陶瓷結(jié)構(gòu)體、基板保持裝置用部件及陶瓷結(jié)構(gòu)體的制法的制作方法

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本發(fā)明涉及陶瓷結(jié)構(gòu)體、基板保持裝置用部件及陶瓷結(jié)構(gòu)體的制法。

背景技術(shù)：

在對硅基板、玻璃基板、各種單晶基板等板狀的材料進行精密加工，制造半導體等元件或設(shè)備時，大多使用基板保持裝置。該基板保持裝置存在具有吸附基板的功能的靜電卡盤或真空卡盤、具有加熱功能的加熱器、或者這些部件組合而成的裝置等多個種類。其中，對于靜電卡盤或加熱器，在具有基板保持面的基體的內(nèi)部以圖案狀埋設(shè)有導電性物質(zhì)作為電極，具有產(chǎn)生靜電力或用于加熱的焦耳熱等的功能。

例如專利文獻1中公開一種靜電卡盤，其具備各種陶瓷基體和埋設(shè)在其內(nèi)部的電極。作為陶瓷基體的材料，可以舉出：氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、氧化硅、氧化鋯、氧化鈦、硅鋁氧氮陶瓷、氮化硼、碳化硅或者這些物質(zhì)的混合物。另一方面，作為電極的材料，可以舉出：鋁、鐵、銅、銀、金、鈦、鎢、鉬、鉑等金屬；石墨、碳、碳化硅、氮化鈦、碳化鈦等陶瓷；或者這些物質(zhì)的混合物。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平7－297265號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

但是，近年來，對于使用了主成分為氧化鋁或稀土氧化物的陶瓷基體的基板保持裝置，希望減薄其厚度。然而，例如通過將陶瓷基體和電極于高溫一體燒成來制造該基板保持裝置的情況下，存在以下問題：厚度越薄，越會因陶瓷基體與電極的熱膨脹差而發(fā)生翹曲。

本發(fā)明是為了解決這樣的課題而實施的，其主要目的是提供一種制造在主成分為氧化鋁或稀土金屬氧化物的陶瓷基體的表面或內(nèi)部具備電極的陶瓷結(jié)構(gòu)體時不易發(fā)生翹曲的方法。

本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體是在主成分為氧化鋁或稀土金屬氧化物的陶瓷基體的表面或內(nèi)部具備電極的陶瓷結(jié)構(gòu)體，所述陶瓷基體的熱膨脹系數(shù)在40～1200℃下為7.5～9.5ppm/K，所述電極的主成分為金屬釕。應(yīng)予說明，所謂“主成分”，是指體積比例占50體積％以上的成分或全部成分中體積比例最高的成分。

本發(fā)明的基板保持裝置用部件具備上述的陶瓷結(jié)構(gòu)體。

本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體的制法如下：在主成分為氧化鋁或稀土金屬氧化物的成型體、預(yù)燒體或燒結(jié)體的第一基體的一面配置主成分為金屬釕的電極或電極前驅(qū)體，在該電極或電極前驅(qū)體上層疊主成分與所述第一基體相同的氧化物的成型體、預(yù)燒體或燒結(jié)體的第二基體，制成層疊體，對該層疊體進行熱壓燒成，由此得到陶瓷結(jié)構(gòu)體。

本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體中，陶瓷基體的熱膨脹系數(shù)在40～1200℃下為7.5～9.5ppm/K。另一方面，電極的主成分為金屬釕，金屬釕的熱膨脹系數(shù)在40～1200℃下為7.9ppm/K。因此，由于陶瓷基體與電極的熱膨脹系數(shù)差較小，所以制造本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體時，既便于高溫將陶瓷基體和電極一體燒成，也不易發(fā)生翹曲。

本發(fā)明的基板保持裝置用部件具備上述的陶瓷結(jié)構(gòu)體，因此，能夠得到與通過該陶瓷結(jié)構(gòu)體得到的效果同樣的效果。

本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體的制法適合于制造上述的陶瓷結(jié)構(gòu)體。

