Y축으로 평행인 경우, 소결 시의 가압에 의하여 제2 세라믹스판(3)을 전극층(4)을 향하여 누르는 응력이 존재하지 않는다. 그 때문에, 전극층(4)의 외단면과 제2 세라믹스판(3)의 사이가 접합되기 어렵다.
반면, 본 실시형태의 세라믹스 접합체(1)에서는, 전극층(4)은, 제2 세라믹스판(3)의 오목부(3A)에 매설되고, 전극층(4)의 외연과, 제2 세라믹스판(3)의 경사면(3d)이 상보적인 기울어짐을 갖고 있다. 그 때문에, 소결 시의 가압에 의하여, 전극층(4)의 외연에는, 제2 세라믹스판(3)의 경사면(3d)으로부터 제2 세라믹스판(3)을 누르는 응력이 가해진다. 이로써, 전극층(4)의 외단면과 제2 세라믹스판(3)의 사이가 접합되기 쉽다.
그 때문에, 본 실시형태의 세라믹스 접합체의 제조 방법에 의하면, 전극층(4)의 외연에 있어서, 제2 세라믹스판(3)과 전극층(4)의 접합면(5)에 있어서의 보이드의 발생을 억제할 수 있다. 이로써, 본 실시형태의 세라믹스 접합체의 제조 방법에 의하면, 전극층(4)에 높은 전압을 인가한 경우에, 접합면(5)에 있어서의 방전을 억제할 수 있고, 방전에 의한 절연 파괴를 억제할 수 있는 세라믹스 접합체(1)를 제공할 수 있다.
[세라믹스 접합체]
(제2 실시형태)
이하, 도 5를 참조하면서, 본 발명의 일 실시형태에 관한 세라믹스 접합체에 대하여 설명한다. 도 5에 있어서, 지면의 좌우 방향(세라믹스 접합체의 폭방향)을 X방향, 지면의 상하 방향(세라믹스 접합체의 두께 방향)을 Y방향으로 한다.
또한, 이하의 모든 도면에 있어서는, 도면을 보기 쉽게 하기 위하여, 각 구성 요소의 치수나 비율 등은 적절히 상이하게 되어 있다.
도 5는, 본 실시형태의 세라믹스 접합체를 나타내는 단면도이며, 도 1에 대응하는 단면도이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 세라믹스 접합체(40)는, 한 쌍의 세라믹스판(42, 43)과, 한 쌍의 세라믹스판(42, 43)의 사이에 개재하는 전극층(44) 및 절연층(45)을 구비한다.
이하, 세라믹스판(42)을 제1 세라믹스판(42), 세라믹스판(43)을 제2 세라믹스판(43)이라고 한다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 세라믹스 접합체(40)는, 제1 세라믹스판(42)과, 전극층(44) 및 절연층(45)과, 제2 세라믹스판(43)이 이 순서로 적층되어 있다. 절연층(45)은, 제1 세라믹스판(42)과 제2 세라믹스판(43)의 사이에 있어서, 전극층(44)의 주위에 환상으로 배치되어 있다. 즉, 세라믹스 접합체(40)는, 제1 세라믹스판(42)과 제2 세라믹스판(43)이, 전극층(44) 및 절연층(45)을 개재하여, 접합 일체화되어 이루어지는 접합체이다.
본 실시형태의 세라믹스 접합체(40)에서는, 전극층(44)과 절연층(45)이, 동일면 상에 마련되어 있다. 전극층(44)과 절연층(45)은, 제1 세라믹스판(42)에 있어서의 제2 세라믹스판(43)과 대향하는 면(일방의 면)(42a), 및 제2 세라믹스판(43)에 있어서의 제1 세라믹스판(42)과 대향하는 면(일방의 면)(43a)의 양방에 접하여 마련되어 있다.
전극층(44)의 외연은, 평면시에서 절연층(45)과 겹쳐지고, 또한 절연층(45)으로부터 세라믹스 접합체(1)의 외부에 노출되어 있지 않다. 전극층(44)의 외연에 있어서, 전극층(44)과 절연층(45)의 접합면(46)은, 한 쌍의 세라믹스판(42, 43), 전극층(44) 및 절연층(45)의 두께 방향(Y방향)에 대하여 기울어짐을 갖는다. 그 결과, Y방향에 있어서 대향하는 전극층(44)의 면(44a, 44b)을 비교하면, 제1 세라믹스판(42)과 접하는 -Y측의 면(44a)은, 제2 세라믹스판(43)과 접하는 +Y측의 면(44b)보다 넓다.
접합면(46)은, 한 쌍의 세라믹스판(42, 43), 전극층(44) 및 절연층(45)의 두께 방향(도 5의 Y방향)에 대하여 비스듬히 경사지는 경사면이다. 접합면(46)은, 면(42a)에 면하고, 제2 세라믹스판(43)의 일방의 면(43a)으로부터 제1 세라믹스판(42)의 일방의 면(42a) 측으로 경사지는 면이다.
전극층(44)의 외연은, 제2 세라믹스판(43)의 경사면과 상보적인 기울어짐을 갖고, 접합면(46)과 상보적인 기울어짐을 갖는다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 전극층(44)과 절연층(45)의 접합면(46)의 길이(L11)는, 전극층(44)의 두께(T11)보다 큰 것이 바람직하다. 길이(L11)는, 상술한 길이(L1)와 동일한 방법에 의하여 규정할 수 있다. 이와 같은 세라믹스 접합체(40)에서는, 전극층(44)과 절연층(45)의 사이에 있어서의 보이드의 발생을 억제하여, 전극층(44)과 절연층(45)을 충분히 밀착시킬 수 있다. 이로써, 세라믹스 접합체(40)에 높은 전압을 인가한 경우에, 전극층(44)과 절연층(45)의 접합 계면에 있어서의 방전을 억제할 수 있다. 그 결과, 방전에 의한 세라믹스 접합체(40)의 절연 파괴를 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시형태의 세라믹스 접합체(1)와 동일하게, 전극층(44)과 절연층(45)의 사이의 보이드는, 전극층(44)의 외연에서 발생하기 쉽다.
접합면(46)의 길이(L11)와 전극층(44)의 두께(T11)의 비(L11/T11)는, 1.7 이상 6.5 이하가 바람직하고, 2.0 이상 5.0 이하가 보다 바람직하며, 2.2 이상 4.5 이하가 더 바람직하다. 또한, L11>T11이다.
상기 비(L11/T11)가 상기 범위 내이면, 전극층(44)과 절연층(45)의 사이에 있어서의 보이드 발생이 억제되어, 전극층(44)과 절연층(45)을 충분히 밀착시킬 수 있다. 이로써, 세라믹스 접합체(40)에 높은 전압을 인가한 경우에, 전극층(44)과 절연층(45)의 접합 계면에 전하가 저류되기 어렵다. 그 결과, 접합 계면에 저류되는 전계에 기인한 방전을 억제할 수 있고, 방전에 의한 세라믹스 접합체(40)의 절연 파괴를 억제할 수 있다.
상기 비(L11/T11)가 상기 하한값 미만에서는, 접합 시의 접합면(46)의 Y방향에 대한 기울어짐이 작아지기 때문에, 전극층(44)과 절연층(45)의 밀착성이 저하된다.
