KR101813289B1

KR101813289B1 - 정전 척의 제조법 및 정전 척

Info

Publication number: KR101813289B1
Application number: KR1020120031802A
Authority: KR
Inventors: 다쿠지 기무라; 다카히로 다카하시; 히로카즈 나카니시
Original assignee: 엔지케이 인슐레이터 엘티디
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2017-12-28
Also published as: TW201305086A; KR20170121097A; JP5458050B2; CN102731072A; CN104835770A; JP2012209499A; TWI541217B; CN102731072B; KR20120112145A; US20120250212A1; US9650302B2

Abstract

정전 척(10)을 제조하는 방법으로서, (a) 정전 전극 전구체(24)가 내면에 착탈 가능하게 부착된 제1 성형 다이(31)에, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 유입하고, 겔화제를 화학 반응시켜 세라믹 슬러리를 겔화시킨 후 이형함으로써, 제1 세라믹 성형체(41)에 정전 전극 전구체(24)가 매립된 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체(41X)를 제작하는 공정과, (b) 제2 세라믹 성형체(42)를 제작하는 공정과, (c) 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체(41X)와 제2 세라믹 성형체(42)를 이용하여 적층 하소체(50)를 제작해서, 그 적층 하소체(50)를 핫 프레스 소성하는 공정을 포함한다.

Description

정전 척의 제조법 및 정전 척{METHOD FOR PRODUCING ELECTROSTATIC CHUCK AND ELECTROSTATIC CHUCK}

본 발명은 정전 척의 제조법 및 정전 척에 관한 것이다.

종래, 정전 척의 제조법으로서는, 2층 구조의 정전 척의 제조법이나 3층 구조의 정전 척의 제조법이 알려져 있다.

전자로서는, 알루미나 소결체를 형성하는 공정과, 그 알루미나 소결체 상에 정전 전극용 전극 페이스트를 인쇄하는 공정과, 그 전극 페이스트 상에 알루미나 조립분(粉)을 충전하여 금형 성형하는 공정과, 금형 성형하는 공정에서 일체화된 성형체를 소성하는 공정을 포함하는 제조법이 알려져 있다(특허문헌 1 참조]. 이 특허문헌 1에서는, 알루미나 소결체 대신에, 알루미나 하소체를 이용하는 것도 개시되어 있다. 또한, 알루미나 분체에는 바인더가 포함되어 있기 때문에, 이 알루미나 분체는 통상, 알루미나 조립분이라고 칭해진다.

한편, 후자로서는, 알루미나 소결체의 상면에 정전 전극용 전극 페이스트를 인쇄하며 하면에 히터 전극용 전극 페이스트를 인쇄하는 공정과, 그 인쇄 후의 알루미나 소결체를 하소하는 공정과, 정전 전극 위에 알루미나 조립분을 배치하며 히터 전극 아래에도 알루미나 조립분을 배치하고, 그 상태에서 이들을 가압 성형하여 가압 소성을 실시하는 공정을 포함하는 제조법이 알려져 있다(특허문헌 2 참조]. 또한, 알루미나 분체는, 바인더와 혼합하여 스프레이 드라이어로 분무 건조한 것이 이용되고 있기 때문에, 통상은 알루미나 조립분이라고 칭해진다.

일본 특허 공개 제2005-343733호 공보 일본 특허 공개 제2008-47885호 공보

그러나, 특허문헌 1, 2의 제조법에서는, 정전 전극 위에 알루미나 조립분을 배치하여 가압 성형한 후 소성하기 때문에, 정전 전극의 단부면이 변형되어 예각으로 뾰족하게 되는 경우가 있었다. 이와 같이 뾰족한 형상이 되면, 응력의 집중 및 전계 집중 등에 의해 크랙이 발생하기 쉬워져, 제품의 내구성을 충분히 확보하는 것이 곤란해진다.

본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 정전 전극의 단부면이 변형되는 것을 억제하는 것을 주목적으로 한다.

본 발명의 제1 정전 척 제조법은,

정해진 형상의 정전 전극 또는 그 전구체를 샌드위칭하여 한쌍의 세라믹 하소체를 중합시킨 적층 하소체를 핫 프레스 소성함으로써 정전 척을 제작하는 정전 척의 제조법으로서,

(a) 상기 정전 전극 또는 그 전구체를 내면에 착탈 가능하게 부착한 제1 성형 다이에, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 유입하고, 상기 겔화제를 화학 반응시켜 상기 세라믹 슬러리를 겔화시킨 후 이형(離型)함으로써, 제1 세라믹 성형체에 상기 정전 전극 또는 그 전구체가 매립된 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체를 제작하는 공정과,

(b) 제2 세라믹 성형체를 제작하는 공정과,

(c) 상기 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체와 상기 제2 세라믹 성형체를 이용하여 상기 적층 하소체를 제작해서, 그 적층 하소체를 핫 프레스 소성하는 공정

을 포함하는 것이다.

이 정전 척의 제조법에 따르면, 정해진 형상의 정전 전극의 단부면이 변형되는 것을 억제할 수 있다. 구체적으로는, 공정 (a)에 있어서, 정전 전극 또는 그 전구체를 내면에 착탈 가능하게 부착한 제1 성형 다이에 세라믹 슬러리를 유입하여 겔화시킬 때, 반응 초기의 슬러리는 점도가 낮으며 유동성이 높기 때문에, 정전 전극 또는 그 전구체의 단부를 깎아 버리는 것을 억제할 수 있으며, 전극 계면에 세라믹 분체가 충전되어, 공정 (c)의 핫 프레스 소성 시에 전극의 변형을 억제할 수 있다고 생각된다. 덧붙여 말하면, 정전 전극의 전구체란, 핫 프레스 소성함으로써 정전 전극이 되는 것을 말하며, 예컨대 전극 페이스트를 정전 전극의 형상으로 인쇄한 것을 말한다(이하 동일).

본 발명의 제1 정전 척 제조법에 있어서, 상기 공정 (b)에서는, 제2 성형 다이에, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 유입하고, 상기 겔화제를 화학 반응시켜 상기 세라믹 슬러리를 겔화시킨 후 이형함으로써, 상기 제2 세라믹 성형체를 제작하여도 좋다. 이렇게 하면, 상기 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체와 동일한 밀도가 되며, 핫 프레스 소성 후의 적층 소결체의 휘어짐이 작아져, 웨이퍼 배치면과 정전 전극 사이의 거리의 변동이 작아지고, 나아가서는 웨이퍼를 처킹할 때의 흡착력의 면내 변동이 작아진다고 하는 효과가 있다.

본 발명의 제1 정전 척 제조법에 있어서, 상기 공정 (b)에서는, 통합용 성형 다이를 준비하고, 상기 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체의 전극 형성면과는 반대측의 면을 상기 통합용 성형 다이의 내면에 착탈 가능하게 부착하며, 그 후, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 상기 통합용 성형 다이에 유입하고, 상기 겔화제를 화학 반응시켜 상기 세라믹 슬러리를 겔화시킴으로써 상기 제2 세라믹 성형체를 제작하며, 상기 공정 (c)에서는, 상기 통합용 성형 다이로부터, 상기 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체와 상기 제2 세라믹 성형체가 적층된 적층 복합체를 꺼내서, 그 적층 복합체를 하소하여 상기 적층 하소체를 제작하여도 좋다. 이렇게 하면, 제2 세라믹 성형체를 제작함과 동시에 적층 복합체를 얻을 수 있기 때문에, 제2 세라믹 성형체를 제작하는 공정과 적층 복합체를 제작하는 공정을 따로따로 행하는 경우에 비해서, 공정수가 적어진다. 또한, 통합용 성형 다이의 내부 공간의 크기는, 예컨대 정전 척에 대해 수축률을 고려하여 결정하면 좋다.

본 발명의 제1 정전 척 제조법에 있어서, 상기 공정 (a)에서는, 상기 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체를 하소하여 매립 전극을 갖는 세라믹 하소체로 하고, 상기 공정 (b) 이후, 상기 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체 대신에, 상기 매립 전극을 갖는 세라믹 하소체를 이용하도록 하여도 좋다. 이 방법에서도, 핫 프레스 소성 전의 적층체 내의 밀도차가 작아지며, 이에 따라 핫 프레스 소성 후의 적층 소결체의 휘어짐을 작게 할 수 있어, 웨이퍼를 처킹할 때의 흡착력의 면내 변동이 작아진다고 하는 효과가 있다.

본 발명의 제2 정전 척 제조법은,

(a) 상기 정전 전극 또는 그 전구체와 같은 형상의 볼록부가 내면에 착탈 불가능하게 형성된 제1 성형 다이에, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 유입하고, 상기 겔화제를 화학 반응시켜 상기 세라믹 슬러리를 겔화시킨 후 이형함으로써, 상기 볼록부에 대응하는 오목부를 구비한 제1 세라믹 성형체를 제작하며, 상기 오목부에 상기 정전 전극 또는 그 전구체를 형성함으로써 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체를 제작하는 공정과,

(b) 제2 세라믹 성형체를 제작하는 공정과,

(c) 상기 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체와 상기 제2 세라믹 성형체를 이용하여 상기 적층 하소체를 제작하고, 상기 적층 하소체를 핫 프레스 소성하는 공정,

을 포함하는 것이다.