附圖說明

圖1是陶瓷結(jié)構(gòu)體10的立體圖。

圖2是圖1的A－A截面圖。

圖3是陶瓷結(jié)構(gòu)體10的制造工序圖。

具體實施方式

本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體在陶瓷基體的表面或內(nèi)部具備電極。

陶瓷基體是主成分為氧化鋁或稀土金屬氧化物的燒結(jié)體，熱膨脹系數(shù)在40～1200℃下為7.5～9.5ppm/K，優(yōu)選為8～9ppm/K。主成分為氧化鋁的情況下，除包含氧化鋁以外，還可以包含源自于燒結(jié)助劑的成分。作為氧化鋁的燒結(jié)助劑，例如可以舉出堿土金屬的氟化物(MgF₂、CaF₂等)或氧化物(MgO、CaO等)。使用堿土金屬的氟化物作為氧化鋁的燒結(jié)助劑的情況下，燒結(jié)后仍以該狀態(tài)作為構(gòu)成相存在，或者發(fā)生反應(yīng)而成為酰基氟。使用堿土金屬的氧化物作為氧化鋁的燒結(jié)助劑的情況下，燒結(jié)后，其氧化物與氧化鋁的反應(yīng)物成為主要的構(gòu)成相。例如使用MgO作為氧化鋁的燒結(jié)助劑的情況下，作為構(gòu)成相，包含MgAl₂O₄。主成分為稀土金屬氧化物的情況下，除包含稀土金屬氧化物以外，還可以包含源自于燒結(jié)助劑的成分。作為稀土金屬氧化物的燒結(jié)助劑，例如可以舉出稀土金屬或堿土金屬的氟化物(YF₃、YbF₃、CaF₂等)。

電極的主成分為金屬釕。金屬釕的熱膨脹系數(shù)在40～1200℃下為7.9ppm/K。因此，陶瓷基體與電極在40～1200℃下的熱膨脹系數(shù)的差的絕對值成為較小的值。另外，由于金屬釕在室溫下的電阻率低至6～10×10^-6Ωcm，所以例如將電極用作加熱電極的情況下容易高精度地控制發(fā)熱量。特別是減薄基板保持裝置的情況下，也希望減薄形成于陶瓷基體的電極的厚度，因此，要求電極的電阻率較低。并不特別限定電阻率的下限，認為5×10^-6Ωcm為實際上的極限。

電極除包含金屬釕以外，還可以包含填料成分、其它金屬元素、釕與其它金屬的合金中的至少1種。這種情況下，優(yōu)選使其包含填料成分、釕以外的金屬、釕與其它金屬的合金，以使陶瓷基體與電極在40～1200℃下的熱膨脹系數(shù)的差的絕對值減小。優(yōu)選使該絕對值為1.0ppm/K以下。由此，陶瓷基體與電極在40～1200℃下的熱膨脹系數(shù)差非常小，因此，即便陶瓷結(jié)構(gòu)體的厚度較薄，也幾乎不會發(fā)生翹曲。

作為填料成分，優(yōu)選從由氧化鋯、氮化鈦及構(gòu)成陶瓷基體的主成分物質(zhì)構(gòu)成的組中選擇的至少1種。氧化鋯的熱膨脹系數(shù)在40～1200℃下為12～12.5ppm/K，因此，作為想要提高電極的熱膨脹系數(shù)時的填料成分非常有用。亦即，只要在電極中添加少量的氧化鋯就能夠提高電極的熱膨脹系數(shù)。進而，氧化鋯即便在高溫下也不與金屬釕發(fā)生反應(yīng)或者不易發(fā)生反應(yīng)，因此，金屬釕對電阻率的影響較小，就這一點而言，作為填料成分非常理想。氮化鈦的熱膨脹系數(shù)在40～1200℃下為9～9.5ppm/K，因此，作為想要提高電極的熱膨脹系數(shù)時的填料成分非常有用。氮化鈦為導電性物質(zhì)，因此，作為想要抑制電極的電阻率使其較低時的填料成分非常有用。氮化鈦即便在高溫下也不與金屬釕發(fā)生反應(yīng)或者不易發(fā)生反應(yīng)，因此，金屬釕對電阻率的影響較小，就這一點而言，作為填料成分非常理想。關(guān)于構(gòu)成陶瓷基體的主成分物質(zhì)的熱膨脹系數(shù)，通過添加到電極當中，能夠減小電極與陶瓷基體的熱膨脹系數(shù)差。應(yīng)予說明，作為填料成分，還可以使用熱膨脹系數(shù)較高的MgO，但是，在陶瓷基體的主成分為氧化鋁的情況下，會在高溫下與氧化鋁發(fā)生反應(yīng)而生成尖晶石。關(guān)于尖晶石，需要注意：熱膨脹系數(shù)與氧化鋁同等、絕緣性也與氧化鋁同等且較高、電極內(nèi)的尖晶石的體積量與添加的MgO的體積量相比有所增加。

作為釕以外的其它金屬，優(yōu)選鈦及鈮中的至少一者。鈦、鈮的熱膨脹系數(shù)比釕高，因此，作為想要提高電極的熱膨脹系數(shù)時的添加物非常有用。另外，鈦、鈮為具有導電性的成分，因此，作為想要抑制電極的電阻率使其較低時的添加物非常有用。進而，鈦、鈮的磁化率較小，因此，即便將陶瓷結(jié)構(gòu)體用于利用磁場這樣的磁控式的裝置，也不會對磁場造成不良影響。