상기 비(L11/T11)가 상기 상한값을 초과하면, 접합면(46)의 Y방향에 대한 기울어짐이 커지고, L11/T11이 상기 상한값 이하의 세라믹스 접합체보다, 전극층(44)의 외연에 있어서 전극층(44)의 중앙보다 얇은 개소(예를 들면, 두께가 1/2 T11보다 얇은 개소)가 상대적으로 증가한다. 이와 같은 세라믹스 접합체에서는 전극층(44)에 통전했을 때에, 전극층(44)의 중앙에 있어서의 발열량보다 전극층(4)의 외연에 있어서의 발열량 쪽이 많아져, 전극층(44)의 외연이 고온이 되기 쉽다. 그 때문에, L11/T11이 상기 상한값을 초과하는 세라믹스 접합체에서는, 고주파 전력 인가 시의 면내 온도 균일성이 저하된다.
상기 비(L11/T11)가 상기 하한값 이상인 세라믹스 접합체는, 전극층(44)과 절연층(45)이 충분히 밀착된다. 또, L11/T11이 상기 상한값 이하인 세라믹스 접합체는, 고주파 전력 인가 시의 면내 온도 균일성이 유지된다.
본 실시형태에서는, "전극층(44)과 절연층(45)의 접합면(46)의 접합 비율"은, 접합면(46)의 임의의 주사형 전자 현미경 사진으로부터 산출할 수 있다.
즉, 무작위로 선택된 시야(세라믹스 접합체(40)에 대하여 무작위로 제작한 단면)에서 확대 배율 1000배의 전자 현미경 사진을 촬영하고, 이 전자 현미경 사진에 찍힌, 경사면의 길이를 "접합면(46)의 전체 길이(L11)"로 한다.
한편, 상기 전자 현미경 사진에 있어서 전극층(44)과 절연층(45)의 사이에 발생한 각 보이드의 장경 길이를 구하고, 이 장경 길이의 합계를 "접합면(46)에 발생한 보이드 길이(D11)"로 한다. "장경 길이(D11)"는, 각 보이드에 각각 외접하는 최소의 직사각형의 장변의 길이에 상당한다.
이와 같이 하여 구해진 길이로부터, "접합면(46)에 발생한 보이드 길이(D11)"에 대한 "접합면(46)의 전체 길이(L11)"의 비율을 백분율로 구하고, 구한 값을 100%에서 뺀 값을 "전극층(44)과 절연층(45)의 접합면(46)의 접합 비율"로서 산출한다.
전극층(44)과 절연층(45)의 접합면(46)의 접합 비율은, 25% 이상이 바람직하고, 40% 이상이 보다 바람직하며, 50% 이상이 더 바람직하고, 60% 이상이 보다 더 바람직하다. 전극층(44)과 절연층(45)의 접합면(46)의 접합 비율이 상기 하한값 이상이면, 세라믹스 접합체(40)에 높은 전압을 인가한 경우에, 전극층(44)과 절연층(45)의 접합 계면에 있어서의 방전을 억제할 수 있다. 그 결과, 방전에 의한 세라믹스 접합체(40)의 절연 파괴를 억제할 수 있다.
세라믹스판(42, 43)은, 상기의 세라믹스판(2, 3)과 동일한 구성이다.
전극층(44)은, 상기의 전극층(4)과 동일한 구성이다.
(절연층)
절연층(45)은, 제1 세라믹스판(42)과 제2 세라믹스판(43)의 경계부, 즉 전극층(44) 형성부 이외의 외연부 영역을 접합하기 위하여 마련된 구성이다. 절연층(45)의 형상(절연층(45)을 평면시한 경우의 형상)은, 특별히 한정되지 않고, 전극층(44)의 형상에 따라 적절히 조정된다.
본 실시형태의 세라믹스 접합체(40)에서는, 절연층(45)의 두께는, 전극층(44)의 두께와 동일하게 되어 있다.
절연층(45)은, 절연성 물질로 이루어진다.
절연층(45)을 구성하는 절연성 물질은, 특별히 한정되지 않지만, 제1 세라믹스판(42) 및 제2 세라믹스판(43)의 주성분과 동일한 것이 바람직하다. 절연층(45)을 구성하는 절연성 물질은, 예를 들면, Al2O3, AlN, Y2O3, YAG 등을 들 수 있다. 절연층(45)을 구성하는 절연성 물질은, Al2O3이 바람직하다. 절연층(45)을 구성하는 절연성 물질이, Al2O3임으로써, 고온에서의 유전 특성, 고내식성, 내플라즈마성, 내열성이 유지된다.
절연층(45)을 구성하는 절연성 물질의 평균 1차 입자경은, 0.5μm 이상 3.0μm 이하가 바람직하고, 0.7μm 이상 2.0μm 이하가 보다 바람직하다.
절연층(45)을 구성하는 절연성 물질의 평균 1차 입자경이 0.5μm 이상이면, 충분한 내전압성이 얻어진다. 한편, 절연층(45)을 구성하는 절연성 물질의 평균 1차 입자경이 3.0μm 이하이면, 연삭 등의 가공이 용이하다.
절연층(45)을 구성하는 절연성 물질의 평균 1차 입자경의 측정 방법은, 제1 세라믹스판(42) 및 제2 세라믹스판(43)을 구성하는 절연성 물질의 평균 1차 입자경의 측정 방법과 동일하다.
본 실시형태의 세라믹스 접합체(40)에 의하면, 전극층(44)의 외연에 있어서, 전극층(44)과 절연층(45)의 접합면(46)이, 한 쌍의 세라믹스판(42, 43), 전극층(44) 및 절연층(45)의 두께 방향에 대하여 기울어짐을 갖는다. 이와 같은 구성의 세라믹스 접합체(40)에서는, 상술한 세라믹스 접합체(1)와 동일하게, 제조 시에 전극층(4)의 외단면과 제2 세라믹스판(3)의 사이가 접합되기 쉽고, 전극층(44)과 절연층(45)의 사이에 있어서의 보이드 발생이 억제되어, 전극층(44)과 절연층(45)을 충분히 밀착시킬 수 있다. 이로써, 세라믹스 접합체(40)에 높은 전압을 인가한 경우에, 전극층(44)과 절연층(45)의 접합 계면에 있어서의 방전을 억제할 수 있다. 그 결과, 방전에 의한 세라믹스 접합체(40)의 절연 파괴를 억제할 수 있다.
[다른 실시형태]
또한, 본 발명은, 상기의 실시형태에 한정하는 것은 아니다.
예를 들면, 도 6~도 8에 나타내는 바와 같은 변형예를 채용해도 된다. 또한, 변형예에서는, 제2 실시형태에 있어서의 구성 요소와 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙여, 그 설명을 생략하고, 상이한 점에 대해서만 설명한다. 도 6~도 8은, 변형예의 세라믹스 접합체를 나타내는 단면도이며, 도 5에 대응하는 단면도이다.
(변형예 1)
도 6에 나타내는 변형예의 세라믹스 접합체(50)에서는, 전극층(44)의 외연에 있어서, 전극층(44)과 절연층(45)의 접합면(46)이, 한 쌍의 세라믹스판(42, 43), 전극층(44) 및 절연층(45)의 두께 방향(도 6의 Y방향)에 대하여 기울어짐을 갖는다.
