KR20230141467A - 접합 구조체 - Google Patents

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KR20230141467A
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유타카 운노
미키야 다다키
다쿠야 요코노
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엔지케이 인슐레이터 엘티디
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Abstract

웨이퍼 적재대(10)는, 웨이퍼 적재면(12a)을 구비한 세라믹 부재(12)와, 세라믹 부재(12)에 매설되어 웨이퍼 적재면(12a)을 따르는 형상의 RF 전극(14)과, 세라믹 부재(12) 중 웨이퍼 적재면(12a)과는 반대측의 면으로부터 RF 전극(14)에 달하도록 매설된 금속제의 접속 부재(16)와, 접속 부재(16) 중 외부에 노출되어 있는 면에 접합층(20)을 통해 접합된 금속제의 외부 통전 부재(18)를 구비한다. 접속 부재(16)는, 표면의 산술 평균 조도 Ra가 6 내지 16㎛이다.

Description

접합 구조체{JOINED STRUCTURE}
본 발명은, 접합 구조체에 관한 것이다.
종래, 세라믹 부재와, 세라믹 부재에 매설된 전극과, 전극에 달하도록 세라믹 부재에 매설된 접속 부재와, 접합층을 통해 접속 부재에 접합된 외부 통전 부재를 구비한 접합 구조체가 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 도 6에 도시하는 세라믹 히터(610)가 개시되어 있다. 이 세라믹 히터(610)는, 내부에 히터 엘리먼트(614)가 매설된 세라믹 부재(612)를 구비하고 있다. 세라믹 부재(612) 중, 세라믹 부재(612)의 웨이퍼 적재면(612a)과는 반대측의 면(612b)에는 바닥이 있는 통 형상의 구멍(612c)이 마련되어 있다. 세라믹 부재(612)에는, 구멍(612c)의 저면으로부터 히터 엘리먼트(614)에 달하도록 원기둥 형상의 접속 부재(616)가 매설되어 있다. 접속 부재(616) 중 외부에 노출되어 있는 면에는, 접합층(620)을 통해 외부 통전 부재(618)가 접합되어 있다. 이러한 세라믹 히터(610)는, 플라스마를 이용하여 웨이퍼에 CVD 성막을 실시하거나 에칭을 실시하거나 하는데 사용된다.
국제 공개 제2015/198892호 팸플릿
그러나, 세라믹 히터(610)에서는, 플라스마 파워나 히터 파워의 증가에 수반하는 접속 부재(616)의 열팽창이 반복하여 발생하여 외부 통전 부재(618)에 과부하가 발생한 경우, 외부 통전 부재(618)가 접속 부재(616)마다 세라믹 부재(612)로부터 빠진다는 문제가 있었다.
본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이고, 접속 부재가 세라믹 부재로부터 빠지기 어렵게 하는 것을 주목적으로 한다.
본 발명의 접합 구조체는,
웨이퍼 적재면을 구비한 세라믹 부재와,
상기 세라믹 부재에 매설되어 상기 웨이퍼 적재면을 따르는 형상의 매설 전극과,
상기 세라믹 부재 중 상기 웨이퍼 적재면과는 반대측의 면으로부터 상기 매설 전극에 달하도록 매설된 금속제의 접속 부재와,
상기 접속 부재 중 외부에 노출되어 있는 면에 접합층을 통해 접합된 금속제의 외부 통전 부재
를 구비하고,
상기 접속 부재는, 표면의 산술 평균 조도 Ra가 6 내지 16㎛인
것이다.
이 접합 구조체에서는, 접속 부재는, 표면의 산술 평균 조도 Ra가 6 내지 16 ㎛이다. 그 때문에, 외부 통전 부재에 과부하가 발생했다고 해도, 앵커 효과에 의해 외부 통전 부재가 접속 부재마다 세라믹 부재로부터 빠지기 어렵게 할 수 있다.
