KR20230124549A - 세라믹스 접합체, 정전 척 장치 - Google Patents

세라믹스 접합체, 정전 척 장치 Download PDF

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KR20230124549A
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준 아리카와
노부히로 히다카
유키오 미우라
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스미토모 오사카 세멘토 가부시키가이샤
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Abstract

한 쌍의 세라믹스판(2, 3)과, 한 쌍의 세라믹스판(2, 3)의 사이에 개재하는 전극층(4) 및 절연층(5)을 구비하고, 절연층(5)은, 절연성 재료와 도전성 재료로 구성되는, 세라믹스 접합체(1).

Description

세라믹스 접합체, 정전 척 장치
본 발명은, 세라믹스 접합체, 정전 척 장치에 관한 것이다.
본원은, 2020년 12월 28일에 출원된 일본 특허출원 2020-218678호에 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·일체화되어 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).
일본 특허공보 제5841329호
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. 그 때문에, 특허문헌 1에 기재된 세라믹스 접합체에서는, 방전에 의한 세라믹스판의 절연 파괴를 충분히 방지할 수 없어, 개선이 요구되고 있었다.
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 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 이하의 양태를 포함한다.
[1] 한 쌍의 세라믹스판과, 상기 한 쌍의 세라믹스판의 사이에 개재하는 전극층과, 상기 한 쌍의 세라믹스판의 사이에 있어서, 상기 전극층의 주위에 배치된 절연층을 구비하고, 상기 절연층은, 절연성 재료와 도전성 재료로 구성되는, 세라믹스 접합체.
[2] 상기 절연층은, 상기 한 쌍의 세라믹스판의 일방과 일체적으로 형성되어 있는, [1]에 기재된 세라믹스 접합체.
[3] 상기 절연성 재료는, Al2O3, AlN, Si3N4, Y2O3, YAG, SmAlO3, MgO 및 SiO2로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인, [1] 또는 [2]에 기재된 세라믹스 접합체.
[4] 상기 도전성 재료는, SiC, TiO2, TiN, TiC, W, WC, Mo, Mo2C 및 C로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인, [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 세라믹스 접합체.
[5] 상기 전극층의 외연의 상대 밀도는, 상기 전극층의 중심의 상대 밀도보다 저밀도인 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 세라믹스 접합체.
[6] 상기 한 쌍의 세라믹스판의 재료가, 서로 동일한 [1] 내지 [5] 중 어느 한 항에 기재된 세라믹스 접합체.
[7] 상기 한 쌍의 세라믹스판이, 절연성 재료와 도전성 재료로 구성되는 [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 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 하나에 기재된 세라믹스 접합체로 이루어지는, 정전 척 장치.
본 발명에 의하면, 높은 전압을 인가한 경우에, 방전에 의하여 세라믹스판의 절연 파괴가 발생하는 것을 억제한 세라믹스 접합체, 세라믹스 접합체를 포함하는 정전 척 장치를 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 정전 척 장치를 나타내는 단면도이다.
본 발명의 세라믹스 접합체, 정전 척 장치의 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]
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) 및 절연층(5)을 구비한다.
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) 및 절연층(5)과, 제2 세라믹스판(3)이 이 순서로 적층되어 있다. 즉, 세라믹스 접합체(1)는, 제1 세라믹스판(2)과 제2 세라믹스판(3)이, 전극층(4) 및 절연층(5)을 개재하여, 접합 일체화되어 이루어지는 접합체이다. 또, 전극층(4) 및 절연층(5)은, 제1 세라믹스판(2)에 있어서 제2 세라믹스판(3)과 대향하는 접합면(2a), 및 제2 세라믹스판(3)에 있어서 제1 세라믹스판(2)과 대향하는 접합면(3a)에 접하여 마련되어 있다.
본 실시형태의 세라믹스 접합체(1)에서는, 절연층(5)은, 절연성 재료와 도전성 재료로 구성된다.