이 정전 척의 제조법에 의해서도, 정해진 형상의 정전 전극의 단부면이 변형되는 것을 억제할 수 있다. 구체적으로는, 공정 (a)에 있어서, 오목부를 구비한 제1 세라믹 성형체를 제작하고, 그 오목부에 정전 전극 또는 그 전구체를 형성함으로써, 매립 전극을 갖는 세라믹체를 제작한다. 제1 세라믹 성형체는 세라믹 분체를 분산시킨 세라믹 슬러리를 겔화하여 제작되기 때문에, 세라믹 조립분(전술)을 이용하여 제작된 경우에 비해서 강도가 있어, 그 오목부에 형성된 정전 전극의 단부는 변형되기 어렵다. 또한, 정전 전극 또는 그 전구체는 외부로 돌출해 있는 것이 아니기 때문에, 정전 전극 또는 그 전구체의 단부가 다른 부재와의 마찰로 변형될 우려는 없다. 또한, 전극 계면에 세라믹 분체가 간극 없이 균일하게 충전되어, 공정 (c)의 핫 프레스 소성 시에 전극의 변형을 억제할 수 있다고 생각된다. 이에, 정해진 형상의 정전 전극의 단부면이 변형되는 것을 억제할 수 있다고 생각된다.

본 발명의 제2 정전 척 제조법에 있어서, 상기 공정 (b)에서는, 제2 성형 다이에, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 유입하고, 상기 겔화제를 화학 반응시켜 상기 세라믹 슬러리를 겔화시킨 후 이형함으로써, 상기 제2 세라믹 성형체를 제작하여도 좋다. 이렇게 하면, 상기 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체와 동일한 밀도가 되며, 핫 프레스 소성 후의 적층 소결체의 휘어짐이 작아져, 웨이퍼 배치면과 정전 전극 사이의 거리의 변동이 작아지고, 나아가서는 웨이퍼를 처킹할 때의 흡착력의 면내 변동이 작아진다고 하는 효과가 있다.

본 발명의 제2 정전 척 제조법에 있어서, 상기 공정 (b)에서는, 통합용 성형 다이를 준비하고, 상기 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체의 전극 형성면과는 반대측의 면을 상기 통합용 성형 다이의 내면에 착탈 가능하게 부착하며, 그 후, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 상기 통합용 성형 다이에 유입하고, 상기 겔화제를 화학 반응시켜 상기 세라믹 슬러리를 겔화시킴으로써 상기 제2 세라믹 성형체를 제작하며, 상기 공정 (c)에서는, 상기 통합용 성형 다이로부터, 상기 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체와 상기 제2 세라믹 성형체가 적층된 적층 복합체를 꺼내서, 그 적층 복합체를 하소하여 상기 적층 하소체를 제작하여도 좋다. 이렇게 하면, 제2 세라믹 성형체를 제작함과 동시에 적층 복합체를 얻을 수 있기 때문에, 제2 세라믹 성형체를 제작하는 공정과 적층 복합체를 제작하는 공정을 따로따로 행하는 경우에 비해서, 공정수가 적어진다. 또한, 통합용 성형 다이의 내부 공간의 크기는, 예컨대 정전 척에 대해 수축률을 고려하여 결정하면 좋다.

본 발명의 제2 정전 척 제조법에 있어서, 상기 공정 (a)에서는, 상기 오목부에 상기 정전 전극 또는 그 전구체를 형성하기 전 또는 후에 상기 제1 세라믹 성형체를 하소함으로써, 매립 전극을 갖는 세라믹 하소체를 얻도록 하고, 상기 공정 (b) 이후, 상기 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체 대신에, 상기 매립 전극을 갖는 세라믹 하소체를 이용하도록 하여도 좋다. 이 방법에서도, 핫 프레스 소성 전의 적층체 내의 밀도차가 작아지며, 이에 따라 핫 프레스 소성 후의 적층 소결체의 휘어짐을 작게 할 수 있어, 웨이퍼를 처킹할 때의 흡착력의 면내 변동이 작아진다고 하는 효과가 있다.

본 발명의 제3 정전 척 제조법은,

(a) 제1 세라믹 성형체를 제작해서, 그 제1 세라믹 성형체의 표면에 상기 정전 전극 또는 그 전구체를 형성함으로써, 볼록 전극을 갖는 세라믹 성형체를 얻는 공정과,

(b) 통합용 성형 다이의 내면에, 상기 볼록 전극을 갖는 세라믹 성형체의 전극 형성면과는 반대측의 면을 착탈 가능하게 부착하며, 그 후, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 상기 통합용 성형 다이에 유입하고, 상기 겔화제를 화학 반응시켜 상기 세라믹 슬러리를 겔화시킴으로써 제2 세라믹 성형체를 제작하며, 그 후 이형함으로써 상기 볼록 전극을 갖는 세라믹 성형체와 상기 제2 세라믹 성형체의 적층 복합체를 얻는 공정과,

(c) 상기 적층 복합체를 이용하여 상기 적층 하소체를 제작해서, 그 적층 하소체를 핫 프레스 소성하는 공정,

을 포함하는 것이다.

이 정전 척의 제조법에 의해서도, 정해진 형상의 정전 전극의 단부면이 변형되는 것을 억제할 수 있다. 구체적으로는, 공정 (b)에 있어서, 통합용 성형 다이의 내면에, 볼록 전극을 갖는 세라믹 성형체를 착탈 가능하게 부착한 후, 세라믹 슬러리를 통합용 성형 다이에 유입하여 겔화시킬 때, 반응 초기의 슬러리는 점도가 낮으며 유동성이 높기 때문에 볼록 전극을 갖는 세라믹체의 정전 전극 또는 그 전구체의 단부를 깎아 버리는 것을 억제할 수 있으며, 전극 계면에 세라믹 분체가 간극 없이 균일하게 충전되어, 공정 (c)의 핫 프레스 소성 시에 전극의 변형을 억제할 수 있다고 생각된다. 또한, 통합용 성형 다이의 내부 공간의 크기는, 예컨대 정전 척에 대해 수축률을 고려하여 결정하면 좋다.

본 발명의 제3 정전 척 제조법에 있어서, 상기 공정 (a)에서는, 제1 성형 다이에, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 유입하고, 상기 겔화제를 화학 반응시켜 상기 세라믹 슬러리를 겔화시킨 후 이형함으로써, 상기 제1 세라믹 성형체를 제작하여도 좋다. 이렇게 하면, 제2 세라믹 성형체와 동일한 밀도가 되며, 핫 프레스 소성 후의 적층 소결체의 휘어짐이 작아져, 웨이퍼 배치면과 정전 전극 사이의 거리의 변동이 작아지고, 나아가서는 웨이퍼를 처킹할 때의 흡착력의 면내 변동이 작아진다고 하는 효과가 있다.

본 발명의 제3 정전 척 제조법에 있어서, 상기 공정 (a)에서는, 상기 표면에 상기 정전 전극 또는 그 전구체를 형성하기 전 또는 후에 상기 제1 세라믹 성형체를 하소함으로써, 볼록 전극을 갖는 세라믹 하소체를 얻도록 하고, 상기 공정 (b) 이후, 상기 볼록 전극을 갖는 세라믹 성형체 대신에, 상기 볼록 전극을 갖는 세라믹 하소체를 이용하도록 하여도 좋다. 이 방법에서도, 핫 프레스 소성 전의 적층체 내의 밀도차가 작아지며, 이에 따라 핫 프레스 소성 후의 적층 소결체의 휘어짐을 작게 할 수 있어, 웨이퍼를 처킹할 때의 흡착력의 면내 변동이 작아진다고 하는 효과가 있다.

본 발명의 제1∼제3 정전 척 제조법에서는, 적층 하소체로서, 정전 전극 또는 그 전구체를 샌드위칭하여 한쌍의 세라믹 하소체를 중합시키며, 히터 전극 또는 그 전구체를 샌드위칭하여 한쌍의 세라믹 하소체를 중합시킨 구조의 것을 이용하여도 좋다. 이 경우, 히터 전극 또는 그 전구체를 샌드위칭하여 한쌍의 세라믹 하소체를 중합시킨 구조에 대해서는, 전술한 제1∼제3 정전 척 제조법에 준하여, 정전 전극 또는 그 전구체를 히터 전극 또는 그 전구체로 치환하여 제작하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 정해진 형상의 히터 전극의 단부면이 변형되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 정전 전극 또는 그 전구체를 샌드위칭하는 한쌍의 세라믹 하소체의 한쪽과, 히터 전극 또는 그 전구체를 샌드위칭하는 한쌍의 세라믹 하소체의 한쪽을, 공통의 부재로 하여도 좋다. 즉, 세라믹 하소체-정전 전극-세라믹 하소체-히터 전극-세라믹 하소체로 하여도 좋다.

본 발명의 제1∼제3 정전 척 제조법에 있어서, 상기 세라믹 분체는 평균 입자 직경이 0.4∼0.6 ㎛인 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 전술한 효과를 보다 현저하게 얻을 수 있다. 그 이유는, 전극 계면에 세라믹 분체가 간극 없이 균일하게 충전되어, 공정 (c)의 핫 프레스 소성 시에 전극의 변형을 억제할 수 있다고 생각된다.