본 발명의 접합 구조체에 있어서, 상기 접속 부재를 구성하는 입자의 평균 입경은, 4 내지 8㎛여도 된다. 이렇게 하면, 평균 입경이 4㎛ 미만인 경우와 비교하면, 양호한 앵커 효과를 얻을 수 있다. 여기서, 접속 부재를 구성하는 입자의 평균 입경이란, 접속 부재의 제작에 사용되는 원재료 분말의 평균 입경이 아닌, 접속 부재 자체를 구성하는 입자의 평균 입경이다.
본 발명의 접합 구조체에 있어서, 상기 접속 부재는, 기공률이 5 내지 20％의 금속 다공질체로 구성되어 있어도 된다. 이렇게 하면, 표면의 산술 평균 조도 Ra가 6 내지 16㎛인 접속 부재를, 비교적 간단하게 제작할 수 있다. 이러한 접속 부재는, 예를 들어 평균 입경이 4 내지 8㎛인 입경을 갖는 금속 분말을 사용하여, 분말 야금에 의해 제작된다.
본 발명의 접합 구조체에 있어서, 상기 세라믹 부재는, 질화알루미늄으로 구성되어 있어도 되고, 상기 접속 부재는, Mo, W 또는 Mo-W계 합금으로 구성되어 있어도 된다. 이렇게 하면, 세라믹 부재에 크랙이 발생하기 어려워진다. 세라믹 부재와, 접속 부재의 열팽창 계수의 차가 작기 때문이다.
본 발명의 접합 구조체에 있어서, 상기 외부 통전 부재의 내인장 하중이, 120kgf 이상이어도 된다. 접합 구조체의 제조 시나 사용 시에는, 외부 통전 부재에 큰 부하가 가해지는 경우가 많아, 상기 외부 통전 부재의 내인장 하중이, 120kgf 이상인 것의 의의는 높다.
도 1은, 웨이퍼 적재대(10)의 주요부의 단면도.
도 2는, 접속 부재(16)의 사시도.
도 3은, 도 1의 A 부분의 확대도.
도 4는, 접속 부재(16)의 제조 공정도.
도 5는, 웨이퍼 적재대(10)의 제조 공정도.
도 6은, 세라믹 히터(610)의 주요부의 단면도.
이어서, 본 발명의 접합 구조체의 적합한 일 실시 형태인 웨이퍼 적재대(10)에 대해서, 이하에 설명한다. 도 1은 웨이퍼 적재대(10)의 주요부 단면도, 도 2는 접속 부재(16)의 사시도, 도 3은 도 1의 A 부분의 확대도이다. 또한, 본 명세서에 있어서 수치 범위를 나타내는 「내지」는, 그 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 의미로서 사용된다.
웨이퍼 적재대(10)(본 발명의 접합 구조체에 상당)는, 플라스마를 이용하여 에칭이나 CVD 등을 행하는 웨이퍼를 적재하기 위하여 사용되는 것이고, 도시하지 않은 진공 챔버 내에 설치된다. 이 웨이퍼 적재대(10)는, 세라믹 부재(12)와, RF 전극(본 발명의 매설 전극에 상당)(14)과, 접속 부재(16)와, 외부 통전 부재(18)와, 가이드 부재(22)를 구비하고 있다.
세라믹 부재(12)는, 원판상으로 형성되고, 한쪽 면이 웨이퍼를 적재하기 위한 웨이퍼 적재면(12a)으로 되어 있다. 또한, 도 1에서는, 웨이퍼 적재면(12a)이 아래로 되어 있지만, 실제로 웨이퍼 적재대(10)를 사용할 때에는, 웨이퍼 적재면(12a)이 위로 되도록 한다. 이 세라믹 부재(12)의 재질로서는, 예를 들어 질화알루미늄이 바람직하다. 또한, 세라믹 부재(12)의 웨이퍼 적재면(12a)과는 반대측의 면(12b)에는, 바닥이 있는 통 형상의 구멍(12c)이 형성되어 있다. 세라믹 부재(12)는, 예를 들어 직경 150 내지 500mm, 두께 10 내지 30mm로 해도 된다. 구멍(12c)은, 예를 들어 직경 5 내지 15mm, 깊이 5 내지 25mm로 해도 된다.