(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 재료와 도전성 재료의 복합체로 이루어진다.
제1 세라믹스판(2) 및 제2 세라믹스판(3)에 포함되는 절연성 재료는, 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 재료는, 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 재료의 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 재료의 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 재료의 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, 도전성 재료의 입자의 소결체, 또는 절연성 세라믹스의 입자와 도전성 재료의 입자의 복합체(소결체)로 구성된다.
또, 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 절연층(5)의 계면에서는, 구조적으로 보이드가 발생하기 쉽다.
또한, 본 명세서에 있어서 용어 "보이드"는, 제1 세라믹스판과 전극층의 계면, 또는 제2 세라믹스판과 전극층의 계면에 발생하는 공간으로서, 장경(長徑)이 50μm 미만인 공간을 의미한다.
전극층(4)이 절연성 세라믹스와 도전성 재료로 구성되는 경우, 이들의 혼합 재료의 체적 고유 저항값은 10-6Ω·cm 이상 10-2Ω·cm 이하 정도인 것이 바람직하다.
전극층(4)이 절연성 세라믹스와 도전성 재료의 복합체로 구성되는 경우, 전극층(4)에 있어서, 도전성 재료의 함유량은, 15질량% 이상 100질량% 이하가 바람직하고, 20질량% 이상 100질량% 이하가 보다 바람직하다. 도전성 재료의 함유량이 상기 하한값 이상이면, 세라믹스판(3)에 충분한 유전 특성을 발현시킬 수 있다.
전극층(4)에 포함되는 도전성 재료는, 도전성 세라믹스여도 되고, 금속이나 탄소 재료 등의 도전성 재료여도 된다. 전극층(4)에 포함되는 도전성 재료는, SiC, TiO2, TiN, TiC, 텅스텐(W), 탄화 텅스텐(WC), 몰리브데넘(Mo), 탄화 몰리브데넘(Mo2C), 탄탈럼(Ta), 탄화 탄탈럼(TaC, Ta4C5), 탄소 재료 및 도전성 복합 소결체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이 바람직하다.
탄소 재료로서는, 예를 들면, 카본 블랙, 카본 나노 튜브, 카본 나노 파이버 등을 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 재료가 상기 물질로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종임으로써, 전극층의 도전율을 담보할 수 있다.
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)이, 도전성 재료와 절연성 재료로 이루어짐으로써, 제1 세라믹스판(2) 및, 제2 세라믹스판(3)과의 접합 강도 및, 전극으로서의 기계적 강도가 강해진다.
전극층(4)에 포함되는 절연성 재료가, 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 X방향의 단부(端部)(예를 들면 +X방향의 단부)로부터, 전극층(4)의 X방향 내측의 방향(예를 들면 -X방향)을 향하여 150μm의 범위에 포함되는 전극층(4)이다. 당해 범위에 포함되는 전극층(4)을, 이하, "밀도 측정 영역"이라고 칭한다.
상기 현미경 사진에 의하면, 전극층(4)의 단면과 겹치는 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 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 단부로부터 2.5%씩, 합계 5% 이하이다.
(절연층)
절연층(5)은, 제1 세라믹스판(2)과 제2 세라믹스판(3)의 경계부, 즉 전극층(4) 형성부 이외의 외연부 영역을 접합하기 위하여 마련된 구성이다. 절연층(5)은, 제1 세라믹스판(2)과 제2 세라믹스판(3)의 사이(한 쌍의 세라믹스판의 사이)에 있어서, 평면시에서 전극층(4)의 주위에 배치되어 있다.
절연층(5)의 형상(절연층(5)을 평면시한 경우의 형상)은, 특별히 한정되지 않고, 전극층(4)의 형상에 따라 적절히 조정된다.
절연층(5)의 두께(Y방향의 폭)는, 전극층(4)의 두께와 동일해져 있다.
절연층(5)은, 절연성 재료와 도전성 재료로 구성되는 복합재료로 이루어진다. 절연층(5)의 체적 고유 저항값은, 1013Ω·cm 이상 1017Ω·cm 이하이다.