作為釕與其它金屬的合金，優(yōu)選RuAl合金。RuAl合金的熱膨脹系數(shù)在40～1200℃下比釕高出11ppm/K左右，因此，作為想要提高電極的熱膨脹系數(shù)時的添加物非常有用。另外，RuAl合金的導電性較高，因此，作為想要抑制電極的電阻率使其較低時的添加物非常有用。將該合金添加到電極當中的情況下，可以在釕中添加與釕形成合金的其它金屬，并預(yù)設(shè)燒成時與釕發(fā)生反應(yīng)而生成合金來確定添加量。

電極在室溫下的電阻率優(yōu)選為3.0×10^-5Ωcm以下。由此，將電極用作加熱電極的情況下，容易高精度地控制發(fā)熱量。因此，優(yōu)選使金屬釕包含填料成分、釕以外的金屬、釕與其它金屬的合金，以使電極在室溫下的電阻率在該數(shù)值范圍內(nèi)。將電極用作加熱電極的情況下，在室溫下的電阻率更優(yōu)選為2.5×10^-5Ωcm以下，進一步優(yōu)選為2.0×10^-5Ωcm以下。

將本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體的一個實施方式示于圖1及圖2。圖1是陶瓷結(jié)構(gòu)體10的立體圖，圖2是A－A截面圖。陶瓷結(jié)構(gòu)體10是在圓盤狀的陶瓷基體12的內(nèi)部內(nèi)置有電極14的陶瓷結(jié)構(gòu)體。陶瓷基體12是主成分為氧化鋁或稀土金屬氧化物的燒結(jié)體，熱膨脹系數(shù)在40～1200℃下為7.5～9.5ppm/K。電極14的主成分為金屬釕。電極14可以形成為片狀，也可以按一筆畫的要領(lǐng)以在整個面上擴展的方式形成圖案。進而，可以形成多個被形成為片狀或圖案狀的電極。將該陶瓷結(jié)構(gòu)體10的制法之一例示于圖3。該制法中，首先，準備作為第一基體21的陶瓷燒結(jié)體(參照圖3(a))。接下來，在第一基體21的上表面形成電極圖案24(參照圖3(b))。接下來，以覆蓋該電極圖案24的方式層疊作為第二基體22的陶瓷成型體，制成層疊體20(參照圖3(c))。然后，對該層疊體20進行熱壓燒成。熱壓燒成后，第一基體21和第二基體22成為一體，得到陶瓷基體12，電極前驅(qū)體24成為電極14，完成陶瓷結(jié)構(gòu)體10(參照圖3(d))。第一基體21及第二基體22的主成分為氧化鋁的情況下，優(yōu)選將熱壓燒成的燒成溫度設(shè)定為1500℃以下(例如1100℃～1500℃)。另外，第一基體21及第二基體22的主成分為稀土金屬氧化物的情況下，優(yōu)選將熱壓燒成的燒成溫度設(shè)定為1600℃以下(例如1400℃～1600℃)。該制法中，可以使第一基體21為陶瓷成型體，也可以使其為陶瓷預(yù)燒體。另外，可以使第二基體22為陶瓷預(yù)燒體，也可以使其為陶瓷燒結(jié)體。另外，電極14在熱壓燒成前后沒有發(fā)生變化的情況下，電極前驅(qū)體24與電極14相同。進而，通過使用陶瓷結(jié)構(gòu)體10或?qū)盈B體20代替第一基體21，能夠制作包含多層電極的陶瓷結(jié)構(gòu)體。應(yīng)予說明，關(guān)于陶瓷結(jié)構(gòu)體10，例示了在陶瓷基體12的內(nèi)部內(nèi)置有電極14的陶瓷結(jié)構(gòu)體，也可以使其為在陶瓷基體12的表面配置有電極14的陶瓷結(jié)構(gòu)體。

但是，國際公開第2013/54806號小冊子中公開一種陶瓷結(jié)構(gòu)體，其具備以氧化鎂中固溶有Al、N成分的Mg(Al)O(N)為主相的陶瓷基體和埋設(shè)在其內(nèi)部的電極。該文獻中，作為電極，舉出了在金屬釕中配合MgO的部件。但是，該文獻的陶瓷基體以Mg(Al)O(N)為主相，熱膨脹系數(shù)為10.2～12.8ppm/K。因此，就這一點而言，與本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體不同。另外，為了使電極與陶瓷基體的熱膨脹系數(shù)匹配，在金屬釕中配合有大量的MgO。由于MgO為絕緣體，所以配合了大量的MgO的電極成為高電阻。因此，將電極用作加熱電極的情況下，需要增大電極截面積等，所以有可能無法高精度地控制發(fā)熱量，另外，由于需要對加熱器施加高電壓，所以有可能要求加熱器控制用的電源具有非常大的功率等。