RF 전극(14)은, 세라믹 부재(12)에 매설된 전극이고, 웨이퍼 적재면(12a)을 따르는 형상의 부재, 여기에서는 원 형상의 금속 메쉬이다. 이 RF 전극(14)의 재질로서는, 예를 들어 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈, 백금이나 이들의 합금 등이 바람직하다. 금속 메쉬는, 예를 들어 선 직경 0.1 내지 1.0mm, 1인치당 10 내지 100개로 해도 된다. 또한, RF 전극(14)은 인쇄에 의해 형성되어도 된다.
접속 부재(16)는, 세라믹 부재(12) 중 구멍(12c)의 저면으로부터 RF 전극(14)에 달하도록 매설된 금속 부재이다. 접속 부재(16)는, 제1면(16a), 제2면(16b) 및 제3면(16c)을 구비한, 원기둥 형상의 부재이다. 제1면(16a)은, RF 전극(14)측의 표면이고, 원형면이다. 제2면(16b)은, 접합층(20)측의 표면이고, 제1면(16a)과 동일 형상의 원형면이다. 또한, 제2면(16b)은, 구멍(12c)에 노출되어 있고, 구멍(12c)의 저면과 동일 면이다. 제3면(16c)은, 원기둥의 측면이다. 이 접속 부재(16)는, 금속 다공질 재료로 형성되어 있다. 금속으로서는, 예를 들어 Mo, W, 또는 Mo-W계 합금 등을 사용할 수 있다.
접속 부재(16)의 제1면(16a) 및 제2면(16b)의 직경 L은, 1 내지 5mm인 것이 바람직하고, 2.5 내지 3.5mm인 것이 보다 바람직하다. 접속 부재(16)의 높이 H는, 1 내지 5mm인 것이 바람직하고, 1 내지 2mm인 것이 보다 바람직하다. 또한, 제1면(16a), 제2면(16b) 및 제3면(16c)의 산술 평균 조도 Ra는, 6 내지 16㎛인 것이 바람직하다. 접속 부재(16)를 구성하는 금속 입자의 평균 입경은, 4 내지 8㎛인 것이 바람직하다. 접속 부재(16)를 구성하는 금속 다공질 재료의 기공률은, 5 내지 20％인 것이 바람직하다.
외부 통전 부재(18)는, 접속 부재(16)에 접합층(20)을 통해 접합된 제1부(18a)와, 이 제1부(18a) 중 접속 부재(16)의 접합면과는 반대측의 면에 중간 접합부(18c)를 통해 접합된 제2부(18b)를 구비하고 있다. 제2부(18b)는, 플라스마 분위기나 부식 가스 분위기에서 사용되는 것을 고려하여, 내산화성이 높은 금속으로 구성되어 있다. 그러나, 내산화성이 높은 금속은, 일반적으로 열팽창 계수가 크기 때문에, 직접 접속 부재(16)와 접합하면, 양자의 열팽창 차에 의해 접합 강도가 저하된다. 그 때문에, 제2부(18b)는, 열팽창 계수가 접속 부재(16)의 열팽창 계수에 가까운 금속을 포함하는 제1부(18a)를 통해 접속 부재(16)에 접합되어 있다. 제2부(18b)의 재질로서는, 순 니켈, 니켈기 내열 합금, 금, 백금, 은 및 이들의 합금 등이 바람직하다. 제1부(18a)의 재질로서는, 몰리브덴, 텅스텐, 몰리브덴-텅스텐 합금, 텅스텐-구리-니켈 합금, 코바르 등이 바람직하다. 접합층(20)은, 납재에 의해 형성되어 있다. 납재로서는, 금속 납재가 바람직하고, 예를 들어 Au-Ni 납재, Al 납재, Ag 납재 등이 바람직하다. 접합층(20)은, 접속 부재(16)의 제2면(16b)과 제1부(18a)의 단부면을 접합하고 있다. 외부 통전 부재(18)의 중간 접합부(18c)는, 제1부(18a)와 제2부(18b)를 접합함과 함께, 가이드 부재(22)의 내주면과 제1부(18a)의 외주면 전체 면 또는 그 일부와의 간극을 충전하고, 가이드 부재(22)의 내주면과 제2부(18b)의 외주면의 일부를 접속하고 있다. 그 때문에, 제1부(18a)는, 중간 접합부(18c)에 의해 주위의 분위기와의 접촉이 차단되어 있다. 또한, 중간 접합부(18c)도, 접합층(20)과 마찬가지의 재질을 사용할 수 있다. 제1부(18a)는, 직경 3 내지 6mm, 높이 2 내지 5mm로 해도 되고, 제2부(18b)는, 직경 3 내지 6mm, 높이는 임의로 해도 된다.