절연층(5)을 구성하는 절연성 재료는, 특별히 한정되지 않지만, 제1 세라믹스판(2) 및 제2 세라믹스판(3)의 주성분과 동일한 것이 바람직하다. 절연층(5)을 구성하는 절연성 재료는, 예를 들면, Al2O3, AlN, Si3N4, Y2O3, YAG, SmAlO3, MgO 및 SiO2로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 것이 바람직하다. 절연층(5)을 구성하는 절연성 재료는, Al2O3이 바람직하다. 절연층(5)을 구성하는 절연성 재료가, Al2O3임으로써, 고온에서의 유전 특성, 고내식성, 내플라즈마성, 내열성이 유지된다.
절연층(5)을 구성하는 도전성 재료는, 특별히 한정되지 않지만, 제1 세라믹스판(2) 및 제2 세라믹스판(3)의 주성분과 동일한 것이 바람직하다. 절연층(5)을 구성하는 도전성 재료는, 예를 들면, SiC, TiO2, TiN, TiC, W, WC, Mo, Mo2C 및 탄소 재료로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이 바람직하다. 탄소 재료로서는, 예를 들면, 카본 나노 튜브, 카본 나노 파이버 등을 들 수 있다. 절연층(5)을 구성하는 도전성 재료는, SiC가 바람직하다.
절연층(5)에 있어서, 절연성 재료의 함유량은, 80질량% 이상 96질량% 이하가 바람직하고, 80질량% 이상 95질량% 이하가 보다 바람직하며, 85질량% 이상 95질량% 이하가 더 바람직하다. 절연성 재료의 함유량이 상기 하한값 이상이면, 충분한 내전압성이 얻어진다. 절연성 재료의 함유량이 상기 상한값 이하이면, 절연층(5)에 함유시키는 도전성 재료의 제전(除電) 효과를 충분히 발현시킬 수 있다.
절연층(5)에 있어서, 도전성 재료의 함유량은, 4질량% 이상 20질량% 이하가 바람직하고, 5질량% 이상 20질량% 이하가 보다 바람직하며, 5질량% 이상 15질량% 이하가 더 바람직하다. 도전성 재료의 함유량이 상기 하한값 이상이면, 도전성 재료의 제전 효과를 충분히 발현시킬 수 있다. 도전성 재료의 함유량이 상기 상한값 이하이면, 충분한 내전압이 얻어진다.
절연층(5)을 구성하는 절연성 재료의 평균 1차 입자경은, 0.5μm 이상 3.0μm 이하가 바람직하고, 0.7μm 이상 2.0μm 이하가 보다 바람직하다.
절연층(5)을 구성하는 절연성 재료의 평균 1차 입자경이 0.5μm 이상이면, 충분한 내전압성이 얻어진다. 한편, 절연층(5)을 구성하는 절연성 재료의 평균 1차 입자경이 3.0μm 이하이면, 연삭 등의 가공이 용이하다.
절연층(5)을 구성하는 도전성 재료의 평균 1차 입자경은, 0.1μm 이상 1.0μm 이하가 바람직하고, 0.1μm 이상 0.8μm 이하가 보다 바람직하다.
절연층(5)을 구성하는 도전성 재료의 평균 1차 입자경이 0.1μm 이상이면, 충분한 내전압성이 얻어진다. 한편, 절연층(5)을 구성하는 도전성 재료의 평균 1차 입자경이 1.0μm 이하이면, 연삭 등의 가공이 용이하다.
절연층(5)을 구성하는 절연성 재료의 평균 1차 입자경 및 도전성 재료의 평균 1차 입자경의 측정 방법은, 제1 세라믹스판(2) 및 제2 세라믹스판(3)을 구성하는 절연성 재료의 평균 1차 입자경 및 도전성 재료의 평균 1차 입자경의 측정 방법과 동일하다.