本發(fā)明的基板保持裝置用部件具備上述的陶瓷結(jié)構(gòu)體。作為基板保持裝置用部件，除了對半導體用的Si基板、SiC基板、GaN基板等半導體用的基板進行保持的裝置中所使用的部件以外，還可以舉出對照明用或顯示器用的玻璃基板進行保持的裝置中所使用的部件等。

實施例

以下，對本發(fā)明的實施例進行說明。應(yīng)予說明，以下的實施例并不對本發(fā)明作任何限定。另外，純度、雜質(zhì)含量的“％”是指質(zhì)量％。

(1)陶瓷結(jié)構(gòu)體的制法

(1－1)第一基體的準備

(1－1－1)原料粉末的制備

對于Al₂O₃粉末，使用市售的高純度Al₂O₃(純度99.99％以上、平均粒徑0.5μm)。作為用于使Al₂O₃成型體燒結(jié)的燒結(jié)助劑，使用MgF₂粉末和MgO粉末。對于MgF₂粉末，使用將市售的MgF₂(純度99.9％以上)粉碎而使平均粒徑為1μm以下的MgF₂。對于MgO粉末，使用市售的MgO粉末(純度99.95％以上、平均粒徑1μm)。MgF₂粉末及MgO粉末的添加量相對于Al₂O₃100質(zhì)量％分別為0.3質(zhì)量％及0.1質(zhì)量％。以異丙醇為溶劑，使用尼龍制的罐、直徑5mm的Al₂O₃石球，將按上述組成稱量的Al₂O₃粉末、MgF₂粉末及MgO粉末濕式混合4小時，制成漿料。將從罐中取出的漿料在氮氣流中于110℃進行干燥，將干燥物過30目的篩子，將篩下的粉末作為第一基體(Al₂O₃燒結(jié)體)制作用的原料粉末。

(1－1－2)圓盤狀成型體的制作

將上述原料粉末以200kgf/cm²的壓力進行單軸加壓成型，制作直徑50mm、厚度20mm左右的圓盤狀成型體。

(1－1－3)圓盤狀成型體的燒成

將上述圓盤狀成型體收納于熱壓用的石墨模具后，安置在熱壓爐中，使壓制力為200kgf/cm²，于燒成溫度(最高溫度)1200℃保持4小時，制作燒結(jié)體。使升溫速度及降溫速度均為300℃/hr，升溫過程中抽真空直至達到1000℃，然后，導入氮氣。維持導入后的氣體壓力為1.5atm左右。降溫時，于1000℃停止溫度控制，進行爐冷。將得到的燒結(jié)體加工成直徑50mm、厚度10mm左右，制成將其用作第一基體的Al₂O₃燒結(jié)體。

以上，對用作實驗例1～8、10～30的第一基體的Al₂O₃燒結(jié)體進行了說明，實驗例9中，將Al₂O₃預(yù)燒體用作第一基體。Al₂O₃預(yù)燒體使用將以依據(jù)1－1－2的方法制作的圓盤狀成型體在氬氣氛下于900℃進行熱處理后將形狀調(diào)整為直徑50mm、厚度20mm左右得到的物質(zhì)。另外，關(guān)于用作實驗例31、32的第一基體的Y₂O₃燒結(jié)體及Yb₂O₃燒結(jié)體，如下制作。實驗例31中，使用市售的高純度Y₂O₃粉末，使燒成溫度為1575℃，除此以外，以依據(jù)上述(1－1)的方法制作Y₂O₃燒結(jié)體。另外，實驗例32中，使用市售的高純度Yb₂O₃粉末，使燒成溫度為1500℃，除此以外，以依據(jù)上述(1－1)的方法制作Yb₂O₃燒結(jié)體。應(yīng)予說明，Y₂O₃粉末、Yb₂O₃粉末使用純度99.9％以上、平均粒徑1μm以下的物質(zhì)。

(1－2)電極糊的印刷

將市售的Ru粉末(純度99.9％)粉碎，使平均粒徑為4μm左右，用于原料粉末。關(guān)于引入Ru電極的填料成分、Ru以外的金屬成分，使用如下物質(zhì)。應(yīng)予說明，所謂填料成分，是指與Ru的反應(yīng)性低的成分，本發(fā)明中，是指引入了陶瓷成分的情形。將例如Al₂O₃或ZrO₂、TiN、Y₂O₃、Yb₂O₃等稱為填料成分。另一方面，作為金屬成分的Al或Ti、Nb與作為填料成分舉出的陶瓷成分相比，容易與Ru發(fā)生反應(yīng)，例如Al的情況下，成為RuAl合金(以摩爾比計Ru：Al＝1：1)，另外，Nb的情況下，能夠明確確認到固溶于Ru，因此，總稱為Ru以外的金屬成分。作為用于填料成分的Al₂O₃、Y₂O₃、Yb₂O₃，使用與第一基體中使用的物質(zhì)相同的物質(zhì)。作為ZrO₂，使用純度99.9％、平均粒徑1μm以下的市售品。作為TiN，使用除氧以外的雜質(zhì)含量為0.1％以下且平均粒徑為0.9μm的市售品。作為Al，使用高純度Al粉末且#500以下的市售品。作為Ti，使用純度99.9％且平均粒徑為10μm的市售品。作為Nb，使用純度99％且平均粒徑為20μm的市售品。按表1中記載的比例稱量Ru粉末和各種填料成分或者Ru以外的金屬成分，作為粘合劑，使用聚甲基丙烯酸正丁酯，作為有機溶劑，使用丁基卡必醇，制成印刷用的電極糊。