접합면(46)은, 한 쌍의 세라믹스판(42, 43), 전극층(44) 및 절연층(45)의 두께 방향(도 6의 Y방향)에 대하여 곡선상으로 경사지는 경사면이다. 접합면(46)은, +Y방향으로 볼록하다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 전극층(44)과 절연층(45)의 접합면(46)(곡면)의 길이(L12)는, 전극층(44)의 두께(T11)보다 큰 것이 바람직하다. 길이(L11)는, 상술한 길이(L1)와 동일한 방법에 의하여 규정할 수 있다.
이와 같은 세라믹스 접합체(50)에서는, 전극층(44)과 절연층(45)의 사이에 있어서의 보이드 발생이 억제되어, 전극층(44)과 절연층(45)을 충분히 밀착시킬 수 있다. 이로써, 세라믹스 접합체(40)에 높은 전압을 인가한 경우에, 전극층(44)과 절연층(45)의 접합 계면에 있어서의 방전을 억제할 수 있다. 그 결과, 방전에 의한 세라믹스 접합체(40)의 절연 파괴를 억제할 수 있다.
(변형예 2)
도 7에 나타내는 변형예의 세라믹스 접합체(60)에서는, 전극층(44)과 절연층(45)의 접합면(46A)이, 한 쌍의 세라믹스판(42, 43), 전극층(44) 및 절연층(45)의 두께 방향(도 7의 Y방향)에 대하여 기울어짐을 갖는다.
제1 세라믹스판(42)에는, 그 일방의 면(42a)으로부터, 일방의 면(42a)과는 반대 측의 면(42b) 측을 향하여 -Y방향으로(제1 세라믹스판(42)의 두께 방향으로) 파이는 오목부(42A)가 형성되어 있다. 오목부(42A)는, -Y방향으로 개구 직경이 점감되어 있다. 오목부(42A)는, 제1 세라믹스판(42)의 면(42b)과 평행한 바닥면(42c)과, 제1 세라믹스판(42)의 두께 방향에 대하여 비스듬히 경사지는 경사면(42d)을 갖는다. 오목부(42A)의 경사면(42d)은, 제2 세라믹스판(43)에 면하고, 바닥면(42c)으로부터 일방의 면(42a) 측으로 경사지는 면이다.
전극층(44)은, 오목부(42A)에 전극층 형성용 페이스트를 도포(충전)하여 형성한 전극층 도막으로 이루어지는 전극층(44B)과 제2 세라믹스판(43)의 일방의 면(43a)에 전극층 형성용 페이스트를 도포하여 형성한 전극층 도막으로 이루어지는 전극층(44A)으로 구성된다. 따라서, 제1 세라믹스판(42)과 전극층(44B)의 접합면(46B)은, 오목부(42B)의 경사면(42d)과 동일한 면이다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 전극층(44A)과 절연층(45)의 접합면(46A)의 길이(L12)는, 전극층(44A)의 두께(T12)보다 큰 것이 바람직하다. 길이(L12)는, 상술한 길이(L1)와 동일한 방법에 의하여 규정할 수 있다. 이와 같은 세라믹스 접합체(60)에서는, 전극층(44A)과 절연층(45)의 사이에 있어서의 보이드 발생이 억제되어, 전극층(44A)과 절연층(45)을 충분히 밀착시킬 수 있다.
또, 도 7에 나타내는 바와 같이, 제1 세라믹스판(42)과 전극층(44B)의 접합면(46B)의 길이(L13)는, 전극층(44B)의 두께(T13)보다 큰 것이 바람직하다. 길이(L13)는, 상술한 길이(L1)와 동일한 방법에 의하여 규정할 수 있다. 이와 같은 세라믹스 접합체(60)에서는, 제1 세라믹스판(42)과 전극층(44B)의 사이에 있어서의 보이드 발생이 억제되어, 제1 세라믹스판(42)과 전극층(44B)을 충분히 밀착시킬 수 있다.
이들에 의하여, 세라믹스 접합체(60)에 높은 전압을 인가한 경우에, 전극층(44A)과 절연층(45)의 접합 계면 및 제1 세라믹스판(42)과 전극층(44B)의 접합 계면에 있어서의 방전을 억제할 수 있다. 그 결과, 방전에 의한 세라믹스 접합체(60)의 절연 파괴를 억제할 수 있다.
(변형예 3)
도 8에 나타내는 변형예의 세라믹스 접합체(70)에서는, 전극층(44)의 외연에 있어서, 전극층(44)과 절연층(45)의 접합면(46)이, 한 쌍의 세라믹스판(42, 43), 전극층(44) 및 절연층(45)의 두께 방향에 대하여 기울어짐을 갖는다. 접합면(46)은, 한 쌍의 세라믹스판(42, 43), 전극층(44) 및 절연층(45)의 두께 방향(도 8의 Y방향)에 대하여 비스듬히 경사지는 경사면이다. 접합면(46)은, 제1 세라믹스판(42)의 일방의 면(42a)으로부터 제2 세라믹스판(43)의 일방의 면(43a) 측으로 경사지는 면이다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 전극층(44)과 절연층(45)의 접합면(46)의 길이(L14)는, 전극층(44)의 두께(T11)보다 큰 것이 바람직하다. 길이(L14)는, 상술한 길이(L1)와 동일한 방법에 의하여 규정할 수 있다. 이와 같은 세라믹스 접합체(70)에서는, 전극층(44)과 절연층(45)의 사이에 있어서의 보이드 발생이 억제되어, 전극층(44)과 절연층(45)을 충분히 밀착시킬 수 있다. 이로써, 세라믹스 접합체(70)에 높은 전압을 인가한 경우에, 전극층(44)과 절연층(45)의 접합 계면에 있어서의 방전을 억제할 수 있다. 그 결과, 방전에 의한 세라믹스 접합체(70)의 절연 파괴를 억제할 수 있다.
[세라믹스 접합체의 제조 방법]
본 실시형태의 세라믹스 접합체의 제조 방법은, 한 쌍의 세라믹스판 중 적어도 일방에 대하여, 상기 한 쌍의 세라믹스판이 겹쳐지는 면에, 전극층 형성용 페이스트를 도포하여 전극층 도막을 형성함과 함께, 절연층 형성용 페이스트를 도포하여 절연층 도막을 형성하는 공정(이하, "제1 공정"이라고 한다.)과, 전극층 도막 및 절연층 도막을 형성한 면이 내측이 되는 자세로, 한 쌍의 세라믹스판을 적층하는 공정(이하, "제2 공정"이라고 한다.)과, 한 쌍의 세라믹스판, 전극층 도막 및 절연층 도막을 포함하는 적층체를, 가열하면서, 두께 방향으로 가압하는 공정(이하, "제3 공정"이라고 한다.)을 갖는다.
이하, 도 5를 참조하면서, 본 실시형태의 세라믹스 접합체의 제조 방법에 대하여 설명한다.