가이드 부재(22)는, 외부 통전 부재(18) 중 적어도 제1부(18a)의 주위를 둘러싸는 원통 형상의 부재이고, 제1부(18a)보다도 내산화성이 높은 재질로 형성되어 있다. 이 가이드 부재(22)는, 내경이 제1부(18a) 및 제2부(18b)(플랜지를 제외함)의 외경보다 크고, 외경이 구멍(12c)의 직경보다 작고, 높이가 제1부(18a)의 높이보다 높다. 가이드 부재(22) 중 구멍(12c)의 저면에 면하는 단부면은, 접합층(20)을 통해 접속 부재(16), 외부 통전 부재(18) 및 세라믹 부재(12)와 접합되어 있다. 가이드 부재(22)의 재질은, 외부 통전 부재(18)의 제2부(18b)의 재질로서 예시한 것을 사용할 수 있다. 또한, 가이드 부재(22)의 단부면은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 접합층(20)을 통해 구멍(12c)의 저면에 접합되어 있어도 되고, 구멍(12c)의 저면으로부터 이격되어 있어도 된다.
이어서, 웨이퍼 적재대(10)의 제조 방법에 대해서, 도 4 및 도 5를 사용하여 설명한다. 먼저, 접속 부재(16)를 준비한다. 접속 부재(16)는, 예를 들어 이하와 같은 분말 야금에 의해 제조된다. 즉, 금속 분말(97)과 수지 분말(98)을 혼합한다. 이에 의해, 혼합물(96)이 얻어진다(도 4a). 이어서, 혼합물(96)을 금형에 충전하여 가압 성형한다. 이에 의해, 성형체(86)가 얻어진다(도 4b). 이어서, 성형체(86)를, 400 내지 500℃에서 1시간 정도 가열하여, 성형체(86)에 포함되는 수지를 연소시켜서 제거한다. 그리고, 성형체(86)를 1300 내지 1800℃에서 1시간 정도 가열하여 금속 분말(97)을 소결시킨다. 이에 의해, 금속 다공질 재료로 형성된 접속 부재(16)가 얻어진다(도 4c). 여기서, 금속 분말(97)의 평균 입경, 압력, 가열 시의 온도 및 가열 시간을 적절히 변경함으로써, 원하는 산술 평균 조도 Ra, 평균 입경 및 기공률을 갖는 접속 부재(16)를 얻을 수 있다. 또한, 접속 부재(16)를 구성하는 입자의 평균 입경은, 금속 분말(97)의 평균 입경과 대략 동일하게 된다.
계속해서, 세라믹 원료 분말을 원판이 되도록 프레스 성형하여 성형체(62)를 제작한다(도 5a). 이 성형체(62)에는, 원형의 금속 메쉬를 포함하는 RF 전극(14)과, 접속 부재(16)를 매설해 둔다. 이 성형체(62)를 핫 프레스 로 또는 상압 로 등에서 소성함으로써, 성형체(62)가 소결하여 세라믹 부재(12)가 된다(도 5b). 얻어진 세라믹 부재(12)를 소정 치수가 되도록 가공한다.
계속해서, 세라믹 부재(12)의 웨이퍼 적재면(12a)과는 반대측의 면(12b)에 연삭 가공을 실시하여 바닥이 있는 통 형상의 구멍(12c)을 형성한다(도 5c). 이때, 접속 부재(16)의 제2면(16b)이 구멍(12c)에 노출되고, 구멍(12c)의 저면과 접속 부재(16)의 제2면(16b)이 동일면이 되도록 가공한다.