將印刷用的電極糊通過絲網(wǎng)以寬度5mm×長度15mm的大小印刷于上述(1－1－3)中得到的燒結(jié)體的上表面(實驗例1～8、10～32)。此時，使電極糊的印刷厚度為50～100μm，印刷后，在大氣中，于100℃干燥1小時。應(yīng)予說明，實施例9中，作為第一基體，使用將混合粉末的圓盤狀成型體在不活潑性氣氛中于900℃進行熱處理得到的成型體，在該成型體的一面印刷電極糊。

(1－3)第二基體的配置

在至上述(1－2)為止制作的第一基體的電極糊印刷面上重疊第二基體，制成層疊體。實驗例1～9、11～30中，作為第二基體，使用上述(1－1－2)中得到的Al₂O₃成型體。實驗例10中，作為第二基體，使用上述(1－1－3)中得到的Al₂O₃燒結(jié)體。實驗例31、32中，作為第二基體，使用得到上述(1－1－3)的Y₂O₃燒結(jié)體及Yb₂O₃燒結(jié)體之前的成型體。

(1－4)燒成一體化

將上述(1－3)中制作的層疊體收納于熱壓爐，在與上述(1－1－3)基本相同的條件下進行熱壓燒成，將層疊體一體化，由此，得到在陶瓷基體的內(nèi)部具備燒結(jié)電極的陶瓷結(jié)構(gòu)體。其中，各實驗例中的燒成溫度(最高溫度)如表1所記載。

表1

(2)陶瓷結(jié)構(gòu)體的評價項目

·單質(zhì)的熱膨脹系數(shù)

制作Ru粉碎粉末的燒結(jié)體，利用依據(jù)JIS－R1618的方法測定Ru單質(zhì)的熱膨脹系數(shù)。此處，由于關(guān)注因通過燒成將陶瓷基體和電極糊一體化后的熱膨脹系數(shù)的不一致而發(fā)生的形變問題，所以使熱膨脹系數(shù)的溫度范圍為40～1200℃(1200℃為實驗例1～30中的最低燒成溫度)。對于在超過1200℃的燒成溫度下制作的結(jié)構(gòu)體，認為：如果在這樣的高溫下通過熱壓對陶瓷材料負載載荷，則不僅以Ru為主成分的金屬系的電極材料發(fā)生塑性變形，陶瓷材料也稍有塑性變形，由此，能夠緩和因熱膨脹系數(shù)的不一致等而發(fā)生的形變。因此，使熱膨脹系數(shù)的溫度范圍為40～1200℃。使用從Al₂O₃的陶瓷基體上切出的Al₂O₃燒結(jié)體試樣，利用依據(jù)JIS－R1618的方法測定Al₂O₃的熱膨脹系數(shù)。應(yīng)予說明，使Al₂O₃填料的熱膨脹系數(shù)也為與Al₂O₃相同的值。填料成分及Ru以外的金屬的熱膨脹系數(shù)使用文獻中報告的值、或者、與Al₂O₃同樣地制作燒結(jié)體并利用依據(jù)JIS－R1618的方法測定的值。這些單質(zhì)的熱膨脹系數(shù)如表1所記載。

·電極的熱膨脹系數(shù)

由使用的材料單質(zhì)在40～1200℃下的熱膨脹系數(shù)和電極的調(diào)合比例通過計算求出各電極在40～1200℃下的熱膨脹系數(shù)。將其結(jié)果記載于表1。

·熱膨脹系數(shù)差

計算陶瓷基體與電極在40～1200℃下的熱膨脹系數(shù)差的絕對值。

·電極的電阻率

以成為寬度9mm×長度9mm×厚度6mm左右的長方體狀且在中央的寬度5mm×長度9mm左右內(nèi)置有電極的方式，從制作的陶瓷結(jié)構(gòu)體上切出試驗片。應(yīng)予說明，電極的端面在試驗片的兩端面以寬度5mm暴露出來，通過顯微鏡測量電極的寬度和厚度，求出電極端面的截面積S(cm²)。另外，通過游標卡尺測定電極的長度L(cm)，用于計算電阻率。在電極的兩端面涂布導電性糊后連接導線構(gòu)成電阻測定用的電路，在大氣中，于室溫使微電流I(mA)以0～150mA的范圍流通，測定此時產(chǎn)生的微電壓值V(mV)，由R＝V/I求出電極的電阻R(Ω)。然后，由ρ＝R×S/L計算電極的電阻率ρ(Ωcm)。