제1 공정에서는, 예를 들면, 스크린 인쇄법 등의 도공법에 의하여, 제1 세라믹스판(42)의 일방의 면(42a)에, 전극층 형성용 페이스트를 도포하여 전극층 도막을 형성함과 함께, 절연층 형성용 페이스트를 도포하여 절연층 도막을 형성한다. 전극층 도막과 절연층 도막은 어느 하나를 먼저 형성해도 된다.
형성하는 전극층 도막의 외연과, 절연층 도막의 내연은 평면시에서 겹쳐져 있고, 전극층 도막과 절연층 도막의 접촉면은, 제1 세라믹스판(42)의 일방의 면(42a)의 두께 방향에 대하여 기울어짐을 갖는다. 여기에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 접합면(46)이, 제2 세라믹스판(43)의 일방의 면(43a)으로부터 제1 세라믹스판(42)의 일방의 면(42a) 측으로 경사지도록, 전극층 도막과 절연층 도막을 형성한다. 전극층 도막의 외연은, 절연층 도막의 내연과 상보적인 기울어짐을 갖는다.
전극층 형성용 페이스트로서는, 전극층(44)을 형성하는 절연성 세라믹스 입자 및 도전성 세라믹스 입자를, 용매에 분산시킨 분산액이 이용된다. 전극층 형성용 페이스트에 포함되는 용매로서는, 아이소프로필알코올 등의 알코올이 이용된다.
절연층 형성용 페이스트로서는, 절연층(45)을 형성하는 절연성 세라믹스를, 용매에 분산시킨 분산액이 이용된다. 절연층 형성용 페이스트에 포함되는 용매로서는, 아이소프로필알코올 등의 알코올이 이용된다.
제2 공정에서는, 전극층 도막 및 절연층 도막을 형성한 면이 내측이 되도록, 제1 세라믹스판(42)의 일방의 면(42a)에, 제2 세라믹스판(43)을 적층한다.
제3 공정에서는, 제1 세라믹스판(42), 전극층 도막, 절연층 도막, 및 제2 세라믹스판(43)을 포함하는 적층체를, 가열하면서, 두께 방향으로 가압한다.
적층체를, 가열하면서, 두께 방향으로 가압할 때의 분위기는, 진공, 혹은 Ar, He, N2 등의 불활성 분위기가 바람직하다.
상기의 적층체를 가열하는 온도(열처리 온도)는, 1600℃ 이상 또한 1900 ℃이하가 바람직하고, 1650℃ 이상 또한 1850 ℃이하가 보다 바람직하다.
적층체를 가열하는 온도가 1600℃ 이상 또한 1900℃ 이하이면, 각각의 도막에 포함되는 용매를 휘발시켜, 제1 세라믹스판(42)과 제2 세라믹스판(43)의 사이에, 전극층(44)과 절연층(45)을 형성할 수 있다. 또, 전극층(44)과 절연층(45)을 개재하여, 제1 세라믹스판(42)과 제2 세라믹스판(43)을 접합 일체화할 수 있다.
상기의 적층체를 두께 방향으로 가압하는 압력(가압력)은, 1.0MPa 이상 또한 50.0MPa 이하가 바람직하고, 5.0MPa 이상 또한 20.0MPa 이하가 보다 바람직하다.
적층체를 두께 방향으로 가압하는 압력이 1.0MPa 이상 또한 50.0MPa 이하이면, 제1 세라믹스판(42)과 제2 세라믹스판(43)의 사이에, 서로 밀착된 전극층(44)과 절연층(45)을 형성할 수 있다. 또, 전극층(44)과 절연층(45)을 개재하여, 제1 세라믹스판(42)과 제2 세라믹스판(43)을 접합 일체화할 수 있다.
그 때문에, 본 실시형태의 세라믹스 접합체의 제조 방법에 의하면, 전극층(44)의 외연에 있어서, 제2 세라믹스판(43)과 전극층(44)의 접합면(46)에 있어서의 보이드의 발생을 억제할 수 있다. 이로써, 전극층(44)에 높은 전압을 인가한 경우에, 접합면(46)에 있어서의 방전을 억제할 수 있고, 방전에 의한 절연 파괴를 억제할 수 있는 세라믹스 접합체(40)를 제공할 수 있다.
[정전 척 장치]
이하, 도 9를 참조하면서, 본 발명의 일 실시형태에 관한 정전 척 장치에 대하여 설명한다.
도 9는, 본 실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 단면도이다. 또한, 도 9에 있어서, 상술한 세라믹스 접합체와 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙여, 중복되는 설명을 생략한다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 정전 척 장치(100)는, 원판상의 정전 척 부재(102)와, 정전 척 부재(102)를 원하는 온도로 조정하는 원판상의 온도 조정용 베이스 부재(103)와, 이들 정전 척 부재(102) 및 온도 조정용 베이스 부재(103)를 접합·일체화하는 접착제층(104)을 갖고 있다. 본 실시형태의 정전 척 장치(100)에서는, 정전 척 부재(102)가, 예를 들면, 상술한 실시형태의 세라믹스 접합체(1)로 이루어진다. 여기에서는, 정전 척 부재(102)가 세라믹스 접합체(1)로 이루어지는 경우에 대하여 설명한다.
이하의 설명에 있어서는, 재치판(111)의 재치면(111a) 측을 "상(上)", 온도 조정용 베이스 부재(103) 측을 "하(下)"로서 기재하며, 각 구성의 상대 위치를 나타내는 경우가 있다.
[정전 척 부재]
정전 척 부재(102)는, 상면이 반도체 웨이퍼 등의 판상 시료를 재치하는 재치면(111a)으로 된 세라믹스로 이루어지는 재치판(111)과, 재치판(111)의 재치면(111a)과는 반대의 면 측에 마련된 지지판(112)과, 이들 재치판(111)과 지지판(112)의 사이에 협지된 정전 흡착용 전극(113)과, 재치판(111)과 지지판(112)에 협지되어 정전 흡착용 전극(113)의 주위를 둘러싸는 환상의 절연재(114)와, 정전 흡착용 전극(113)에 접하도록 온도 조정용 베이스 부재(103)의 고정 구멍(115) 내에 마련된 급전용 단자(116)를 갖고 있다.
정전 척 부재(102)에 있어서, 재치판(111)이 상기의 제2 세라믹스판(43)에 상당하고, 지지판(112)이 상기의 제1 세라믹스판(42)에 상당하며, 정전 흡착용 전극(113)이 상기의 전극층(44)에 상당하고, 절연재(114)가 상기의 절연층(45)에 상당한다.
[재치판]
재치판(111)의 재치면(111a)에는, 반도체 웨이퍼 등의 판상 시료를 지지하기 위한 다수의 돌기가 세워져(도시 생략) 있다. 또한, 재치판(111)의 재치면(111a)의 둘레 가장자리부에는, 헬륨(He) 등의 냉각 가스가 누출되지 않도록, 이 둘레 가장자리부를 일주하도록, 단면 사각형상의 환상 돌기부가 마련되어 있어도 된다. 또한, 이 재치면(111a) 상의 환상 돌기부에 둘러싸인 영역에는, 환상 돌기부와 높이가 동일하고 횡단면이 원형상 또한 종단면이 대략 직사각형상의 복수의 돌기부가 마련되어 있어도 된다.