본 발명의 정전 척은 정전 전극이 내장된 정전 척으로서, 상기 정전 전극의 단부면은 종단면을 보았을 때, 편평한 면이거나 또는 팽출면으로서 그 팽출면의 상측 코너와 팽출 선단과 하측 코너를 연결한 각도(θ)가 160≤θ<180°인 것이다.

이 정전 척은 정전 전극의 단부가 예각으로 뾰족하지 않기 때문에, 응력이 집중되기 어렵다. 그 때문에, 크랙이 발생하기 어려워, 제품의 내구성을 충분히 확보할 수 있다.

도 1은 정전 척(10)의 종단면도, 원 내부는 부분 확대도이다.
도 2는 제1 정전 척 제조법의 일례를 나타내는 제조 공정도이다.
도 3은 제1 정전 척 제조법의 다른 예를 나타내는 제조 공정도이다.
도 4는 제1 정전 척 제조법의 다른 예를 나타내는 제조 공정도이다.
도 5는 제1 정전 척 제조법의 다른 예를 나타내는 제조 공정도이다.
도 6은 제2 정전 척 제조법의 일례를 나타내는 제조 공정도이다.
도 7은 제2 정전 척 제조법의 다른 예를 나타내는 제조 공정도이다.
도 8은 제3 정전 척 제조법의 일례를 나타내는 제조 공정도이다.
도 9는 제3 정전 척 제조법의 다른 예를 나타내는 제조 공정도이다.

1. 겔 캐스트법에 따른 세라믹 성형체의 제작

겔 캐스트법이란, 성형 다이에, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 유입하고, 겔화제를 화학 반응시켜 세라믹 슬러리를 겔화시킨 후 이형함으로써, 세라믹 성형체를 작성하는 방법을 말한다. 겔 캐스트법은 적어도, 본 발명의 제1 및 제2 정전 척 제조법에서의 공정 (a), 제3 정전 척 제조법에서의 공정 (b)에서 이용된다.

세라믹 분체의 재료로서는, 산화물계 세라믹이어도 좋고, 비산화물계 세라믹이어도 좋다. 예컨대, 알루미나, 이트리아, 질화알루미늄, 질화규소, 탄화규소, 사마리아, 마그네시아, 불화마그네슘, 산화이테르븀 등을 들 수 있다. 이들 재료는 1종류 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상을 조합하여 사용하여도 좋다. 세라믹 분체의 평균 입자 직경은 균일한 세라믹 슬러리를 조정·제작 가능하다면, 특별히 한정되지 않지만, 0.4∼0.6 ㎛가 바람직하고, 0.45∼0.55 ㎛가 보다 바람직하다.

용매로서는, 분산제 및 겔화제를 용해하는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 탄화수소계 용매(톨루엔, 크실렌, 솔벤트나프타 등), 에테르계 용매(에틸렌글리콜모노에틸에테르, 부틸카르비톨, 부틸카르비톨아세테이트 등), 알코올계 용매(이소프로판올, 1-부탄올, 에탄올, 2-에틸헥산올, 테르피네올, 에틸렌글리콜, 글리세린 등), 케톤계 용매(아세톤, 메틸에틸케톤 등), 에스테르계 용매(초산부틸, 글루타르산디메틸, 트리아세틴 등), 다염기산계 용매(글루타르산 등)를 들 수 있다. 특히, 다염기산에스테르(예컨대, 글루타르산디메틸 등), 다가 알코올의 산에스테르(예컨대, 트리아세틴 등) 등의, 2 이상의 에스테르 결합을 갖는 용매를 사용하는 것이 바람직하다.

분산제로서는, 세라믹 분체를 용매 중에 균일하게 분산시키는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 폴리카르복실산계 공중합체, 폴리카르복실산염, 소르비탄지방산에스테르, 폴리글리세린지방산에스테르, 인산에스테르염계 공중합체, 술폰산염계 공중합체, 3급 아민을 갖는 폴리우레탄폴리에스테르계 공중합체 등을 들 수 있다. 특히, 폴리카르복실산계 공중합체, 폴리카르복실산염 등을 사용하는 것이 바람직하다. 이 분산제를 첨가함으로써, 성형 전의 슬러리를 저점도로 하고, 또한 높은 유동성을 갖는 것으로 할 수 있다.

겔화제로서는, 예컨대 이소시아네이트류, 폴리올류 및 촉매를 포함하는 것으로 하여도 좋다. 이 중, 이소시아네이트류로서는, 이소시아네이트기를 관능기로서 갖는 물질이면 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 톨릴렌디이소시아네이트(TDI), 디페닐메탄디이소시아네이트(MDI) 또는 이들의 변성체 등을 들 수 있다. 또한, 분자 내에서, 이소시아네이트기 이외의 반응성 관능기가 함유되어 있어도 좋고, 또한, 폴리이소시아네이트와 같이, 반응 관능기가 다수 함유되어 있어도 좋다. 폴리올류로서는, 이소시아네이트기와 반응할 수 있는 수산기를 2 이상 갖는 물질이면 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 에틸렌글리콜(EG), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 프로필렌글리콜(PG), 폴리프로필렌글리콜(PPG), 폴리테트라메틸렌글리콜(PTMG), 폴리헥사메틸렌글리콜(PHMG), 폴리비닐알코올(PVA) 등을 들 수 있다. 촉매로서는, 이소시아네이트류와 폴리올류와의 우레탄 반응을 촉진시키는 물질이면 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 트리에틸렌디아민, 헥산디아민, 6-디메틸아미노-1-헥산올 등을 들 수 있다.

겔 캐스트법에서는, 먼저, 세라믹 분체에 용매 및 분산제를 정해진 비율로 첨가하고, 정해진 시간에 걸쳐 이들을 혼합함으로써 슬러리 전구체를 조제하며, 그 후, 이 슬러리 전구체에, 겔화제를 첨가하여 혼합·진공 탈포하여 세라믹 슬러리로 하는 것이 바람직하다. 슬러리 전구체나 슬러리를 조제할 때의 혼합 방법은 특별히 한정되는 것이 아니며, 예컨대 볼 밀, 자공전식 교반, 진동식 교반, 프로펠라식 교반 등을 사용할 수 있다. 또한, 슬러리 전구체에 겔화제를 첨가한 세라믹 슬러리는 시간 경과에 따라 겔화제의 화학 반응(우레탄 반응)이 진행되기 시작하기 때문에, 조속하게 성형 다이 내에 유입시하는 것이 바람직하다. 성형 다이에 유입된 세라믹 슬러리는 슬러리에 포함되는 겔화제가 화학 반응함으로써 겔화된다. 겔화제의 화학 반응이란, 이소시아네이트류와 폴리올류가 우레탄 반응을 일으켜 우레탄 수지(폴리우레탄)가 되는 반응이다. 겔화제의 반응에 의해 세라믹 슬러리가 겔화되며, 우레탄 수지는 유기 바인더로서 기능한다.

2. 세라믹 하소체의 제작

세라믹 하소체를 제작하기 위해서는, 세라믹 성형체를 건조한 후 탈지하고 나서 하소한다.

세라믹 성형체의 건조는 세라믹 성형체에 포함되는 용매를 증발시키기 위해서 행한다. 건조 온도나 건조 시간은 사용하는 용매에 따라 적절하게 설정하면 좋다. 단, 건조 온도는 건조 중인 세라믹 성형체에 크랙이 형성되지 않도록 주의하여 설정한다. 또한, 분위기는 대기 분위기, 불활성 분위기, 진공 분위기 중 임의의 것이어도 좋다. 건조에 의해 치수는 선 방향으로 2％ 정도 수축한다.

건조 후의 세라믹 성형체의 탈지는 분산제나 촉매 등의 유기물을 분해·제거하기 위해서 행한다. 탈지 온도는 포함되는 유기물의 종류에 따라 적절하게 설정하면 좋은데, 예컨대 400∼600℃로 설정하여도 된다. 또한, 분위기는 대기 분위기, 불활성 분위기, 진공 분위기 중 임의의 것이어도 좋다.

탈지 후의 세라믹 성형체의 하소는 강도를 높게 해 취급하기 쉽게 하기 위해서 행한다. 하소 온도는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예컨대 750∼900℃로 설정하여도 좋다. 또한, 분위기는 대기 분위기, 불활성 분위기, 진공 분위기 중 임의의 것이어도 좋다. 탈지 및 하소에 의해 치수는 선 방향으로 1.5％ 정도 수축한다.