·微結(jié)構(gòu)

對得到的部件的切割面進行鏡面研磨后，使用掃描型電子顯微鏡(SEM)及電子探針微量分析儀(EPMA)，觀察電極、陶瓷基體的界面及其周邊等的微結(jié)構(gòu)。

·燒結(jié)體密度、開口氣孔率

使用切成棒狀的試樣，以純水為介質(zhì)，利用阿基米德法進行測定。

(3)陶瓷結(jié)構(gòu)體的評價結(jié)果

以下，對各實驗例的評價結(jié)果進行說明。

·實驗例1

實驗例1是將按從上側(cè)開始依次為Al₂O₃成型體(第二基體)/Ru100％電極/Al₂O₃燒結(jié)體(第一基體)進行層疊而成的層疊體于1200℃進行4小時熱壓燒成，制作陶瓷結(jié)構(gòu)體的例子。陶瓷基體與電極的熱膨脹系數(shù)差較小為0.7ppm/K，截面觀察中，在界面及其附近沒有確認到產(chǎn)生裂紋等異常。電極的電阻率非常小為1.3×10^-5Ωcm，可知足夠作為加熱器用的電極發(fā)揮作用。應(yīng)予說明，從第一基體、第二基體上切出的Al₂O₃燒結(jié)體的體積密度為3.97g/cm³以上，開口氣孔率為0.02％以下，具有充分的致密性。

·實驗例2～4

實驗例2中，在電極中添加Al₂O₃填料，使電極組成為Ru90vol％、Al₂O₃10vol％，除此以外，以與實驗例1同樣的條件制作部件。實驗例3、4中，與實驗例2相比增加了Al₂O₃填料的添加量。Al₂O₃填料的熱膨脹系數(shù)比Ru大，因此，隨著Al₂O₃填料的添加量增多，電極的熱膨脹系數(shù)變大，接近于Al₂O₃基體的熱膨脹系數(shù)。這些例子中，電極的熱膨脹系數(shù)為8.0～8.2ppm/K，與Al₂O₃的熱膨脹系數(shù)差變小為0.6～0.4ppm/K。電極的電阻率為1.6×10^-5～2.8×10^-5Ωcm，雖然隨著填料的添加量增加而升高，但即便是實驗例4的40vol％也為2.8×10^-5Ωcm，非常小且良好。另外，與實驗例1同樣地，在電極的界面及其附近沒有產(chǎn)生裂紋等異常，Al₂O₃基體的致密性也良好。

·實驗例5～8

實驗例5～8中，改變Al₂O₃填料的添加量、燒成溫度，除此以外，通過與實驗例2同樣的方法制作陶瓷結(jié)構(gòu)體。實驗例5是使Al₂O₃填料為20vol％且于1300℃進行燒成的例子，但是，電極的電阻率與相同組成的1200℃燒成材料(實驗例3)相比，稍微降低，為1.6×10^-5Ωcm且良好。實驗例6是沒有加入Al₂O₃填料且于1500℃進行燒成的例子，但是，電極的電阻率為1.0×10^-5Ωcm，在實驗例1～30中是最低的電阻。添加了20vol％、40vol％的Al₂O₃填料的實驗例7、8中，電阻率分別為1.5×10^-5Ωcm、2.1×10^-5Ωcm，也良好。另外，實驗例5～8均與實驗例1同樣地，在電極的界面及其附近沒有產(chǎn)生裂紋等異常，Al₂O₃基體的致密性也良好。應(yīng)予說明，對實驗例6～8和實驗例1、3、4進行比較，發(fā)現(xiàn)燒結(jié)溫度1500℃的實驗例6～8與燒結(jié)溫度1200℃的實驗例1、3、4相比，電極的電阻率降低，推測其理由是：在1500℃下充分進行電極的燒結(jié)，并且各粒子變大，晶界處的電阻減少。

·實驗例9、10

作為第一基體，實驗例9中使用Al₂O₃預(yù)燒體，實驗例10中使用Al₂O₃燒結(jié)體，除此以外，通過與實驗例5同樣的方法制作陶瓷結(jié)構(gòu)體。實驗例9、10中的電極的電阻率分別為1.6×10^-5Ωcm、1.5×10^-5Ωcm，低電阻且良好。像實驗例9那樣使用預(yù)燒體作為第一基體的情況下，具有以下優(yōu)點：能夠1次完成用于制作陶瓷結(jié)構(gòu)體的高溫下的燒成(正式燒成)，能夠縮短制造工序。像實驗例10那樣使用燒結(jié)體作為第一基體的情況下，能夠進一步提高電極面的平坦性。因此，能夠期待在將實驗例10的陶瓷結(jié)構(gòu)體用作保持晶片的陶瓷加熱器時溫度均勻性進一步提高。