재치판(111)의 두께는, 0.3mm 이상 또한 3.0mm 이하가 바람직하고, 0.5mm 이상 또한 1.5mm 이하가 보다 바람직하다. 재치판(111)의 두께가 0.3mm 이상이면, 내전압성이 우수하다. 한편, 재치판(111)의 두께가 3.0mm 이하이면, 정전 척 부재(102)의 정전 흡착력이 저하되는 경우가 없고, 재치판(111)의 재치면(111a)에 재치되는 판상 시료와 온도 조정용 베이스 부재(103)의 사이의 열전도성이 저하되는 경우도 없으며, 처리 중의 판상 시료의 온도를 바람직한 일정한 온도로 유지할 수 있다.
[지지판]
지지판(112)은, 재치판(111)과 정전 흡착용 전극(113)을 하측으로부터 지지하고 있다.
지지판(112)의 두께는, 0.3mm 이상 또한 3.0mm 이하가 바람직하고, 0.5mm 이상 또한 1.5mm 이하가 보다 바람직하다. 지지판(112)의 두께가 0.3mm 이상이면, 충분한 내전압을 확보할 수 있다. 한편, 지지판(112)의 두께가 3.0mm 이하이면, 정전 척 부재(102)의 정전 흡착력이 저하되는 경우가 없고, 재치판(111)의 재치면(111a)에 재치되는 판상 시료와 온도 조정용 베이스 부재(103)의 사이의 열전도성이 저하되는 경우도 없으며, 처리 중의 판상 시료의 온도를 바람직한 일정한 온도로 유지할 수 있다.
[정전 흡착용 전극]
정전 흡착용 전극(113)에서는, 전압을 인가함으로써, 재치판(111)의 재치면(111a)에 판상 시료를 유지하는 정전 흡착력이 발생한다.
정전 흡착용 전극(113)의 두께는, 5μm 이상 또한 200μm 이하가 바람직하고, 7μm 이상 또한 100μm 이하가 보다 바람직하며, 10μm 이상 또한 100μm 이하가 더 바람직하다. 정전 흡착용 전극(113)의 두께가 5μm 이상이면, 충분한 도전성을 확보할 수 있다. 한편, 정전 흡착용 전극(113)의 두께가 200μm 이하이면, 재치판(111)의 재치면(111a)에 재치되는 판상 시료와 온도 조정용 베이스 부재(103)의 사이의 열전도성이 저하되는 경우가 없고, 처리 중의 판상 시료의 온도를 바람직한 일정한 온도로 유지할 수 있다. 또, 플라즈마 투과성이 저하되는 경우가 없어, 안정적으로 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
[절연재]
절연재(114)는, 정전 흡착용 전극(113)을 둘러싸 부식성 가스 및 그 플라즈마로부터 정전 흡착용 전극(113)을 보호하기 위한 부재이다.
절연재(114)에 의하여, 재치판(111)과 지지판(112)이, 정전 흡착용 전극(113)을 개재하여 접합 일체화되어 있다.
[급전용 단자]
급전용 단자(116)는, 정전 흡착용 전극(113)에 전압을 인가하기 위한 부재이다.
급전용 단자(116)의 수, 형상 등은, 정전 흡착용 전극(113)의 형태, 즉 단극형인지, 쌍극형인지에 따라 결정된다.
급전용 단자(116)의 재료는, 내열성이 우수한 도전성 재료이면 특별히 제한되지 않는다. 급전용 단자(116)의 재료로서는, 열팽창 계수가 정전 흡착용 전극(113) 및 지지판(112)의 열팽창 계수에 근사한 재료인 것이 바람직하고, 예를 들면, 코바르(kovar) 합금, 나이오븀(Nb) 등의 금속 재료, 각종 도전성 세라믹스가 적합하게 이용된다.
[도전성 접착층]
도전성 접착층(117)은, 온도 조정용 베이스 부재(103)의 고정 구멍(115) 내 및 지지판(112)의 관통 구멍(118) 내에 마련되어 있다. 또, 도전성 접착층(117)은, 정전 흡착용 전극(113)과 급전용 단자(116)의 사이에 개재하여, 정전 흡착용 전극(113)과 급전용 단자(116)를 전기적으로 접속하고 있다.
도전성 접착층(117)을 구성하는 도전성 접착제는, 탄소 섬유, 금속 분말 등의 도전성 물질과 수지를 포함한다.
도전성 접착제에 포함되는 수지로서는, 열응력에 의하여 응집 파괴를 일으키기 어려운 수지이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 실리콘 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리유레테인 수지, 불포화 폴리에스터 수지 등을 들 수 있다.
이들 중에서도, 신축도가 높고, 열응력의 변화에 의하여 응집 파괴되기 어려운 점에서, 실리콘 수지가 바람직하다.
[온도 조정용 베이스 부재]
온도 조정용 베이스 부재(103)는, 금속 및 세라믹스 중 적어도 일방으로 이루어지는 두께가 있는 원판상의 부재이다. 온도 조정용 베이스 부재(103)의 골조는, 플라즈마 발생용 내부 전극을 겸한 구성으로 되어 있다. 온도 조정용 베이스 부재(103)의 골조의 내부에는, 물, He 가스, N2 가스 등의 냉각 매체를 순환시키는 유로(121)가 형성되어 있다.
온도 조정용 베이스 부재(103)의 골조는, 외부의 고주파 전원(122)에 접속되어 있다. 또, 온도 조정용 베이스 부재(103)의 고정 구멍(115) 내에는, 그 외주가 절연 재료(123)에 의하여 둘러싸인 급전용 단자(116)가, 절연 재료(123)를 개재하여 고정되어 있다. 급전용 단자(116)는, 외부의 직류 전원(124)에 접속되어 있다.
온도 조정용 베이스 부재(103)를 구성하는 재료는, 열전도성, 도전성, 가공성이 우수한 금속, 또는 이들 금속을 포함하는 복합재이면 특별히 제한되지 않는다. 온도 조정용 베이스 부재(103)를 구성하는 재료로서는, 예를 들면, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 스테인리스강(SUS), 타이타늄(Ti) 등이 적합하게 이용된다.
온도 조정용 베이스 부재(103)에 있어서의 적어도 플라즈마에 노출되는 면은, 알루마이트 처리 또는 폴리이미드계 수지에 의한 수지 코팅이 실시되어 있는 것이 바람직하다. 또, 온도 조정용 베이스 부재(103)의 전체면이, 상기의 알루마이트 처리 또는 수지 코팅이 실시되어 있는 것이 보다 바람직하다.
온도 조정용 베이스 부재(103)에 알루마이트 처리 또는 수지 코팅을 실시함으로써, 온도 조정용 베이스 부재(103)의 내플라즈마성이 향상됨과 함께, 이상 방전이 방지된다. 따라서, 온도 조정용 베이스 부재(103)의 내플라즈마 안정성이 향상되고, 또, 온도 조정용 베이스 부재(103)의 표면 흠집의 발생도 방지할 수 있다.
[접착제층]
접착제층(104)은, 정전 척 부재(102)와, 온도 조정용 베이스 부재(103)를 접착 일체화하는 구성이다.