계속해서, 구멍(12c)의 저면에 접합층(20)이 되는 납재(72)를 깔고, 그 위에 외부 통전 부재(18)의 제1부(18a), 중간 접합부(18c)가 되는 납재(78c), 가이드 부재(22) 및 외부 통전 부재(18)의 제2부(18b)를 이 순으로 쌓아 올려서 적층체를 얻는다(도 5d). 이 적층체를 비산화성 조건 하에서 가열하여 납재(72, 78c)를 용융하고 그 후 고화함으로써, 도 1에 도시하는 웨이퍼 적재대(10)를 얻는다. 비산화성 조건이란, 진공 하 또는 비산화성 분위기(예를 들어 아르곤 분위기나 질소 분위기 등의 불활성 분위기) 하를 말한다.
이상 설명한 웨이퍼 적재대(10)에서는, 접속 부재(16)는, 표면의 산술 평균 조도 Ra가 6 내지 16㎛이다. 그 때문에, 외부 통전 부재(18)에 과부하가 발생했다고 해도, 앵커 효과에 의해 외부 통전 부재(18)가 접속 부재(16)마다 세라믹 부재(12)로부터 빠지기 어렵게 할 수 있다.
또한, 웨이퍼 적재대(10)에서는, 접속 부재(16)를 구성하는 입자의 평균 입경은, 4 내지 8㎛인 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 평균 입경이 4㎛ 미만인 경우와 비교하면, 양호한 앵커 효과를 얻을 수 있다.
또한, 웨이퍼 적재대(10)에서는, 접속 부재(16)는, 기공률이 5 내지 20％의 금속 다공질체로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 표면의 산술 평균 조도 Ra가 6 내지 16㎛의 접속 부재(16)를, 비교적 간단하게 제작할 수 있다.
게다가, 웨이퍼 적재대(10)에서는, 세라믹 부재(12)는, 질화알루미늄으로 구성되어 있고, 접속 부재(16)는, Mo, W 또는 Mo-W계 합금으로 구성되어 있다. 그 때문에, 세라믹 부재(12)에 크랙이 발생하기 어려워진다. 세라믹 부재(12)와, 접속 부재(16)의 열팽창 계수의 차가 작기 때문이다.
또한, 본 발명은 상술한 실시 형태에 전혀 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 다양한 형태로 실시할 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 본 발명은, 세라믹 부재(12)에 매설된 전극과 외부 통전 부재(18) 사이에 마련되고 또한 세라믹 부재(12)에 매설되어 있는 접속 부재(16)를 갖는 구조체에 적합하다.
예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 접속 부재(16)는 금속 다공질 재료로 구성되어 있었지만, 이것에 한정되지 않는다. 상술한 실시 형태에 있어서, 접속 부재(16)는, 치밀질의 금속 재료로 구성되어 있어도 된다.
상술한 실시 형태에 있어서, 접속 부재(16)는, 제1면(16a)과 제3면(16c) 사이에, 소정의 곡률 반경 R을 갖는 코너부를 갖고 있어도 된다. 이렇게 하면, 코너부 주변의 세라믹 부재(12)에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이 경우, 곡률 반경 R은, 0.3 내지 1.5mm인 것이 바람직하다.
상술한 실시 형태에서는, 세라믹 부재(12)에 RF 전극(14)를 매설했지만, RF 전극(14) 대신에 또는 추가하여, 정전 전극을 매설해도 되고, 히터 엘리먼트를 매설해도 되고, 정전 전극과 히터 엘리먼트의 양쪽을 매설해도 된다.