·實驗例11～13

實驗例11中，填料使用ZrO₂，除此以外，以與實驗例2同樣的方法制作陶瓷結(jié)構(gòu)體。根據(jù)文獻推定ZrO₂的熱膨脹系數(shù)為12.2ppm/K。由于ZrO₂的熱膨脹系數(shù)較高，所以像實驗例11那樣通過添加16vol％，能夠使熱膨脹系數(shù)差為0.0ppm/K，能夠使電極的熱膨脹系數(shù)與Al₂O₃基體的熱膨脹系數(shù)完全一致。實驗例12是使燒成溫度為1300℃、除此以外、以與實驗例11同樣的方法制作陶瓷結(jié)構(gòu)體的例子，此處，也能夠制作使熱膨脹系數(shù)完全一致的陶瓷結(jié)構(gòu)體。實驗例13中，使ZrO₂的添加量為22vol％，使燒成溫度為1300℃，除此以外，以與實驗例11同樣的方法制作陶瓷結(jié)構(gòu)體。該實驗例13是使電極的熱膨脹系數(shù)比Al₂O₃的熱膨脹系數(shù)大的例子。實驗例11～13中，在電極的界面及其附近均沒有產(chǎn)生裂紋等異常，并且，Al₂O₃基體的致密性也良好。電極的電阻也低至1.5×10^-5～1.8×10^-5Ωcm，良好。

·實驗例14、15

實驗例14中，填料使用TiN，除此以外，以與實驗例2同樣的方法制作陶瓷結(jié)構(gòu)體。實驗例15中，使TiN的添加量為30vol％，除此以外，以與實驗例14同樣的方法制作陶瓷結(jié)構(gòu)體。根據(jù)制作的燒結(jié)體的測定，TiN的熱膨脹系數(shù)為9.4ppm/K。由于TiN為導電性的物質(zhì)，所以實驗例14的電極的電阻率比Al₂O₃填料為相同添加量的實驗例2的情形低，為1.4×10^-5Ωcm。另外，實驗例15的電極的電阻率為1.8×10^-5Ωcm，但是，與Al₂O₃填料少至20vol％的實驗例3相比，電阻率較低。實驗例14、15中，在電極的界面及其附近均沒有產(chǎn)生裂紋等異常，并且，Al₂O₃基體的致密性也良好。

·實驗例16～22

實驗例16～22中，為了調(diào)整電極的熱膨脹系數(shù)，在Ru中添加了作為金屬成分的Al，通過Al與Ru的反應(yīng)使電極內(nèi)生成RuAl合金，制成Ru/RuAl電極。陶瓷結(jié)構(gòu)體的基本制作方法依據(jù)實驗例2。根據(jù)燒結(jié)體中的實際測量，可知RuAl合金的熱膨脹系數(shù)及密度為10.9ppm/K、7.97g/cm³，假設(shè)添加的Al全部與Ru發(fā)生反應(yīng)成為RuAl合金來設(shè)定Al的添加量。表1的備注欄中，以vol％表示電極中的RuAl合金的量。RuAl合金為導電性較高，且熱膨脹系數(shù)也較大的材料，因此，如實驗例16～22所示，通過添加少量的Al能夠接近于Al₂O₃基體的熱膨脹系數(shù)，并且，能夠使電極的電阻率低至1×10^-5～2×10^-5Ωcm。特別是實驗例16、18、21中，通過添加11vol％的Al而生成18vol％的RuAl合金，能夠使電極的熱膨脹系數(shù)與Al₂O₃基體的熱膨脹系數(shù)差接近0.2ppm/K。實驗例16～22中，在電極的界面及其附近均沒有產(chǎn)生裂紋等異常，并且，Al₂O₃基體的致密性也良好。

·實驗例23～30

實驗例23～28中，添加了作為金屬成分的Ti，實驗例29、30中，添加了作為金屬成分的Nb。實驗例23～30中，以依據(jù)實驗例2的方法制作陶瓷結(jié)構(gòu)體。實驗例23～30中，均能夠使電極的熱膨脹系數(shù)接近于Al₂O₃基體的熱膨脹系數(shù)，并且，Ti、Nb為熱膨脹系數(shù)較高且具有導電性的成分，因此，可得到電阻率低的電極。特別是實驗例24、27中，能夠使電極的熱膨脹系數(shù)與Al₂O₃基體的熱膨脹系數(shù)完全一致。Ti、Nb為容易固溶于Ru的成分，但是，由利用EPMA進行電極的元素分布解析確認到：特別是Nb廣泛擴散在Ru內(nèi)。電極的電阻率在添加了Ti的實驗例23～28中低至1×10^-5Ωcm～2×10^-5Ωcm，但是，添加Nb與這些實驗例相比，電阻稍微升高，實驗例30中通過添加30vol％達到1.6×10^-4Ωcm。應(yīng)予說明，實驗例23～30中，在電極的界面及其附近均沒有產(chǎn)生裂紋等異常，并且，Al₂O₃基體的致密性也良好。