3. 정전 전극의 형성

정전 전극은 도전성 재료를 정해진 형상으로 조정함으로써 형성하여도 좋고, 전극 페이스트를 정해진 형상으로 조정한 후 소성함으로써 형성하여도 좋다. 또한, 전극 페이스트를 정해진 형상으로 조정한 것을, 정전 전극의 전구체라고 한다. 전극 페이스트는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예컨대 도전 재료와 세라믹 분말과 바인더와 용매를 포함하는 것으로 하여도 좋다. 도전 재료로서는, 예컨대 텅스텐, 텅스텐카바이트, 백금, 은, 팔라듐, 니켈, 몰리브덴 등을 들 수 있다. 세라믹 분말로서는, 예컨대 세라믹 하소체와 동종의 세라믹 재료로 이루어지는 분말을 들 수 있다. 바인더로서는, 예컨대 에틸셀룰로오스, 폴리메타크릴산메틸, 폴리비닐부티랄 등을 들 수 있다. 용매로서는, 예컨대 테르피네올 등을 들 수 있다. 인쇄 방법은, 예컨대 스크린 인쇄법 등을 들 수 있다. 또한, 정전 전극 페이스트와 히터 전극 페이스트는 동일한 조성의 것을 사용하여도 좋지만, 다른 조성의 것을 사용하여도 된다.

4. 핫 프레스 소성

핫 프레스 소성에서는, 적어도 최고 온도(소성 온도)에서, 프레스 압력을 30∼300 ㎏f/㎠로 하는 것이 바람직하고, 50∼250 ㎏f/㎠로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 최고 온도는 세라믹 분말의 종류, 입자 직경 등에 따라 적절하게 설정하면 좋지만, 1000∼2000℃의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 분위기는 대기 분위기, 불활성 분위기, 진공 분위기 중에서, 세라믹 분말의 종류에 따라 적절하게 선택하면 좋다. 핫 프레스 소성에 의해 두께 방향으로 50％ 정도 수축한다.

5. 정전 척의 실시형태

도 1은 정전 척(10)의 종단면도이며, 원 내부는 부분 확대도이다. 정전 척(10)은 도 1에 나타내는 바와 같이, 정전 전극(14)과 히터 전극(16)을 내장하고 있다. 정전 전극(14)은 원반형의 전극이며, 웨이퍼 배치면(10a)에 가까운 측에 설치된다. 히터 전극(16)은 중앙 부근의 도시하지 않는 2점을 시점과 종점으로 하는 선형 부재이며, 시점부터 일필서의 요령으로 정전 척(10)의 평면 전체에 고루 미치도록 배선된 후 종점으로 되돌아가는 형상으로 되어 있다. 도 1은 정전 척(10)의 단면도이기 때문에, 히터 전극(16)은 불연속으로 표시되지만, 평면에서 보면 연속한 선형으로 되어 있다.

이러한 정전 척(10)은 본 발명의 제1∼제3 정전 척 제조법 중 어느 하나에 따라 제조된다. 또한, 제조법의 구체예에 대해서는 후술한다.

이 정전 척(10)의 정전 전극(14)의 종단면의 부분 확대도를 도 1의 원 내부에 나타낸다. 여기서는, 정전 전극(14)의 단부면(14a)이 팽출면인 경우를 나타내고, 각도(θ)는 단부면(14a)의 상측 코너(14b)와 팽출 선단(14c)을 연결한 직선과, 단부면(14a)의 팽출 선단(14c)과 하측 코너(14d)를 연결한 직선이 이루는 각도이다. 팽출 선단(14c)은 단부면(14a) 중 최외측에 돌출해 있는 부분이다. 여기서는, 각도(θ)는 160°≤θ<180°로 되어 있다. 또한, 정전 전극(14)의 단부면(14a)은 팽출면이 아니라, 편평한 수직면이어도 좋다. 히터 전극(16)의 단부면도 정전 전극(14)의 단부면(14a)과 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다. 또한, 특허문헌 1, 2의 제조법으로 제작된 정전 척은 이러한 각도(θ)가 30∼50°로 예각이 되는 경우가 있다.

이상 설명한 정전 척(10)에 따르면, 정전 전극(14)이나 히터 전극(16)의 단부면이 예각으로 뾰족하게 되어 있지 않기 때문에, 응력의 집중 및 전계 집중 등이 되기 어렵다. 그 때문에, 크랙이 발생하기 어려워, 제품의 내구성을 충분히 확보할 수 있다.

또한, 전술한 정전 척(10)은 히터 전극(16)을 내장하고 있지만, 히터 전극(16)을 내장하지 않아도 좋다.

6. 각 정전 척의 제조법의 실시형태

(1) 제1 정전 척 제조법에 관한 실시형태

정전 척(10)의 제조법에 대해서, 도 2를 이용하여 이하에 설명한다. 도 2는 제1 정전 척 제조법의 일례를 나타내는 제조 공정도이다. 이 제조법은 요약하면, 도 2의 (j)에 나타내는 바와 같이, 정전 전극 전구체(24)를 샌드위칭하여 제1 및 제2 세라믹 하소체(51, 52)를 중합시키며, 히터 전극 전구체(26)를 샌드위칭하여 제2 및 제3 세라믹 하소체(52, 53)를 중합시킨 적층 하소체(50)를 핫 프레스 소성함으로써 정전 척(10)을 제작한다. 이하, 구체적인 순서에 대해서 설명한다.

(1-1) 제1 세라믹 성형체(41)의 제작

먼저, 제1 성형 다이(31)를 준비한다[도 2의 (a) 참조]. 이 제1 성형 다이(31)는 제1 세라믹 하소체(51)에 대해 수축률을 고려한 크기의 내부 공간[제1 세라믹 하소체(51)보다 약간 큰 내부 공간]을 갖고 있다. 또한, 내면에는 불소계 수지에 의한 코팅 혹은 라이닝 처리를 실시하여, 전극 및 성형체의 착탈성은 양호하다. 그리고, 제1 성형 다이(31)의 하측 다이의 내면에, 전극 페이스트를 스크린 인쇄하여 정전 전극(14)보다 선 방향으로 수％ 정도 큰 치수가 되는 정전 전극 전구체(24)를 형성한다[도 2의 (b) 참조]. 이 정전 전극 전구체(24)는, 불소계 수지에 의한 코팅 혹은 라이닝 처리 때문에, 제1 성형 다이(31)의 내면에 대하여 착탈 가능하다. 또한, 정전 전극 전구체(24)의 외주면은 편평한 수직면으로 되어 있다. 다음에, 제1 성형 다이(31)에, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 유입하고, 겔화제를 화학 반응시켜 세라믹 슬러리를 겔화시킨 후 이형한다. 이에 따라, 정전 전극 전구체(24)가 매립된 제1 세라믹 성형체(41), 즉 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체(41X)를 얻는다[도 2의 (c) 참조]. 정전 전극 전구체(24)는 상면 및 측면이 제1 세라믹 성형체(41)에 덮어져 있지만, 하면은 노출되어 제1 세라믹 성형체(41)의 하면과 동일 평면을 형성한다.

(1-2) 제2 세라믹 성형체(42)의 제작

제1 세라믹 성형체(41)와는 별도로 제2 세라믹 성형체(42)를 제작한다. 먼저, 제2 성형 다이(32)를 준비한다[도 2의 (d) 참조]. 이 제2 성형 다이(32)는 제2 세라믹 하소체(52)에 대해 수축률을 고려한 크기의 내부 공간[제2 세라믹 하소체(52)보다 약간 큰 내부 공간]을 갖고 있다. 그리고, 제2 성형 다이(32)에, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 유입하고, 겔화제를 화학 반응시켜 세라믹 슬러리를 겔화시킨 후 이형한다. 제2 성형 다이(32)의 내면에는 불소계 수지에 의한 코팅 혹은 라이닝 처리가 실시되어 있기 때문에, 제2 세라믹 성형체(42)는 제2 성형 다이(32)의 내면에 대해 착탈 가능하다. 이에 따라, 제2 세라믹 성형체(42)가 얻어진다[도 2의 (e) 참조].

(1-3) 제3 세라믹 성형체(43)의 제작

제1 세라믹 성형체(41) 및 제2 세라믹 성형체(42)와는 별도로 제3 세라믹 성형체(43)를 제작한다. 먼저, 제3 성형 다이(33)를 준비한다[도 2의 (f) 참조]. 이 제3 성형 다이(33)는 제3 세라믹 하소체(53)에 대해 수축률을 고려한 크기의 내부 공간[제3 세라믹 하소체(53)보다 약간 큰 내부 공간]을 갖고 있다. 또한, 내면에는 불소계 수지에 의한 코팅 혹은 라이닝 처리를 실시하여, 전극 및 성형체의 착탈성은 양호하다. 그리고, 제3 성형 다이(33)의 상측 다이의 내면에, 전극 페이스트를 스크린 인쇄하여 정전 전극(16)보다 선 방향으로 수％ 정도 큰 치수가 되는 히터 전극 전구체(26)를 형성한다[도 2의 (g) 참조]. 이 히터 전극 전구체(26)는 불소계 수지에 의한 코팅 혹은 라이닝 처리 때문에, 제3 성형 다이(33)의 내면에 대하여 착탈 가능하다. 또한, 히터 전극 전구체(26)의 측면은 수직면으로 되어 있다. 다음에, 제3 성형 다이(33)에, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 유입하고, 겔화제를 화학 반응시켜 세라믹 슬러리를 겔화시킨 후 이형한다. 이에 따라, 히터 전극 전구체(26)가 매립된 제3 세라믹 성형체(43), 즉 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체(43X)가 얻어진다[도 2의 (h) 참조]. 히터 전극 전구체(26)는 하면 및 측면이 제3 세라믹 성형체(43)에 덮어져 있지만, 상면은 노출되어 제3 세라믹 성형체(43)의 상면과 동일 평면을 형성한다.