접착제층(104)의 두께는, 100μm 이상 또한 200μm 이하가 바람직하고, 130μm 이상 또한 170μm 이하가 보다 바람직하다.
접착제층(104)의 두께가 상기의 범위 내이면, 정전 척 부재(102)와 온도 조정용 베이스 부재(103)의 사이의 접착 강도를 충분히 유지할 수 있다. 또, 정전 척 부재(102)와 온도 조정용 베이스 부재(103)의 사이의 열전도성을 충분히 확보할 수 있다.
접착제층(104)은, 예를 들면, 실리콘계 수지 조성물을 가열 경화한 경화체, 아크릴 수지, 에폭시 수지 등으로 형성되어 있다.
실리콘계 수지 조성물은, 실록세인 결합(Si-O-Si)을 갖는 규소 화합물이며, 내열성, 탄성이 우수한 수지이므로, 보다 바람직하다.
이와 같은 실리콘계 수지 조성물로서는, 특히, 열경화 온도가 70℃~140℃인 실리콘 수지가 바람직하다.
여기에서, 열경화 온도가 70℃를 하회하면, 정전 척 부재(102)와 온도 조정용 베이스 부재(103)를 대향시킨 상태에서 접합할 때에, 접합 과정에서 경화가 충분히 진행되지 않고, 작업성이 뒤떨어지기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 열경화 온도가 140℃를 초과하면, 정전 척 부재(102) 및 온도 조정용 베이스 부재(103)와의 열팽창 차가 커, 정전 척 부재(102)와 온도 조정용 베이스 부재(103)의 사이의 응력이 증가하고, 이들 사이에서 박리가 발생하는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다.
즉, 열경화 온도가 70℃ 이상이면, 접합 과정에서 작업성이 우수하고, 열경화 온도가 140℃ 이하이면, 정전 척 부재(102)와 온도 조정용 베이스 부재(103)의 사이에서 박리되기 어렵기 때문에 바람직하다.
본 실시형태의 정전 척 장치(100)에 의하면, 정전 척 부재(102)가 세라믹스 접합체(1)로 이루어지기 때문에, 정전 척 부재(102)에 있어서, 절연 파괴(방전)의 발생을 억제할 수 있다.
이하, 본 실시형태의 정전 척 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다.
상술한 바와 같이 하여 얻어진 세라믹스 접합체(1)로 이루어지는 정전 척 부재(102)를 준비한다.
온도 조정용 베이스 부재(103)의 일주면(一主面)(103a)의 소정 영역에, 실리콘계 수지 조성물로 이루어지는 접착제를 도포한다. 여기에서, 접착제의 도포량을, 정전 척 부재(102)와 온도 조정용 베이스 부재(103)가 접합 일체화할 수 있는 양으로 조정한다.
이 접착제의 도포 방법으로서는, 스패출러 등을 이용하여 수동으로 도포하는 것 외에, 바 코트법, 스크린 인쇄법 등을 들 수 있다.
온도 조정용 베이스 부재(103)의 일주면(103a)에 접착제를 도포한 후, 정전 척 부재(102)와, 접착제를 도포한 온도 조정용 베이스 부재(103)를 중첩한다.
또, 세워진 급전용 단자(116)를, 온도 조정용 베이스 부재(103) 중에 천공(穿孔)된 고정 구멍(115)에 삽입하여 끼워 넣는다.
이어서, 정전 척 부재(102)를 온도 조정용 베이스 부재(103)에 대하여 소정의 압력으로 압압하여, 정전 척 부재(102)와 온도 조정용 베이스 부재(103)를 접합 일체화한다. 이로써, 정전 척 부재(102)와 온도 조정용 베이스 부재(103)는, 접착제층(104)을 개재하여 접합 일체화된다.
이상에 의하여, 정전 척 부재(102) 및 온도 조정용 베이스 부재(103)는, 접착제층(104)을 개재하여 접합 일체화된 본 실시형태의 정전 척 장치(100)가 얻어진다.
또한, 본 실시형태에 관한 판상 시료로서는, 반도체 웨이퍼에 제한되지 않고, 예를 들면, 액정 디스플레이(LCD), 플라즈마 디스플레이(PDP), 유기 EL 디스플레이 등의 평판형 디스플레이(FPD)용 유리 기판 등이어도 된다. 또, 그 기판의 형상이나 크기에 맞추어 본 실시형태의 정전 척 장치를 설계하면 된다.
본 발명은, 이하의 양태도 포함한다.
[1-1] 한 쌍의 세라믹스판과, 상기 한 쌍의 세라믹스판의 사이에 개재하는 전극층을 구비하고, 상기 한 쌍의 세라믹스판이, 각각 절연성 재료와 도전성 재료로 구성되며, 상기 전극층은, 절연성 세라믹스의 입자와 도전성 세라믹스의 입자의 소결체로 이루어져, 상기 한 쌍의 세라믹스판 중 적어도 일방에 매설되고, 상기 전극층의 외연에 있어서, 상기 한 쌍의 세라믹스판 중 적어도 일방과 상기 전극층의 접합면이, 상기 한 쌍의 세라믹스판 및 상기 전극층의 두께 방향에 대하여 기울어짐을 갖는, 세라믹스 접합체.
[1-2] 상기 한 쌍의 세라믹스판의 재료가, 서로 동일한 [1-1]에 기재된 세라믹스 접합체.
[1-3] 하기 방법으로 구해지는 상기 전극층의 외연의 상대 밀도는, 상기 전극층의 중심의 상대 밀도보다 낮은 [1-2]에 기재된 세라믹스 접합체.
(상대 밀도의 측정 방법)
상기 세라믹스 접합체의 두께 방향의 절단면에 대하여, 상기 전극층의 외연이며 평면시에서 상기 접합면과 겹쳐지는 영역의, 확대 배율 1000배의 현미경 사진을 촬상한다. 상기 범위에 포함되는 전극층의 외윤곽 내의 면적에 대한, 물질이 존재하는 영역의 비율을 전극층의 외연의 상대 밀도로 한다.
상기 절단면에 있어서, 전극층의 중앙을 포함하는 폭 150μm의 범위의, 확대 배율 1000배의 현미경 사진을 촬상한다. 상기 범위에 포함되는 전극층의 외윤곽 내의 면적에 대한, 물질이 존재하는 영역의 비율을 전극층의 중앙의 상대 밀도로 한다.
[2-1] 한 쌍의 세라믹스판과, 상기 한 쌍의 세라믹스판의 사이에 개재하는 전극층과, 상기 한 쌍의 세라믹스판의 사이에 있어서, 상기 전극층의 주위에 배치된 절연층을 구비하고, 상기 한 쌍의 세라믹스판이, 각각 절연성 재료와 도전성 재료로 구성되며, 상기 전극층은, 절연성 세라믹스의 입자와 도전성 세라믹스의 입자의 소결체로 이루어지고, 상기 전극층의 외연에 있어서, 상기 전극층과 상기 절연층의 접합면이, 상기 한 쌍의 세라믹스판, 상기 전극층 및 상기 절연층의 두께 방향에 대하여 기울어짐을 갖는, 세라믹스 접합체.