상술한 실시 형태의 웨이퍼 적재대(10)의 웨이퍼 적재면(12a)과는 반대측의 면(12b)에, 세라믹 부재(12)와 동일한 재질의 통 형상의 샤프트를 세라믹 부재(12)와 일체화해도 된다. 이 경우, 샤프트의 중공 내부에 외부 통전 부재(18) 등이 배치되도록 한다. 샤프트를 제조하기 위해서는, 예를 들어 금형을 사용하여 세라믹 원료 분말을 CIP로 성형하고, 상압 로에서 소정 온도에서 소성하고, 소성 후, 소정 치수로 되도록 가공하면 된다. 또한, 샤프트와 세라믹 부재(12)를 일체화하기 위해서는, 예를 들어 샤프트의 단부면을 세라믹 부재(12)의 면(12b)에 맞대고, 소정 온도로 승온하여 양자를 접합하여 일체화하면 된다.
상술한 실시 형태에서는, 외부 통전 부재(18)의 제2부(18b)의 플랜지와 가이드 부재(22)의 단부면을 접합하지 않았지만, 양자 사이를 채워서 그 간극에 접합층(예를 들어 접합층(20)과 동일한 재질)을 마련하고, 양자를 이 접합층을 통해 접합해도 된다.
[실시예]
이하에, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 이하의 실험예 1 내지 9 중 실험예 1 내지 5가 본 발명의 실시예에 상당하고, 실험예 6 내지 9가 비교예에 상당한다. 또한, 이하의 실시예는 본 발명을 전혀 한정하는 것은 아니다.
[실험예 1]
1. 접속 부재(16)의 준비
(1) 접속 부재(16)의 제작
도 4의 제조 수순에 따라서 제조된 접속 부재(16)를 제작하였다. 즉, 금속 분말(97)로서 평균 입경 4㎛의 Mo 분말 91질량％와, 수지 분말(98) 9질량％를 혼합하여 혼합물(96)을 제작하였다. 이어서, 제작한 혼합물(96)을 금형에 충전하여 가압 성형함으로써, 원기둥 형상의 성형체(86)를 제작하였다. 그리고, 성형체(86)를 500℃에서 1시간 가열하고, 성형체(86)에 포함되는 수지를 연소시켜서 제거하였다. 그리고, 성형체(86)를 1800℃에서 1시간 가열하고, 금속 분말(97)을 소결시켜서 원기둥 형상의 접속 부재(16)를 얻었다. 얻어진 접속 부재(16)의 사이즈는, 상면 및 하면의 직경이 3mm, 높이가 1.5mm였다.
(2) 표면의 산술 평균 조도 Ra의 측정
JIS B 0601: 2013에 준한 방법으로 광 간섭계를 사용하여 측정한 값을, 접속 부재(16)의 표면(제1면(16a), 제2면(16b) 및 제3면(16c))의 산술 평균 조도 Ra로 하였다. 그 결과, 표면의 산술 평균 조도 Ra는 6㎛였다.
(3) 평균 입경의 측정
이하와 같이 하여, 접속 부재(16)를 구성하는 입자의 평균 입경을 측정하였다. 즉, 먼저, 접속 부재(16)를 절단하고, 절단면의 SEM 화상(배율 3000배)을 취득하였다. 그리고, 그 화상 상에 직선을 긋고, 40개의 입자를 가로지르는 선분의 길이를 각각 측정하고, 그것들의 평균값을 평균 입경으로서 산출하였다. 그 결과, 접속 부재(16)를 구성하는 입자의 평균 입경은 4㎛였다.
(4) 기공률의 측정
이하와 같이 하여, 접속 부재(16)의 기공률을 측정하였다. 즉, 먼저, 접속 부재(16)의 절단면의 수지 매립 및 연마를 행하여 관찰용 시료를 제작하였다. 이어서, 절단면의 SEM 화상(배율 1000배)을 촬영하였다. 이어서, 얻은 화상을 화상 해석함으로써, 화상 중의 화소의 휘도 데이터의 휘도 분포로부터 판별 분석법(오쓰의 2치화)으로 역치를 결정하였다. 그 후, 결정한 역치에 기초하여 화상 중의 각 화소를 물체 부분과 기공 부분으로 2치화하여, 물체 부분의 면적과 기공 부분의 면적을 산출하였다. 그리고, 전체 면적(물체 부분과 기공 부분의 합계 면적)에 대한 기공 부분의 면적 비율을, 기공률로서 도출하였다. 그 결과, 접속 부재(16)의 기공률은 5％였다.