(1-4) 정전 척(10)의 제작

다음에, 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체(41X, 43X)와 제2 세라믹 성형체(42)를 적층하여 적층 성형체(40)로 한다. 구체적으로는, 이들을, 제1 세라믹 성형체(41)와 제2 세라믹 성형체(42) 사이에 정전 전극 전구체(24)를 샌드위칭하고, 제2 세라믹 성형체(42)와 제3 세라믹 성형체(43) 사이에 히터 전극 전구체(26)를 샌드위칭하여 적층함으로써, 적층 성형체(40)로 한다[도 2의 (i) 참조]. 이 적층 성형체(40)를 건조한 후 탈지하고, 또한 하소함으로써, 적층 하소체(50)로 한다[도 2의 (j) 참조]. 그리고, 이 적층 하소체(50)를 핫 프레스 소성함으로써, 정전 척(10)을 얻는다[도 2의 (k) 참조].

(1-5) 효과

이상 상세하게 설명한 정전 척(10)의 제조법에 따르면, 정해진 형상의 정전 전극(14)이나 히터 전극(16)의 단부면이 변형되는 것을 억제할 수 있다. 구체적으로는, 정전 전극 전구체(24)를 내면에 착탈 가능하게 부착한 제1 성형 다이(31)에 세라믹 슬러리를 유입하여 겔화시킬 때, 반응 초기의 슬러리는 점도가 낮으며 유동성이 높기 때문에, 정전 전극 또는 그 전구체(24)의 단부를 깎아 버리는 것을 억제할 수 있으며, 전극 계면에 세라믹 분체가 간극 없이 균일하게 충전되어, 핫 프레스 소성 시에 전극의 변형을 억제할 수 있다고 생각된다. 이 점은 히터 전극 전구체(26)에 대해서도 마찬가지이다.

(1-6) 다른 실시형태

전술한 실시형태에서는, 제1∼제3 세라믹 성형체(41∼43)를 건조·탈지·하소하지 않고 그대로 적층하여 적층 성형체(40)로 하고, 이 적층 성형체(40)를 건조·탈지·하소함으로써 적층 하소체(50)로 하였지만, 최종적으로 적층 하소체(50)를 얻을 수 있다면 제1∼제3 세라믹 성형체(41∼43)의 건조·탈지·하소를 어느 단계에서 행할지는 관계없다. 예컨대, 제1∼제3 세라믹 성형체(41∼43) 중 적어도 하나를 건조만 행한 후 적층하여도 좋고, 제1∼제3 세라믹 성형체(41∼43) 중 적어도 하나를 건조·탈지한 후 적층하여도 좋으며, 제1∼제3 세라믹 성형체(41∼43) 중 하나나 2개를 건조·탈지·하소한 후 적층하여도 좋다. 어떤 경우도, 적층체에는 건조·탈지·하소 중 적어도 1 공정을 종료하지 않은 것이 포함되기 때문에, 그 종료하지 않은 공정을 적층체에 실시할 필요가 있다. 혹은, 제1∼제3 세라믹 성형체(41∼43)를 3개 모두 개별로 건조·탈지·하소한 후 적층하여도 좋다. 그 경우에는, 적층 후의 건조·탈지·하소가 불필요하다.

전술한 실시형태에서는, 제1 세라믹 성형체(41)에 정전 전극 전구체(24)를 매립하고, 제3 세라믹 성형체(43)에 히터 전극 전구체(26)를 매립하였지만, 그 대신에, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제2 세라믹 성형체(142)의 상면에 정전 전극 전구체(124), 하면에 히터 전극 전구체(126)를 매립하고, 제1 및 제3 세라믹 성형체(141, 143)에는 전극 전구체를 형성하지 않는 것으로 하여도 좋다[도 3의 (a)∼(g) 참조]. 구체적으로는, 제1 및 제3 성형 다이(31, 33)에 전극 전구체를 부착하지 않고 겔 캐스트법에 따라 제1 및 제3 세라믹 성형체(141, 143)를 제작한다[도 3의 (a), (b), (f), (g) 참조]. 또한, 제2 성형 다이(32)의 상측 다이의 내면에 정전 전극 전구체(124), 하측 다이의 내면에 히터 전극 전구체(126)를 착탈 가능하게 부착한 상태로, 세라믹 슬러리를 이용하여 겔 캐스트법에 따라 제2 세라믹 성형체(142)를 제작한다[도 3의 (c)∼(e) 참조]. 이에 따라, 정전 전극 전구체(124) 및 히터 전극 전구체(126)가 매립된 제2 세라믹 성형체(142), 즉 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체(142X)를 얻을 수 있다. 그리고, 이들 세라믹 성형체(141, 142X, 143)를 이용하여 적층 성형체(140)를 제작하고, 이것을 건조, 탈지 및 하소하여 적층 하소체(150)로 한 후, 핫 프레스 소성하여 정전 척(110)을 제작한다[도 3의 (i)∼(k) 참조]. 이 점은 도 2의 (i)∼(k)와 동일하다. 이와 같이 하여도, 전술한 실시형태와 마찬가지로, 정전 전극(114)이나 히터 전극(116)의 단부면이 변형되는 것을 억제할 수 있다.

전술한 실시형태에서 제작된 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체(41X, 43X)를 이용하여, 도 4와 같이 정전 척(10)을 제작하여도 좋다. 즉, 먼저, 이들 세라믹 성형체(41X, 43X)와, 내부 공간이 정전 척(10)에 대해 수축률을 고려한 크기인 통합용 성형 다이(34)를 준비한다[도 4의 (a) 참조]. 그리고, 통합용 성형 다이(34)의 상측 다이의 내면에, 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체(41X)의 전극 형성면과는 반대측의 면을 부착하며, 통합용 성형 다이(34)의 하측 다이의 내면에, 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체(43X)의 전극 형성면과는 반대측의 면을 부착한다[도 4의 (b) 참조]. 다음에, 통합용 성형 다이(34)에 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 유입하고, 겔화제를 화학 반응시켜 세라믹 슬러리를 겔화시킨다. 이에 따라, 제2 세라믹 성형체(42)가 형성되기 때문에, 적층 성형체(40)가 완성된다. 그 후, 이 적층 성형체(40)를 통합용 성형 다이(34)로부터 이형한다[도 4의 (c) 참조]. 적층 성형체(40)를 건조한 후 탈지하고, 또한 하소함으로써, 적층 하소체(50)로 하며[도 4의 (d) 참조], 이 적층 하소체(50)를 핫 프레스 소성함으로써, 정전 척(10)을 얻는다[도 4의 (e) 참조]. 이와 같이 하여도, 전술한 실시형태와 마찬가지로, 정전 전극(14)이나 히터 전극(16)의 단부면이 변형되는 것을 억제할 수 있다.

도 3에 나타낸 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체(142X)를 이용하여, 도 5와 같이 정전 척(110)을 제작하여도 좋다. 즉, 먼저, 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체(142X)와, 내부 공간이 정전 척(110)에 대해 수축률을 고려한 크기인 통합용 성형 다이(36)를 준비한다[도 5의 (a) 참조]. 그리고, 통합용 성형 다이(36)의 내부 공간의 중앙에, 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체(142X)를 부착한다[도 5의 (b) 참조]. 통합용 성형 다이(36)는 2개의 주입구(36a, 36b)를 구비하고 있다. 주입구(36a)는 통합용 성형 다이(36)의 상측 다이와, 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체(142X)에 의해 둘러싸인 공간에 세라믹 슬러리를 주입할 수 있고, 주입구(36b)는 통합용 성형 다이(36)의 하측 다이와, 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체(142X)에 의해 둘러싸인 공간에 세라믹 슬러리를 주입할 수 있다. 다음에, 주입구(36a, 36b)로부터 통합용 성형 다이(36)에 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 유입하고, 겔화제를 화학 반응시켜 세라믹 슬러리를 겔화시킨다. 이에 따라, 제1 및 제3 세라믹 성형체(141, 143)가 형성되기 때문에, 적층 성형체(140)가 완성된다. 그 후, 이 적층 성형체(140)를 통합용 성형 다이(36)로부터 이형한다[도 5의 (c) 참조]. 적층 성형체(140)를 건조한 후 탈지하고, 또한 하소함으로써, 적층 하소체(150)로 하며[도 5의 (d) 참조], 이 적층 하소체(150)를 핫 프레스 소성함으로써, 정전 척(110)을 얻는다[도 5의 (e) 참조]. 이와 같이 하여도, 전술한 실시형태와 마찬가지로, 정전 전극(114)이나 히터 전극(116)의 단부면이 변형되는 것을 억제할 수 있다.

(2) 제2 정전 척 제조법에 관한 실시형태

정전 척(10)의 제조법에 대해서, 도 6을 이용하여 이하에 설명한다. 도 6은 제2 정전 척 제조법의 일례를 나타내는 제조 공정도이다. 이 제조법은 제1 세라믹 성형체(41) 및 제3 세라믹 성형체(43)의 제작 방법이 다른 것 이외에는, 제1 정전 척 제조법과 동일하기 때문에, 이하에는 다른 순서를 중심으로 설명한다.