본 실시형태의 세라믹스 접합체(1)에 의하면, 세라믹스 접합체(1)에 대전한 전하를, 절연성 재료와 도전성 재료로 구성되는 세라믹스판(2, 3)으로부터 제전할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 세라믹스 접합체(1)에서는, 전극층의 외연에 보이드를 형성하기 쉽고, 형성된 보이드에 대전하기 쉽다. 그러나, 절연층(5)이 절연성 재료와 도전성 재료로 구성되기 때문에, 세라믹스 접합체(1)에 높은 전압을 인가한 경우에, 전극층(4) 및 절연층(5)의 접합 계면에 대전한 전하를 절연층(5)에 제전할 수 있다. 그 결과, 전극층(4) 및 절연층(5)의 접합 계면의 대전을 억제할 수 있고, 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 3에 나타내는 바와 같은 변형예를 채용해도 된다. 또한, 변형예에서는, 상기의 실시형태에 있어서의 구성 요소와 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙여, 그 설명을 생략하고, 상이한 점에 대해서만 설명한다.
(변형예 1)
도 2에 나타내는 변형예의 세라믹스 접합체(10)에서는, 절연층(5)이, 제2 세라믹스판(3)과 일체적으로 형성되어 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 "일체적으로 형성되어 있다"란, 하나의 부재로서 형성되어 있는(하나의 부재인) 것을 의미한다. 이 의미에 있어서, 본 변형예의 제2 세라믹스판(3)과 절연층(5)은, 원래 2개의 부재끼리를 1개로 "일체화"한 구성과는 상이하다.
절연층(5)은, 제2 세라믹스판(3)과 동일한 재료로 구성되어 있다. 제2 세라믹스판(3)은, 오목부(3A)를 갖고 있고, 오목부(3A)의 주위에는 환상으로 절연층(5)이 마련되어 있다. 제2 세라믹스판(3)의 일부가 절연층(5)에 해당한다. 오목부(3A)는, 오목부를 갖지 않는 세라믹스판에 연삭 가공 또는 연마 가공을 실시함으로써 형성 가능하다.
이와 같은 세라믹스 접합체(10)에서는, 전극층(4)과 절연층(5)의 접합 계면에 대전한 전하를 세라믹스판(2) 및 세라믹스판(3)뿐만 아니라, 절연층(5)에도 제전할 수 있다. 그 결과, 전극층(4) 및 절연층(5)의 접합 계면의 대전을 억제할 수 있고, 방전에 의한 세라믹스 접합체(10)의 절연 파괴를 억제할 수 있다.
(변형예 2)
도 3에 나타내는 변형예의 세라믹스 접합체(20)에서는, 절연층(5)이, 제1 세라믹스판(2)과 일체적으로 형성되어 있다. 절연층(5)은, 제1 세라믹스판(2)과 동일한 재료로 구성되어 있다. 제1 세라믹스판(2)은, 오목부(2A)를 갖고 있고, 오목부(2A)의 주위에는 환상으로 절연층(5)이 마련되어 있다. 제1 세라믹스판(2)의 일부가 절연층(5)에 해당한다. 오목부(2A)는, 오목부를 갖지 않는 세라믹스판에 연삭 가공 또는 연마 가공을 실시함으로써 형성 가능하다.
오목부(2A)의 내측면은, Y방향으로 평행이어도 되고, Y방향에 대하여 경사를 갖고 있어도 된다. 내측면이 Y방향에 대하여 경사를 갖는 경우, 오목부(2A)의 개구 직경은, 오목부(2A)의 깊이 방향으로 점감된다.
이와 같은 세라믹스 접합체(20)에서는, 전극층(4)과 절연층(5)의 접합 계면에 대전한 전하를 세라믹스판(2) 및 세라믹스판(3)뿐만 아니라, 절연층(5)에도 제전할 수 있다. 그 결과, 전극층(4) 및 절연층(5)의 접합 계면의 대전을 억제할 수 있고, 방전에 의한 세라믹스 접합체(20)의 절연 파괴를 억제할 수 있다.