2. 웨이퍼 적재대의 제작
(1) 성형체(62)의 제작
도 5의 제조 수순에 따라, 3대의 웨이퍼 적재대(10)의 샘플을 제조하였다. 먼저, 질화알루미늄 분말과 소결 보조제를 혼합한 혼합 분말에 RF 전극(14)과 접속 부재(16)를 매설하고, 1축 가압 성형함으로써 성형체(62)를 제작하였다. RF 전극(14)으로서는, 몰리브덴제의 금속망을 사용하였다. 이 금속망은, 직경 0.12mm의 몰리브덴 선을, 1인치 50개의 밀도로 엮은 것을 사용하였다.
(2) 소성
계속해서 이 성형체(62)를 금형에 넣고, 카본 포일 내에 밀봉하고, 핫 프레스법으로 소성함으로써, 세라믹 부재(12)를 얻었다. 소성 후, 세라믹 부재(12)를 직경 200mm, 두께 8mm가 되도록 가공하였다.
(3) 구멍(12c)의 형성
계속해서, 세라믹 부재(12)의 웨이퍼 적재면(12a)과는 반대측의 면(12b)에 머시닝 센터에 의해 바닥이 있는 통 형상의 구멍(12c)을 형성하였다. 구멍(12c)은, 직경 9mm(개구부 직경 12mm), 깊이 4.5mm로 하였다. 이때, 접속 부재(16)의 제2면(16b)이 구멍(12c)에 노출되고, 구멍(12c)의 저면과 접속 부재의 제2면(16b)이 동일면이 되도록 가공하였다.
(4) 외부 통전 부재(18)의 접합
계속해서, 구멍(12c)의 저면에 Au-Ni를 포함하는 납재(72)를 깔고, 그 위에 외부 통전 부재(18)의 제1부(18a), Au-Ni를 포함하는 납재(78c), 니켈제(순도 99％ 이상)의 가이드 부재(22) 및 외부 통전 부재(18)의 제2부(18b)를 이 순으로 쌓아 올려서 적층체를 얻었다. 제1부(18a)로서는, 코바르제로 직경 4mm, 높이 3mm의 것을 사용하고, 제2부(18b)로서는, 니켈제(순도 99％ 이상)로 직경 4mm(플랜지 직경 8mm), 높이 60mm의 것을 사용하였다. 이 적층체를, 불활성 분위기 하에서, 960 내지 1100℃에서 10분간 가열하여, 도 1에 도시하는 웨이퍼 적재대(10)를 얻었다.
[실험예 2 내지 9]
실험예 2 내지 9에서는, 표면의 산술 평균 조도 Ra, 평균 입경 및 기공률이, 표 1에 나타낸 값이 되는 접속 부재(16)를 준비한 점 이외는, 실험예 1과 마찬가지로 웨이퍼 적재대(10)를 3대씩 제작하였다.
[웨이퍼 적재대의 평가]
(1) 제조 시 파손의 유무
실험예 1 내지 9에 있어서 제작한 웨이퍼 적재대(10)에 대하여 제조 시 파손의 유무를 확인하였다. 실험예마다 3대의 웨이퍼 적재대(10)의 제조 시 파손의 유무를 확인하였다. 구체적으로는, 성형체(62)를 소결시켜서 세라믹 부재(12)를 제조한 직후에 세라믹 부재(12)에 크랙이 발생했는지의 여부를 조사하고, 크랙이 발생한 것에 대하여 제조 시 파손 있음으로 판정하였다.