(2-1) 제1 세라믹 성형체(41)의 제작

먼저, 제1 성형 다이(131)를 준비한다[도 6의 (a) 참조]. 이 제1 성형 다이(131)는 제1 세라믹 하소체(51)에 대해 수축률을 고려한 크기의 내부 공간을 갖고 있지만, 하측 다이의 내면에, 정전 전극 전구체(24)와 같은 형상의 볼록부(131a)가 착탈 불가능하게 형성되어 있다. 이 제1 성형 다이(131)의 내부 공간에, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 유입하고, 겔화제를 화학 반응시켜 세라믹 슬러리를 겔화시킨 후 이형한다. 이에 따라, 정전 전극 전구체(24)에 대응하는 오목부(41a)를 구비한 제1 세라믹 성형체(41)를 얻는다[도 6의 (b) 참조]. 다음에, 이 오목부(41a)에 전극 페이스트를 이용하여 스크린 인쇄함으로써, 정전 전극 전구체(24)를 형성한다. 이에 따라, 정전 전극 전구체(24)가 매립된 제1 세라믹 성형체(41), 즉 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체(41X)를 얻는다[도 6의 (c) 참조].

(2-2) 제2 세라믹 성형체(42)의 제작

도 6의 (d), (e)의 순서는 도 2의 (d), (e)를 이용하여 설명한 제1 정전 척 제조법과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.

(2-3) 제3 세라믹 성형체(43)의 제작

먼저, 제3 성형 다이(133)를 준비한다[도 6의 (f) 참조]. 이 제3 성형 다이(133)는 제3 세라믹 하소체(53)에 대해 수축률을 고려한 크기의 내부 공간[제3 세라믹 하소체(53)보다 약간 큰 내부 공간]을 갖고 있다. 상측 다이의 내면에, 히터 전극 전구체(26)와 같은 형상의 볼록부(133a)가 착탈 불가능하게 형성되어 있다. 이 제3 성형 다이(133)의 내부 공간에, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 유입하고, 겔화제를 화학 반응시켜 세라믹 슬러리를 겔화시킨 후 이형한다. 이에 따라, 히터 전극 전구체(26)에 대응하는 오목부(43a)를 구비한 제3 세라믹 성형체(43)를 얻는다[도 6의 (g) 참조]. 다음에, 이 오목부(43a)에 전극 페이스트를 이용하여 스크린 인쇄함으로써, 히터 전극 전구체(26)를 형성한다. 이에 따라, 히터 전극 전구체(26)가 매립된 제3 세라믹 성형체(43), 즉 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체(43X)를 얻는다[도 6의 (h) 참조].

(2-4) 정전 척(10)의 제작

도 6의 (i)∼(k)의 순서는 도 2의 (i)∼(k)를 이용하여 설명한 제1 정전 척 제조법과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.

(2-5) 효과

이상 상세하게 설명한 정전 척(10)의 제조법에 따르면, 정해진 형상의 정전 전극(14)이나 히터 전극(16)의 단부면이 변형되는 것을 억제할 수 있다. 구체적으로는, 오목부(41a)를 구비한 제1 세라믹 성형체(41)를 제작하고, 그 제1 세라믹 성형체(41)의 오목부(41a)에 정전 전극 전구체(24)를 형성한다. 이때, 제1 세라믹 성형체(41)는 세라믹 분체를 분산시킨 세라믹 슬러리를 겔화하여 제작되기 때문에, 정전 전극 또는 그 전구체의 단부를 깎아 버리는 것을 억제할 수 있으며, 전극 계면에 세라믹 분체가 간극 없이 균일하게 충전되어, 핫 프레스 소성 시에 전극의 변형을 억제할 수 있다고 생각된다. 또한, 정전 전극 전구체(24)는 외부로 돌출해 있는 것이 아니기 때문에, 정전 전극 전구체(24)의 단부가 다른 부재와의 마찰로 변형될 우려는 없다. 이에, 정해진 형상의 정전 전극(14)의 단부면이 변형되는 것을 억제할 수 있다고 생각된다. 이 점은 히터 전극 전구체(26)에 대해서도 마찬가지이다.

(2-6) 다른 실시형태

전술한 실시형태에서는, 제1 세라믹 성형체(41)의 오목부(41a)에 정전 전극 전구체(24)를 형성하고, 제3 세라믹 성형체(43)의 오목부(43a)에 히터 전극 전구체(26)를 형성하였지만, 그 대신에, 도 7에 나타내는 바와 같이, 제2 세라믹 성형체(142)의 상면의 오목부(142a)에 정전 전극 전구체(124)를, 하면의 오목부(142b)에 히터 전극 전구체(126)를 형성하고, 제1 및 제3 세라믹 성형체(141, 143)에는 전극 전구체를 형성하지 않는 것으로 하여도 좋다. 구체적으로는, 도 3의 (a), (b)에 나타낸 공정에 따라 제1 세라믹 성형체(141)를 제작하고[도 7의 (a) 참조], 도 3의 (f), (g)에 나타낸 공정에 따라 제3 세라믹 성형체(143)를 제작한다[도 7의 (e) 참조]. 또한, 제2 성형 다이(132)로서, 상측 다이의 내면에 정전 전극 전구체(124)와 같은 형상의 볼록부(132a)를 착탈 불가능하게 형성하며, 하측 다이의 내면에 히터 전극 전구체(126)와 같은 형상의 볼록부(132b)를 착탈 불가능하게 형성한다[도 7의 (b) 참조]. 이 제2 성형 다이(132)를 이용하여 겔 캐스트법에 따라, 볼록부(132a, 132b)에 대응하는 오목부(142a, 142b)를 갖는 제2 세라믹 성형체(142)를 제작한다[도 7의 (c) 참조]. 그리고, 오목부(142a, 142b)에 전극 페이스트를 스크린 인쇄함으로써, 정전 전극 전구체(124) 및 히터 전극 전구체(126)가 매립된 제2 세라믹 성형체(142), 즉 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체(142X)를 얻는다[도 7의 (d) 참조]. 그 후, 이들 세라믹 성형체(141, 142X, 143)를 이용하여 적층 성형체(140)를 제작하고, 이것을 하소하여 적층 하소체(150)로 한 후, 핫 프레스 소성하여 정전 척(110)을 제작한다[도 7의 (f)∼(h) 참조]. 이 점은 도 2의 (i)∼(k)와 동일하다. 이와 같이 하여도, 전술한 실시형태와 마찬가지로, 정전 전극(114)이나 히터 전극(116)의 단부면이 변형되는 것을 억제할 수 있다.

(3) 제3 정전 척 제조법에 관한 실시형태

정전 척(110)의 제조법에 대해서, 도 8을 이용하여 이하에 설명한다. 도 8은 제3 정전 척 제조법의 일례를 나타내는 제조 공정도이다.

(3-1) 제1 및 제3 세라믹 성형체(141, 143)의 제작

먼저, 도 8의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 제1 세라믹 성형체(141)에 볼록형의 정전 전극 전구체(124)를 형성한 볼록 전극을 갖는 세라믹 성형체(141Y)와, 제3 세라믹 성형체(143)에 볼록형의 히터 전극 전구체(126)를 형성한 볼록 전극을 갖는 세라믹 성형체(143Y)를 제작한다. 전자는, 전술한 도 3의 (a), (b)의 공정을 거쳐 제1 세라믹 성형체(141)를 제작한 후, 그 하면에 전극 페이스트를 스크린 인쇄하여 정전 전극 전구체(124)를 형성함으로써, 제작된다. 후자는, 전술한 도 3의 (f), (g)의 공정을 거쳐 제3 세라믹 성형체(143)를 제작한 후, 그 상면에 전극 페이스트를 스크린 인쇄하여 히터 전극 전구체(126)를 형성함으로써, 제작된다.

(3-2) 적층 성형체(140)의 제작

내부 공간이 정전 척(110)에 대해 수축률을 고려한 크기의 통합용 성형 다이(38)를 준비한다[도 8의 (c) 참조]. 그리고, 통합용 성형 다이(38)의 상측 다이의 내면에, 볼록 전극을 갖는 세라믹 성형체(141Y)의 전극 형성면과는 반대측의 면을 부착하고, 통합용 성형 다이(38)의 하측 다이의 내면에, 볼록 전극을 갖는 세라믹 성형체(143Y)의 전극 형성면과는 반대측의 면을 부착한다[도 8의 (d) 참조]. 다음에, 통합용 성형 다이(38)에 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 유입하고, 겔화제를 화학 반응시켜 세라믹 슬러리를 겔화시킨다. 이에 따라, 제2 세라믹 성형체(142)가 형성되기 때문에, 적층 성형체(140)가 완성된다. 그 후, 이 적층 성형체(140)를 통합용 성형 다이(38)로부터 이형한다[도 8의 (e) 참조].