[세라믹스 접합체의 제조 방법]
본 실시형태의 세라믹스 접합체의 제조 방법은, 제1 세라믹스판의 일방의 면에, 전극층 형성용 페이스트를 도포하여 전극층 도막을 형성함과 함께, 절연층 형성용 페이스트를 도포하여 절연층 도막을 형성하는 공정(이하, "제1 공정"이라고 한다.)과, 상기 전극층 도막 및 상기 절연층 도막을 형성한 면이 내측이 되는 자세로, 상기 한 쌍의 세라믹스판을 적층하는 공정(이하, "제2 공정"이라고 한다.)과, 상기 한 쌍의 세라믹스판, 상기 전극층 도막 및 상기 절연층 도막을 포함하는 적층체를, 가열하면서, 두께 방향으로 가압하는 공정(이하, "제3 공정"이라고 한다.)을 갖는다.
이하, 도 1을 참조하면서, 본 실시형태의 세라믹스 접합체의 제조 방법에 대하여 설명한다.
제1 공정에서는, 스크린 인쇄법 등의 도공법에 의하여, 예를 들면, 제1 세라믹스판(2)의 일방의 면(2a)에 전극층 형성용 페이스트를 도포하여, 전극층(4)이 되는 도막(전극층 도막)을 형성한다.
전극층 형성용 페이스트로서는, 전극층(4)을 형성하는 도전성 재료의 입자, 또는 도전성 재료의 입자와 절연 재료를, 용매에 분산시킨 분산액이 이용된다.
또, 제1 공정에서는, 스크린 인쇄법 등의 도공법에 의하여, 연마 가공을 실시한 제1 세라믹스판(2)의 일방의 면(2a)에 절연층 형성용 페이스트를 도포하여, 절연층(5)이 되는 도막(절연층 도막)을 형성한다.
절연층 형성용 페이스트로서는, 절연층(5)을 형성하는 절연성 재료 및 도전성 재료를, 용매에 분산시킨 분산액이 이용된다.
절연층 형성용 페이스트에 포함되는 용매로서는, 아이소프로필알코올 등이 이용된다.
제2 공정에서는, 전극층 도막 및 절연층 도막을 형성한 면이 내측이 되는 자세로, 제2 세라믹스판(3)의 접합면(3a)에, 제1 세라믹스판(2)을 적층한다.
제3 공정에서는, 제1 세라믹스판(2), 전극층 도막, 절연층 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.
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) 및 절연층(5)을 형성할 수 있다. 또, 전극층(4) 및 절연층(5)을 개재하여, 제1 세라믹스판(2)과 제2 세라믹스판(3)을 접합 일체화할 수 있다.
본 실시형태의 세라믹스 접합체의 제조 방법에 의하면, 절연층(5)이 절연성 재료와 도전성 재료로 구성된 세라믹스 접합체(1)를 제공할 수 있다. 얻어진 세라믹스 접합체(1)는, 높은 전압을 인가한 경우에, 제1 세라믹스판(2) 및 제2 세라믹스판(3)과 절연층(5)의 접합 계면에 있어서의 방전을 억제할 수 있어, 방전에 의한 절연 파괴를 억제할 수 있다.
[정전 척 장치]
이하, 도 4를 참조하면서, 본 발명의 일 실시형태에 관한 정전 척 장치에 대하여 설명한다.
도 4는, 본 실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 단면도이다. 또한, 도 4에 있어서, 도 1에 나타낸 세라믹스 접합체와 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙여, 중복되는 설명을 생략한다.
도 4에 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, 온도 조정용 베이스 부재(103)의 고정 구멍(115) 내에 마련되어 정전 흡착용 전극(113)에 접하는 급전용 단자(116)를 갖고 있다.