[2-2] 상기 한 쌍의 세라믹스판의 재료가, 서로 동일한 [2-1]에 기재된 세라믹스 접합체.
[2-3] 하기 방법으로 구해지는 상기 전극층의 외연의 상대 밀도는, 상기 전극층의 중심의 상대 밀도보다 낮은 [2-2]에 기재된 세라믹스 접합체.
(상대 밀도의 측정 방법)
상기 세라믹스 접합체의 두께 방향의 절단면에 대하여, 상기 전극층의 외연이며 평면시에서 상기 접합면과 겹쳐지는 영역의, 확대 배율 1000배의 현미경 사진을 촬상한다. 상기 범위에 포함되는 전극층의 외윤곽 내의 면적에 대한, 물질이 존재하는 영역의 비율을 전극층의 외연의 상대 밀도로 한다.
상기 절단면에 있어서, 전극층의 중앙을 포함하는 폭 150μm의 범위의, 확대 배율 1000배의 현미경 사진을 촬상한다. 상기 범위에 포함되는 전극층의 외윤곽 내의 면적에 대한, 물질이 존재하는 영역의 비율을 전극층의 중앙의 상대 밀도로 한다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
91질량%의 산화 알루미늄 분말과, 9질량%의 탄화 규소 분말의 혼합 분말을 성형, 소결하여, 직경 450mm, 두께 5.0mm의 원반상의 산화 알루미늄-탄화 규소 복합 소결체로 이루어지는 세라믹스판(제1 세라믹스판, 제2 세라믹스판)을 제작했다.
제1 세라믹스판의 일방의 면(제2 세라믹스판과의 접합면)에 연삭 가공을 실시하고, 제1 세라믹스판의 일방의 면에, 제1 세라믹스판의 두께 방향에 대하여 경사지는 경사면을 갖는 오목부를 형성했다. 형성한 오목부는, 제1 세라믹스판의 두께 방향으로 개구 직경이 점감되어 있었다.
이어서, 스크린 인쇄법에 의하여, 제1 세라믹스판에 형성한 오목부에 전극층 형성용 페이스트를 도포하여, 전극층 도막을 형성했다. 전극층 도막의 두께는, 오목부의 최심부(最深部)에 있어서 깊이의 120%로 하고, 다른 부분 전극층 도막의 두께는, 오목부의 최심부에 있어서의 전극층 도막의 표면과, 높이 위치를 일정하게 함으로써 조정했다.
또한, "오목부의 깊이"는, 제1 세라믹스판의 일방의 면을 기준면으로 하고, 기준면으로부터 오목부 바닥부에 수직선을 내렸을 때의, 기준면으로부터 오목부 바닥부까지의 거리를 가리킨다.
전극층 형성용 페이스트로서는, 산화 알루미늄 분말과 탄화 몰리브데넘 분말을, 아이소프로필알코올에 분산시킨 분산액을 이용했다. 전극층 형성용 페이스트에 있어서의 산화 알루미늄 분말의 함유량을 25질량%로 하고, 탄화 몰리브데넘 분말의 함유량을 25질량%로 했다.
이어서, 전극층 도막을 형성한 면이 내측이 되도록, 제1 세라믹스판의 일방의 면에, 제2 세라믹스판을 적층했다.
이어서, 제1 세라믹스판, 전극층 도막 및 제2 세라믹스판을 포함하는 적층체를, 아르곤 분위기하, 가열하면서, 두께 방향으로 가압했다. 열처리 온도를 1700℃, 가압력을 10MPa, 열처리 및 가압하는 시간을 2시간으로 했다.
이상의 공정에 의하여, 도 4에 나타내는 바와 같은 실시예 1의 세라믹스 접합체를 얻었다.
(절연성 평가)
이하와 같이 하여, 세라믹스 접합체의 절연성을 평가했다.
제1 세라믹스판에, 관통 전극을 형성했다. 관통 전극은, 제1 세라믹스판을 두께 방향으로 관통시켜, 제1 세라믹스판의 전극층과 접하는 면과는 반대 측의 면으로부터 전극층에 이르는 전극이다.
측면 내전압 측정에서는, 세라믹스 접합체의 측면(세라믹스 접합체의 두께 방향의 측면)에 있어서, 제1 세라믹스판, 전극층 및 제2 세라믹스판에 접하는 자세로 카본 테이프를 첩부했다. 카본 테이프와 관통 전극을 개재하여, 세라믹스 접합체에 전압을 인가하여, 세라믹스 접합체가 절연 파괴되는 전압을 측정했다.
유전층 내전압 측정에서는, 제2 세라믹스판(유전층)의 상면에 프로브를 고정하고, 이 프로브와 관통 전극을 개재하여, 세라믹스 접합체에 전압을 인가하여, 세라믹스 접합체가 절연 파괴되는 전압을 측정했다.
구체적으로는, 측면 내전압 측정 및 유전층 내전압 측정에 있어서, 3000V의 전압을 인가한 상태에서 RF 전압을 인가하여 10분 유지하고, 그 후 500V씩 서서히 전압을 인가하여, 10분 유지하며, 측정한 전륫값이 0.1mA(밀리암페어)를 초과한 경우를 절연 파괴로 했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(접합면의 접합 비율)
"제1 세라믹스판의 전극층과의 접합면의 접합 비율"은, 접합면의 임의의 주사형 전자 현미경 사진으로부터 산출했다. 즉, 무작위로 선택된 시야에서 확대 배율 1000배의 전자 현미경 사진을 촬영하고, 이 전자 현미경 사진에 찍힌, 경사면의 길이를 "접합면의 전체 길이(L1)"로 했다. 접합면의 전체 길이(L1)에 대해서는, 명세서에 기재된 방법으로 규정하여 측정했다.
한편, 상기 전자 현미경 사진에 있어서 제1 세라믹스판과 전극층의 사이에 발생한 각 보이드의 장경 길이를 구하고, 이 장경 길이의 합계를 "접합면에 발생한 보이드 길이(D1)"로 했다.
이와 같이 하여 구해진 길이로부터, "접합면에 발생한 보이드 길이(D1)"에 대한 "접합면의 전체 길이(L1)"의 비율을 백분율로 구하고, 구한 값을 100%에서 뺀 값을 "제1 세라믹스판과 전극층의 접합면의 접합 비율"로서 산출했다.
그 결과, 실시예 1의 세라믹스 접합체에 있어서, 제1 세라믹스판과 전극층의 접합면의 접합 비율은 62%였다.
[비교예]
스크린 인쇄법에 의하여, 연삭 가공을 실시하지 않은 제1 세라믹스판의 일방의 면에, 전극층 형성용 페이스트를 도포하여, 전극층 도막을 형성한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 비교예의 세라믹스 접합체를 얻었다.
실시예 1과 동일하게 하여, 세라믹스 접합체의 절연성을 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(접합면의 접합 비율)
실시예 1과 동일하게 하여, 제1 세라믹스판과 전극층의 접합면의 접합 비율을 산출한 결과, 0%였다.
| 내전압 | 실시예 1 | 비교예 |
| 유전층(kV/mm) | 39.2 | 30.6 |
| 측면(kV/mm) | 31.6 | 16.3 |
표 1의 결과로부터, 실시예 1의 세라믹스 접합체는, 비교예의 세라믹스 접합체보다 절연 내압이 높은 것을 알 수 있었다.