(2) 내인장 하중
실험예 1 내지 9에 있어서 제작한 웨이퍼 적재대(10)에 대하여, 내인장 하중을 확인하였다. 실험예마다 3대의 웨이퍼 적재대(10)의 내인장 하중을 확인하였다. 내인장 하중의 확인은, 이하와 같이 행하였다. 즉, 외부 통전 부재(18)의 자유단에 수나사를 형성하고, 그 수나사에 원기둥 형상의 접속 지그의 암나사를 나사 결합한 후, 700℃, 산소 분위기 하에서 800시간 방치하였다. 그 후, 세라믹 부재(12)의 웨이퍼 적재면(12a)을 워크 설치면에 고정하였다. 그 상태에서, 인장 시험기를 사용하여, 수직 방향의 하중을 1에서 120kgf까지 변화시키면서, 접속 지그를 인장하였다. 120kgf의 하중으로 인장해도 접속 부재가 세라믹 부재(12)로부터 빠지지 않는 것의 내인장 하중은, 120kgf 이상으로 하였다. 그렇지 않은 것의 내인장 하중은, 외부 통전 부재(18)마다 접속 부재(16)가 세라믹 부재(12)로부터 빠졌을 때의 인장 하중으로 하였다.
(3) 판정
상술한 방법에 의해, 제조 시 파손의 유무 및 내인장 하중을 확인하였다. 제조 시 파손이 없고 내인장 하중이 120kgf 이상인 것을 OK라고 판정하였다. 한편, 제조 시 파손이 있었던 것 또는 내인장 하중이 120kgf 미만인 것을 NG라고 판정하였다.
접속 부재(16)의 표면의 산술 평균 조도 Ra가 6 내지 16㎛인 실험예 1 내지 5(하나의 실험예에 대해서 3대)에서는, 모두, 제조 시 파손은 없고, 내인장 하중은 120kgf 이상이었다. 또한, 실험예 1 내지 5에서는, 접속 부재(16)를 구성하는 입자의 평균 입경이, 4 내지 8㎛였다.
한편, 표면의 산술 평균 조도 Ra가, 6㎛ 미만인 실험예 6 내지 8에서는, 제조 시 파손은 없지만, 내인장 하중이 120kgf 미만이었다. 실험예 6 내지 8에서는, 접합 부재(16)를 구성하는 입자의 평균 입경이 3㎛이고, 접속 부재(16)의 기공률이 5％ 미만이었다. 또한, 표면의 산술 평균 조도 Ra가 16㎛보다도 큰 실험예 9에서는, 제조 시 파손이 있고, 내인장 하중이 120kgf 미만이었다. 실험예 9에서는, 접합 부재(16)를 구성하는 입자의 평균 입경이 10㎛이고, 접속 부재(16)의 기공률이 24％였다. 또한, 실험예 6에 있어서, 「내지」를 사용하여 내인장 하중을 소정의 수치 범위로서 나타낸 것은, 실험예 6에서 제작한 3대의 웨이퍼 적재대에 있어서, 내인장 하중이 변동되었기 때문이다. 실험예 7 내지 9에 대해서도 마찬가지이다.
본 출원은, 2022년 3월 31일에 출원된 일본 특허 출원 제2022-058543호를 우선권 주장의 기초로 하고 있고, 인용에 의해 그 내용의 모두가 본 명세서에 포함된다.

Claims (5)

  1. 웨이퍼 적재면을 구비한 세라믹 부재와,
    상기 세라믹 부재에 매설되어 상기 웨이퍼 적재면을 따르는 형상의 매설 전극과,
    상기 세라믹 부재 중 상기 웨이퍼 적재면과는 반대측의 면으로부터 상기 매설 전극에 달하도록 매설된 금속제의 접속 부재와,
    상기 접속 부재 중 외부에 노출되어 있는 면에 접합층을 통해 접합된 금속제의 외부 통전 부재를 구비하고,
    상기 접속 부재는, 표면의 산술 평균 조도 Ra가 6 내지 16㎛인, 접합 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접속 부재를 구성하는 입자의 평균 입경은, 4 내지 8㎛인, 접합 구조체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 접속 부재는, 기공률이 5 내지 20％의 금속 다공질체로 구성되어 있는, 접합 구조체.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 세라믹 부재는, 질화알루미늄으로 구성되어 있고,
    상기 접속 부재는, Mo, W 또는 Mo-W계 합금으로 구성되어 있는, 접합 구조체.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 외부 통전 부재의 내인장 하중이, 120kgf 이상인, 접합 구조체.
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