(3-3) 정전 척(110)의 제작

적층 성형체(140)를 건조한 후 탈지하고, 또한 하소함으로써, 적층 하소체(150)로 한다[도 8의 (f) 참조]. 그리고, 이 적층 하소체(150)를 핫 프레스 소성함으로써, 정전 척(110)을 얻는다[도 8의 (g) 참조].

(3-4) 효과

전술한 정전 척(110)의 제조법에 따르면, 정해진 형상의 정전 전극(114) 및 히터 전극(116)의 단부면이 변형되는 것을 억제할 수 있다. 구체적으로는, 통합용 성형 다이(38)의 내면에, 볼록 전극을 갖는 세라믹 성형체(141Y, 143Y)를 착탈 가능하게 부착한 후, 세라믹 슬러리를 통합용 성형 다이(38)에 유입하여 겔화시킬 때, 반응 초기의 슬러리는 점도가 낮으며 유동성이 높기 때문에 정전 전극(114)이나 히터 전극(116)의 단부면을 깎아 버리는 것을 억제할 수 있으며, 전극 계면에 세라믹 분체가 간극 없이 균일하게 충전되어, 핫 프레스 소성 시에 전극의 변형을 억제할 수 있다고 생각된다.

(3-5) 다른 실시형태

전술한 실시형태에서는, 제1 및 제3 세라믹 성형체(141, 143)를 건조·탈지·하소하지 않고 통합용 성형 다이(38)에 세팅하였지만, 제1 및 제3 세라믹 성형체(141, 143)의 건조·탈지·하소를 어느 단계에서 행할지는 관계없다. 예컨대, 제1 및 제3 세라믹 성형체(141, 143) 중 적어도 하나에 대해, 건조만 행한 후 통합용 성형 다이(38)에 세팅하여도 좋고, 건조·탈지를 행한 후 통합용 성형 다이(38)에 세팅하여도 좋으며, 건조·탈지·하소를 행한 후 통합용 성형 다이(38)에 세팅하여도 좋다. 어떤 경우도, 통합용 성형 다이(38)로부터 꺼낸 후의 적층체에는 건조·탈지·하소가 종료되지 않은 제2 세라믹 성형체(142)가 포함되기 때문에, 적층체에 건조·탈지·하소를 행할 필요가 있다. 또한, 미리 건조·탈지·하소 중 어느 것을 행할 경우, 그 시기는 전극 페이스트를 인쇄하기 전이어도 후라도 좋다.

전술한 실시형태에서는, 통합용 성형 다이(38)의 상측 다이의 내면에 볼록 전극을 갖는 세라믹 성형체(141Y)를, 하측 다이의 내면에, 볼록 전극을 갖는 세라믹 성형체(143Y)를 착탈 가능하게 부착하는 공정이 포함되어 있지만, 그 대신에, 도 9에 나타내는 바와 같이, 통합용 성형 다이(36)(전술)의 내부 공간의 중앙에, 볼록 전극을 갖는 세라믹 성형체(42Y)를 착탈 가능하게 부착하는 공정을 포함하도록 하여도 좋다. 구체적으로는, 도 2의 (d), (e)와 마찬가지로 하여 제작된 제2 세라믹 성형체(42)의 상면 및 하면에 전극 페이스트를 스크린 인쇄하여 정전 전극 전구체(24) 및 히터 전극 전구체(26)를 형성함으로써, 볼록 전극을 갖는 세라믹 성형체(42Y)를 형성하고[도 9의 (a) 참조], 이것을 통합용 성형 다이(36)의 내부 공간의 중앙에 부착한다[도 9의 (b) 참조]. 주입구(36a)는 통합용 성형 다이(36)의 상측 다이와, 볼록 전극을 갖는 세라믹 성형체(42Y)에 의해 둘러싸인 공간에 세라믹 슬러리를 주입할 수 있고, 주입구(36b)는 통합용 성형 다이(36)의 하측 다이와, 볼록 전극을 갖는 세라믹 성형체(42Y)에 의해 둘러싸인 공간에 세라믹 슬러리를 주입 가능하다. 다음에, 주입구(36a, 36b)로부터 세라믹 슬러리를 주입하여 겔화시킴으로써, 제1 및 제3 세라믹 성형체(41, 43)가 형성되기 때문에, 적층 성형체(40)가 완성된다. 그 후, 이 적층 성형체(40)를 통합용 성형 다이(36)로부터 이형한다[도 9의 (c) 참조]. 이 적층 성형체(40)를 건조, 탈지, 하소함으로써, 적층 하소체(50)로 하고[도 9의 (d) 참조], 이 적층 하소체(50)를 핫 프레스 소성함으로써, 정전 척(10)을 얻는다[도 9의 (e) 참조]. 이와 같이 하여도, 전술한 실시형태와 마찬가지로, 정전 전극(14)이나 히터 전극(16)의 단부면이 변형되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 상기 6. (1)∼(3)에서는, 히터 전극을 내장하는 정전 척을 제조하는 방법에 대해서 설명하였지만, 히터 전극 및 제3 세라믹 성형체를 생략하여 제조하면, 히터 전극을 내장하지 않은 정전 척을 제조할 수 있다.

[실시예]

[실시예 1]

도 2에 도시한 방법에 따라, 정전 척을 제작하였다. 먼저, 직경 355 ㎜, 높이 3.0 ㎜의 원반형의 내부 공간을 갖는 제1 성형 다이와, 직경 355 ㎜, 높이 6.0 ㎜의 원반형의 내부 공간을 갖는 제2 성형 다이와, 직경 355 ㎜, 높이 3.0 ㎜의 원반형의 내부 공간을 갖는 제3 성형 다이를 준비하였다.

한편, WC 분말(평균 입자 직경 1.5 ㎛)과 알루미나 분말(평균 입자 직경 0.5 ㎛)을 알루미나 함유량이 20 중량％가 되도록 한 것을 100 중량부, 바인더로서 폴리비닐부티랄을 5 중량부, 용매로서 테르피네올을 20 중량부를 부가하여 혼합함으로써 전극 페이스트를 조제하였다. 제1 성형 다이의 하측 다이의 내면에 전극 페이스트를 직경 290 ㎜, 높이 10 ㎛가 되도록 스크린 인쇄하여, 정전 전극 전구체로 하였다. 또한, 제3 성형 다이의 상측 다이의 내면에 전극 페이스트를 폭 8 ㎜, 높이 50 ㎛의 일필서 형상이 되도록 스크린 인쇄하여, 히터 전극 전구체로 하였다.

알루미나 분말(평균 입자 직경 0.5 ㎛, 순도 99.7％) 100 중량부, 마그네시아 0.04 중량부, 분산제로서 폴리카르복실산계 공중합체 3 중량부, 용매로서 다염기산에스테르 20 중량부를 칭량하고, 이들을 볼 밀(트롬멜)로 14시간 혼합하여, 슬러리 전구체로 하였다. 이 슬러리 전구체에 대하여, 겔화제, 즉 이소시아네이트류로서 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트 3.3 중량부, 폴리올류로서 에틸렌글리콜 0.3 중량부, 촉매로서 6-디메틸아미노-1-헥산올 0.1 중량부를 부가하고, 자공전식 교반기로 12분간 혼합하여, 세라믹 슬러리를 얻었다. 얻어진 세라믹 슬러리를, 정전 전극 전구체가 인쇄된 제1 성형 다이, 인쇄를 실시하지 않은 제2 성형 다이, 히터 전극 전구체가 인쇄된 제3 성형 다이에 각각 유입하였다. 그 후, 22℃에서 2시간 방치함으로써, 각 성형 다이 내에서 겔화제를 화학 반응시켜 세라믹 슬러리를 겔화시킨 후 이형하였다. 이에 따라, 제1 세라믹 성형체에 정전 전극 전구체가 매립된 정전 전극을 갖는 세라믹 성형체와, 전극이 없는 제2 세라믹 성형체와, 제3 세라믹 성형체에 히터 전극 전구체가 매립된 히터 전극을 갖는 세라믹 성형체를 얻었다.

그리고, 이들을, 정전 전극 전구체가 제1 및 제2 세라믹 성형체 사이에 샌드위칭되고, 히터 전극 전구체가 제2 및 제3 세라믹 성형체 사이에 샌드위칭되게 적층하여, 적층 성형체로 하였다. 이 적층 성형체를, 100℃에서 10시간 건조한 후, 최고 온도 500℃에서 10시간 탈지하며, 또한, 아르곤 분위기에서 최고 온도 820℃로 1시간 하소함으로써, 적층 하소체를 얻었다.

이 적층 하소체를 핫 프레스 소성함으로써, 정전 전극 및 히터 전극을 내장한 정전 척을 얻었다. 핫 프레스 소성은 질소 분위기 하, 압력 100 ㎏f/㎠, 최고 온도 1600℃에서 2시간 유지함으로써 행하였다. 얻어진 정전 척은 탄소 함유량이 0.1 중량％ 이하, 상대 밀도가 98％ 이상이었다. 또한, 정전 전극의 단부면은 종단면을 보았을 때, 편평한 수직면[도 1의 각도(θ)가 180°]이며, 변형은 보이지 않았다.