정전 척 부재(102)에 있어서, 재치판(111)이 상기의 제2 세라믹스판(3)에 상당하고, 지지판(112)이 상기의 제1 세라믹스판(2)에 상당하며, 정전 흡착용 전극(113)이 상기의 전극층(4)에 상당하고, 절연재(114)가 상기의 절연층(5)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 일주하는, 단면 사각형상의 환상 돌기부가 마련되어 있어도 된다. 또한, 이 재치면(111a) 상의 환상 돌기부에 둘러싸인 영역에는, 환상 돌기부와 높이가 동일하고 횡단면이 원형상이며 또한 종단면이 대략 직사각형상인 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 없어, 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 없어, 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, 10μm 이상 또한 100μm 이하가 보다 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 없어, 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 재료가 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 재료와 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 전극층과, 상기 한 쌍의 세라믹스판의 사이에 있어서, 상기 전극층의 주위에 배치된 절연층을 구비하고, 상기 한 쌍의 세라믹스판이, 각각 절연성 재료와 도전성 재료로 구성되며, 상기 절연층은, 절연성 재료와 도전성 재료로 구성되고, 상기 전극층은, 도전성 재료의 입자의 소결체, 또는 절연성 세라믹스의 입자와 도전성 재료의 입자의 소결체로 이루어지는, 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 있어서, 상기 전극층의 외연의 단부로부터 전극층의 내측을 향하여 150μm의 범위의, 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 절연층은, 절연성 재료와 도전성 재료로 구성되고, 상기 한 쌍의 세라믹스판의 일방과 일체화되어 있으며, 상기 전극층은, 도전성 재료의 입자의 소결체, 또는 절연성 세라믹스의 입자와 도전성 재료의 입자의 소결체로 이루어지는, 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 있어서, 상기 전극층의 외연의 단부로부터 전극층의 내측을 향하여 150μm의 범위의, 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 분말(입자)과, 9질량%의 탄화 규소 분말(입자)의 혼합 분말을 성형, 소결하여, 직경 450mm, 두께 5.0mm의 원반상의 산화 알루미늄-탄화 규소 복합 소결체로 이루어지는 세라믹스판(제1 세라믹스판, 제2 세라믹스판)을 제작했다.
이어서, 스크린 인쇄법에 의하여, 제1 세라믹스판의 일방의 면에, 도전성 재료를 포함하는 전극층 형성용 페이스트를 도포하여, 전극층 도막을 형성했다.
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.
또, 스크린 인쇄법에 의하여, 제1 세라믹스판의 일방의 면에, 절연성 재료와 도전성 재료를 포함하는 절연층 형성용 페이스트를 도포하여, 절연층 도막을 형성했다.
절연층 형성용 페이스트로서는, 산화 알루미늄 분말과 탄화 규소 분말을, 아이소프로필알코올에 분산시킨 분산액을 이용했다. 절연층 형성용 페이스트에 있어서의 산화 알루미늄 분말의 함유량을 55질량%로 하고, 탄화 규소 분말의 함유량을 5질량%로 했다.
이어서, 전극층 도막 및 절연층 도막을 형성한 면이 내측이 되는 자세로, 제2 세라믹스판의 접합면에, 제1 세라믹스판을 적층했다.
이어서, 제1 세라믹스판, 전극층 도막, 절연층 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 1에 나타내는 바와 같은 실시예 1의 세라믹스 접합체를 얻었다.
(절연성 평가)
이하와 같이 하여, 세라믹스 접합체의 절연성을 평가했다.
세라믹스 접합체의 측면(세라믹스 접합체의 두께 방향의 측면)에 있어서, 제1 세라믹스판, 절연층 및 제2 세라믹스판에 접하는 자세로 카본 테이프를 첩부했다.
제1 세라믹스판을, 그 두께 방향으로 관통시켜, 제1 세라믹스판의 전극층과 접하는 면과는 반대 측의 면으로부터 전극층에 이르는 관통 전극을 형성했다.
카본 테이프와 관통 전극을 개재하여, 세라믹스 접합체에 전압을 인가하여, 세라믹스 접합체가 절연 파괴되는 전압을 측정했다. 구체적으로는, 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.