[실시예 2]
전극층 제작 시에, 오목부의 최심부에 있어서의 전극층 도막의 두께를, 깊이의 80%로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 실시예 2의 세라믹스 접합체를 얻었다.
실시예 1과 동일하게 하여, 제1 세라믹스판과 전극층의 접합면의 접합 비율을 산출한 결과, 44%였다.
(전극층의 밀도)
전극층의 밀도는, 상기(전극층의 상대 밀도의 측정 방법)에 기재된 방법으로 구했다.
각 평가 결과를 표 2에 나타낸다.
| 실시예 2 | ||
| 전극층 외연부의 밀도 | 80% | |
| 내전압 | 유전층(kV/mm) | 32.0 |
| 측면(kV/mm) | 26.0 | |
전극층의 중심의 밀도는, 거의 100%인 것을 확인했다. 표 2의 결과로부터, 실시예 2의 세라믹스 접합체는, 실시예 1의 세라믹스 접합체와 비교하여 전극층의 외연이 상대적으로 저밀도이지만, 실시예 1과 손색 없는 내전압 특성을 나타내며, 비교예의 세라믹스 접합체보다 절연 내압이 높은 것을 알 수 있었다.
본 발명의 세라믹스 접합체는, 한 쌍의 세라믹스판과, 상기 한 쌍의 세라믹스판의 사이에 개재하는 전극층을 구비하고, 상기 전극층의 외연에 있어서, 상기 한 쌍의 세라믹스판 중 적어도 일방과 상기 전극층의 접합면이, 상기 한 쌍의 세라믹스판 및 상기 전극층의 두께 방향에 대하여 기울어짐을 갖는다. 그 때문에, 본 발명의 세라믹스 접합체는, 세라믹스판과 도전층의 접합 계면에 있어서, 절연 파괴(방전)가 억제된다. 이와 같은 세라믹스 접합체는, 정전 척 장치의 정전 척 부재에 적합하게 이용되며, 그 유용성은 매우 큰 것이다.
1, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 세라믹스 접합체
2, 42 세라믹스판(제1 세라믹스판)
3, 43 세라믹스판(제2 세라믹스판)
4, 44 전극층
5, 46 접합면
45 절연층
100 정전 척 장치
102 정전 척 부재
103 온도 조정용 베이스 부재
104 접착제층
111 재치판
112 지지판
113 정전 흡착용 전극
114 절연재
115 고정 구멍
116 급전용 단자
117 도전성 접착층
118 관통 구멍
121 유로
122 고주파 전원
123 절연 재료
124 직류 전원
2, 42 세라믹스판(제1 세라믹스판)
3, 43 세라믹스판(제2 세라믹스판)
4, 44 전극층
5, 46 접합면
45 절연층
100 정전 척 장치
102 정전 척 부재
103 온도 조정용 베이스 부재
104 접착제층
111 재치판
112 지지판
113 정전 흡착용 전극
114 절연재
115 고정 구멍
116 급전용 단자
117 도전성 접착층
118 관통 구멍
121 유로
122 고주파 전원
123 절연 재료
124 직류 전원
Claims (10)
- 한 쌍의 세라믹스판과,
상기 한 쌍의 세라믹스판의 사이에 개재하는 전극층을 구비하고,
상기 전극층은, 상기 한 쌍의 세라믹스판 중 적어도 일방에 매설되며,
상기 전극층의 외연에 있어서, 상기 한 쌍의 세라믹스판 중 적어도 일방과 상기 전극층의 접합면이, 상기 한 쌍의 세라믹스판 및 상기 전극층의 두께 방향에 대하여 기울어짐을 갖는, 세라믹스 접합체. - 한 쌍의 세라믹스판과,
상기 한 쌍의 세라믹스판의 사이에 개재하는 전극층과,
상기 한 쌍의 세라믹스판의 사이에 있어서, 상기 전극층의 주위에 배치된 절연층을 구비하고,
상기 전극층의 외연에 있어서, 상기 전극층과 상기 절연층의 접합면이, 상기 한 쌍의 세라믹스판, 상기 전극층 및 상기 절연층의 두께 방향에 대하여 기울어짐을 갖는, 세라믹스 접합체. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 전극층은, 절연성 세라믹스와 도전성 세라믹스로 구성되는, 세라믹스 접합체. - 제 3 항에 있어서,
상기 절연성 세라믹스는, Al2O3, AlN, Si3N4, Y2O3, YAG, SmAlO3, MgO 및 SiO2로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인, 세라믹스 접합체. - 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 도전성 세라믹스는, SiC, TiO2, TiN, TiC, W, WC, Mo, Mo2C 및 C로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인, 세라믹스 접합체. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극층의 외연의 상대 밀도는, 상기 전극층의 중심의 상대 밀도보다 저밀도인 세라믹스 접합체. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 한 쌍의 세라믹스판의 재료가, 서로 동일한 세라믹스 접합체. - 세라믹스로 이루어지는 정전 척 부재와, 금속으로 이루어지는 온도 조정용 베이스 부재를, 접착제층을 개재하여 접합하여 이루어지는 정전 척 장치로서,
상기 정전 척 부재는, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 세라믹스 접합체로 이루어지는, 정전 척 장치. - 한 쌍의 세라믹스판 중 적어도 일방에 대하여, 상기 한 쌍의 세라믹스판이 겹쳐지는 면에, 상기 한 쌍의 세라믹스판의 두께 방향에 대하여 경사지는 경사면을 갖는 오목부를 형성하는 공정과,
상기 오목부에, 전극층 형성용 페이스트를 도포하여 전극층 도막을 형성하는 공정과,
상기 전극층 도막을 형성한 면이 내측이 되는 자세로, 상기 한 쌍의 세라믹스판을 적층하는 공정과,
상기 한 쌍의 세라믹스판 및 상기 전극층 도막을 포함하는 적층체를, 가열하면서, 두께 방향으로 가압하는 공정을 갖는 세라믹스 접합체의 제조 방법. - 한 쌍의 세라믹스판 중 적어도 일방에 대하여, 상기 한 쌍의 세라믹스판이 겹쳐지는 면에, 전극층 형성용 페이스트를 도포하여 전극층 도막을 형성함과 함께, 상기 전극층 도막의 주위를 둘러싸 절연층 형성용 페이스트를 도포하여 절연층 도막을 형성하는 공정과,
상기 전극층 도막 및 상기 절연층 도막을 형성한 면이 내측이 되는 자세로, 상기 한 쌍의 세라믹스판을 적층하는 공정과,
상기 한 쌍의 세라믹스판, 상기 전극층 도막 및 상기 절연층 도막을 포함하는 적층체를, 가열하면서, 두께 방향으로 가압하는 공정을 갖고,
상기 절연층 도막을 형성하는 공정에서는, 상기 전극층 도막의 외연과 상기 절연층 도막의 내연이 겹쳐져, 상기 전극층 도막과 상기 절연층 도막의 접촉면이, 상기 한 쌍의 세라믹스판의 두께 방향에 대하여 기울어짐을 갖는 세라믹스 접합체의 제조 방법.
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