·實驗例31、32

實驗例31、32是以稀土金屬氧化物為陶瓷基體的主成分的例子，使燒成溫度分別為1575℃、1500℃，除此以外，利用與實驗例2同樣的方法制作陶瓷結(jié)構(gòu)體。使用從陶瓷結(jié)構(gòu)體上切出的試樣實際測量陶瓷基體的熱膨脹系數(shù)。兩個實驗例的電極中均添加了20vol％的與第一基體同種成分的填料，能夠得到電極與陶瓷基體的熱膨脹系數(shù)差小至0.3～0.5ppm/K、電極的電阻率均低至1.4×10^-5、且良好的陶瓷結(jié)構(gòu)體。關(guān)于從陶瓷結(jié)構(gòu)體上切出的陶瓷基體的試樣，Y₂O₃的體積密度為5.00g/cm³以上，Yb₂O₃的體積密度為9.17g/cm³以上，開口氣孔率均為0.03％以下，致密性良好。另外，在電極的界面及附近也沒有確認到裂紋等異常。

·比較例1～5

比較例1～5是在Al₂O₃基體中埋設(shè)了目前使用的電極的例子。分別在表2中記載的導電成分中添加規(guī)定量的Al₂O₃填料，以依據(jù)實驗例1的方法制作陶瓷結(jié)構(gòu)體。應(yīng)予說明，作為用于促進WC電極燒結(jié)的助劑，分別添加5vol％的Ni、Co。另外，各導電成分的熱膨脹系數(shù)采用文獻值。比較例1～5中，Al₂O₃基體、電極的致密性均良好，但是，由于電極的熱膨脹系數(shù)較小，所以即便在電極中添加相當量的Al₂O₃填料，Al₂O₃基體與電極的熱膨脹系數(shù)差也大于1ppm/K。并且，通過添加相當量的Al₂O₃填料，導致電極的電阻率大于3.0×10^-5Ωcm。

表2

基于比較例1～5的結(jié)果，現(xiàn)有技術(shù)很難相對于氧化鋁或稀土金屬氧化物(三氧化二釔等)所代表的熱膨脹系數(shù)為7.5～9.5ppm/K(特別是8～9ppm/K)的陶瓷基體組合與陶瓷基體的熱膨脹系數(shù)差在1ppm/K以內(nèi)、并且3×10^-5Ωcm以下的低電阻率的電極。另外，得到能夠作為加熱電極呈現(xiàn)出更高的性能、電極的電阻率為2.5×10^-5Ωcm以下、或者1×10^-5Ωcm以上、低于2×10^-5Ωcm、并且適當調(diào)整了電極的熱膨脹系數(shù)的陶瓷結(jié)構(gòu)體是非常困難的。另外，比較例所示的電極中，Ni、Co為磁化率非常高的元素。對于這樣的容易帶磁性的元素，有可能在利用磁場這樣的磁控式的裝置中對磁場環(huán)境造成影響，因此，優(yōu)選盡可能避免其包含在電極中。應(yīng)予說明，實驗例1～32所示的電極的磁化率均較小，無需擔心對磁場造成影響。

·實驗例33、34

實驗例33是與實驗例16～22同樣地在Ru中添加作為金屬成分的Al來制作Ru/RuAl電極的例子。使Al的添加量為14vol％，除此以外，以與實驗例21同樣的條件制作陶瓷結(jié)構(gòu)體，評價特性。本例中，通過使電極中的Al的添加量為14vol％，能夠使Ru/RuAl電極的熱膨脹系數(shù)與Al₂O₃基體的熱膨脹系數(shù)完全一致，能夠得到在電極與Al₂O₃的界面沒有裂紋等的良好的埋設(shè)有電極的Al₂O₃基體。電極的電阻率低至1.3×10^-5Ωcm且良好。實驗例34中，使加入到Al₂O₃粉末中的燒結(jié)助劑僅為0.25質(zhì)量％的MgO粉末，使熱壓燒成溫度在第一基材的制作、層疊體的制作時均為1500℃，除此以外，以與實驗例33同樣的方法制作埋設(shè)有Ru/RuAl電極的Al₂O₃基體。本例中，也得到了Al₂O₃與電極材料的熱膨脹系數(shù)差為零，沒有裂紋的良好的結(jié)構(gòu)體。電極電阻率低至1.1×10^-5Ωcm且良好。