[비교예]
절연성 재료만을 포함하는 절연층 형성용 페이스트를 도포하여, 절연층 도막을 형성한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 비교예의 세라믹스 접합체를 얻었다.
실시예 1과 동일하게 하여, 세라믹스 접합체의 절연성을 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 1 비교예
내전압(측면)(kV/mm) 29.3 18.3
표 1의 결과로부터, 실시예 1의 세라믹스 접합체는, 비교예의 세라믹스 접합체보다 절연 내압이 높은 것을 알 수 있었다.
[실시예 2]
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 형성용 페이스트로서는, 실시예 1과 동일한 것을 이용했다.
전극층 도막의 두께는, 오목부의 최심부(最深部)에 있어서 깊이의 80%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.
이어서, 전극층 도막을 형성한 면이 내측이 되는 자세로, 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 3에 나타내는 바와 같은 실시예 2의 세라믹스 접합체를 얻었다.
(전극층의 밀도)
전극층의 밀도는, 상기(전극층의 상대 밀도의 측정 방법)에 기재된 방법으로 구했다. 실시예 1의 세라믹스 접합체에 있어서, 전극층의 외연부의 밀도는 거의 100%였다.
각 평가 결과를 표 2에 나타낸다.
실시예 2
전극층 외연부의 밀도 80%
내전압(측면)(kV/mm) 26.0
전극층의 중심의 밀도는, 대략 100%인 것을 확인했다. 표 2의 결과로부터, 실시예 2의 세라믹스 접합체는, 실시예 1의 세라믹스 접합체와 비교하여 전극층의 외연이 상대적으로 저밀도이지만, 실시예 1과 손색 없는 절연성을 나타내며, 비교예의 세라믹스 접합체보다 절연 내압이 높은 것을 알 수 있었다.
또한, 실시예 1과 실시예 2에서는, 절연층의 형성의 방법이 상이하지만, 절연층이 갖는 기능이 공통된다. 그 때문에, 실시예 1의 구성에 있어서 실시예 2와 같이 전극층의 외연이 저밀도라고 해도, 비교예의 세라믹스 접합체보다 절연 내압이 높은 것이 상정된다.
산업상 이용가능성
본 발명의 세라믹스 접합체는, 한 쌍의 세라믹스판과, 상기 한 쌍의 세라믹스판의 사이에 개재하는 전극층 및 절연층을 구비하고, 상기 절연층은, 절연성 재료와 도전성 재료로 구성된다. 그 때문에, 세라믹스판과 절연층의 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 세라믹스 접합체
2 세라믹스판(제1 세라믹스판)
3 세라믹스판(제2 세라믹스판)
4 전극층
5 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 (8)

  1. 한 쌍의 세라믹스판과,
    상기 한 쌍의 세라믹스판의 사이에 개재하는 전극층과,
    상기 한 쌍의 세라믹스판의 사이에 있어서, 상기 전극층의 주위에 배치된 절연층을 구비하고,
    상기 절연층은, 절연성 재료와 도전성 재료로 구성되는, 세라믹스 접합체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연층은, 상기 한 쌍의 세라믹스판의 일방과 일체적으로 형성되어 있는, 세라믹스 접합체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 절연성 재료는, Al2O3, AlN, Si3N4, Y2O3, YAG, SmAlO3, MgO 및 SiO2로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인, 세라믹스 접합체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도전성 재료는, SiC, TiO2, TiN, TiC, W, WC, Mo, Mo2C 및 C로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인, 세라믹스 접합체.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극층의 외연의 상대 밀도는, 상기 전극층의 중심의 상대 밀도보다 저밀도인 세라믹스 접합체.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 세라믹스판의 재료가, 서로 동일한 세라믹스 접합체.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 세라믹스판이, 절연성 재료와 도전성 재료로 구성되는 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, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 세라믹스 접합체로 이루어지는, 정전 척 장치.
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