[실시예 2]

도 3에 도시한 방법에 따라, 정전 척을 제작하였다. 먼저, 실시예 1과 동일한 제1∼제3 성형 다이를 준비하였다. 그리고, 제2 성형 다이의 상측 다이의 내면에 전극 페이스트를 스크린 인쇄하여, 실시예 1과 동일한 정전 전극 전구체로 하였다. 또한, 제2 성형 다이의 하측 다이에 전극 페이스트를 스크린 인쇄하여, 실시예 1과 동일한 히터 전극 전구체로 하였다.

계속해서, 실시예 1과 동일한 세라믹 슬러리를, 인쇄를 실시하지 않은 제1 성형 다이, 정전 전극 전구체 및 히터 전극 전구체가 인쇄된 제2 성형 다이, 인쇄를 실시하지 않은 제3 성형 다이에 각각 유입하고, 세라믹 슬러리를 겔화시킨 후 이형하였다. 이에 따라, 전극이 없는 제1 세라믹 성형체와, 제2 세라믹 성형체에 정전 전극 전구체 및 히터 전극 전구체가 매립된 전극을 갖는 세라믹 성형체와, 전극이 없는 제3 세라믹 성형체를 얻었다.

그리고, 이들을, 정전 전극 전구체가 제1 및 제2 세라믹 성형체 사이에 샌드위칭되고, 히터 전극 전구체가 제2 및 제3 세라믹 성형체 사이에 샌드위칭되게 적층하여 적층 성형체로 하였다. 이 적층 성형체를, 실시예 1과 마찬가지로 하여 건조하고, 탈지하며, 하소하였다. 이 적층 하소체를 실시예 1과 같은 조건으로 핫 프레스 소성함으로써, 정전 전극 및 히터 전극을 내장한 정전 척을 얻었다. 얻어진 정전 척은 탄소 함유량이 0.1 중량％ 이하, 상대 밀도가 98％ 이상이었다. 또한, 정전 전극의 단부면은 종단면을 보았을 때 도 1의 각도(θ)가 172°인 팽출면이며, 변형은 거의 보이지 않았다.

[실시예 3]

도 8에 도시한 제3 정전 척 제조법에 따라, 정전 척을 제작하였다. 먼저, 실시예 1과 동일한 제1 및 제3 성형 다이를 준비하며, 적층 성형체에 적당한 크기의 내부 공간을 갖는 통합용 성형 다이를 준비하였다. 그리고, 실시예 1과 동일한 세라믹 슬러리를 제1 및 제3 성형 다이에 유입하고, 세라믹 슬러리를 겔화시킨 후 이형하였다. 이에 따라, 제1 및 제3 세라믹 성형체를 얻었다. 계속해서, 제1 세라믹 성형체의 하면에 전극 페이스트를 스크린 인쇄하여, 볼록형의 정전 전극 전구체를 갖는 제1 세라믹 성형체로 하였다. 또한, 제3 세라믹 성형체의 상면에 전극 페이스트를 스크린 인쇄하여, 볼록형의 히터 전극 전구체를 갖는 제3 세라믹 성형체로 하였다.

다음에, 통합용 성형 다이의 상측 다이의 내면에, 볼록형의 정전 전극 전구체를 갖는 제1 세라믹 성형체의 전극 형성면과는 반대측의 면을 접착하였다. 그와 함께, 하측 다이의 내면에, 볼록형의 히터 전극 전구체를 갖는 제3 세라믹 성형체의 전극 형성면과는 반대측의 면을 접착하였다. 그리고, 통합용 성형 다이에 실시예 1과 동일한 세라믹 슬러리를 유입하고, 겔화제를 화학 반응시켜 세라믹 슬러리를 겔화시켰다. 이에 따라, 제2 세라믹 성형체가 형성되고, 그 결과, 정전 전극 전구체가 제1 및 제2 세라믹 성형체 사이에 샌드위칭되며, 히터 전극 전구체가 제2 및 제3 세라믹 성형체 사이에 샌드위칭된 구조의 적층 복합체가 완성되었다. 그 후, 이 적층 복합체를 통합용 성형 다이로부터 이형하였다.

이 적층 복합체를, 실시예 1과 마찬가지로 하여 건조하고, 탈지하며, 하소하여 적층 하소체로 하였다. 이 적층 하소체를 실시예 1과 같은 조건으로 핫 프레스 소성함으로써, 정전 전극 및 히터 전극을 내장한 정전 척을 얻었다. 얻어진 정전 척은 탄소 함유량이 0.1 중량％ 이하, 상대 밀도가 98％ 이상이었다. 또한, 정전 전극의 단부면은 종단면을 보았을 때 도 1의 각도(θ)가 176°인 팽출면이며, 변형은 거의 보이지 않았다.

[실시예 4]

실시예 3에 있어서, 전극 페이스트를 인쇄하기 전의 제1 및 제3 세라믹 성형체를, 100℃에서 10시간 건조한 후, 최고 온도 500℃에서 10시간 탈지하고, 또한 아르곤 분위기에서 최고 온도 820℃로 1시간 하소함으로써, 제1 및 제3 세라믹 하소체로 한 후, 각각 전극 페이스트를 인쇄한 것 이외에는, 실시예 3과 마찬가지로 하여 정전 척을 제작하였다. 얻어진 정전 척은 탄소 함유량이 0.1 중량％ 이하, 상대 밀도가 98％ 이상이었다. 또한, 정전 전극의 단부면은 종단면을 보았을 때 도 1의 각도(θ)가 176°인 팽출면이며, 변형은 거의 보이지 않았다.

[실시예 5]

도 9에 도시한 제3 정전 척 제조법에 따라, 정전 척을 제작하였다. 먼저, 실시예 1과 동일한 제2 성형 다이를 준비하며, 적층 성형체에 적당한 공간을 갖는 통합용 성형 다이를 준비하였다. 그리고, 실시예 1과 동일한 세라믹 슬러리를 제2 성형 다이에 유입하고, 세라믹 슬러리를 겔화시킨 후 이형하였다. 이에 따라, 제2 세라믹 성형체를 얻었다. 계속해서, 제2 세라믹 성형체의 상면 및 하면에 각각 실시예 1의 전극 페이스트를 스크린 인쇄하여, 볼록형의 정전 전극 전구체 및 볼록형의 히터 전극 전구체를 갖는 제2 세라믹 성형체를 얻었다.

다음에, 통합용 성형 다이에 제2 세라믹 성형체를 내부 공간의 중앙에 배치하였다. 그리고, 통합용 성형 다이의 내부 공간의 빈 스페이스에 실시예 1과 동일한 세라믹 슬러리를 유입하고, 겔화제를 화학 반응시켜 세라믹 슬러리를 겔화시켰다. 이에 따라, 제1 및 제3 세라믹 성형체가 형성되고, 그 결과, 정전 전극 전구체가 제1 및 제2 세라믹 성형체 사이에 샌드위칭되며, 히터 전극 전구체가 제2 및 제3 세라믹 성형체 사이에 샌드위칭된 구조의 적층 복합체가 완성되었다. 그 후, 이 적층 복합체를 통합용 성형 다이로부터 이형하였다.

이 적층 복합체를, 실시예 1과 마찬가지로 하여 건조하고, 탈지하며, 하소하여 적층 하소체로 하였다. 이 적층 하소체를 실시예 1과 같은 조건으로 핫 프레스 소성함으로써, 정전 전극 및 히터 전극을 내장한 정전 척을 얻었다. 얻어진 정전 척은 탄소 함유량이 0.1 중량％ 이하, 상대 밀도가 98％ 이상이었다. 또한, 정전 전극의 단부면은 종단면을 보았을 때 도 1의 각도(θ)가 174°인 팽출면이며, 변형은 거의 보이지 않았다.

[실시예 6]

실시예 5에 있어서, 전극 페이스트를 인쇄하기 전의 제2 세라믹 성형체를, 100℃에서 10시간 건조한 후, 최고 온도 500℃에서 10시간 탈지하고, 또한, 아르곤 분위기에서 최고 온도 820℃로 1시간 하소함으로써, 제2 세라믹 하소체로 한 후, 양면에 전극 페이스트를 인쇄한 것 이외에는, 실시예 5와 마찬가지로 하여 정전 척을 제작하였다. 얻어진 정전 척은 탄소 함유량이 0.1 중량％ 이하, 상대 밀도가 98％ 이상이었다. 또한, 정전 전극의 단부면은 종단면을 보았을 때 도 1의 각도(θ)가 176°인 팽출면이며, 변형은 거의 보이지 않았다.

[비교예 1]

먼저, 유전층이 되는 상부 알루미나 소결체와 하층이 되는 하부 알루미나 소결체를 준비하였다. 상부 알루미나 소결체는 이하와 같이 하여 제작하였다. 즉, 순도 99.7％의 알루미나 분말과 소결 조제(助劑)인 MgO 원료 분말을, MgO의 함유량이 0.04 wt％가 되게 칭량하였다. 이들 원료 분말에 바인더인 폴리비닐알코올(PVA), 물 및 분산제를 첨가하고, 트롬멜로 16시간 혼합하여, 슬러리를 제작하였다. 이 슬러리를 스프레이 드라이어를 이용하여 분무 건조하고, 그 후, 500℃에서 5시간 유지하여 바인더를 제거하여, 평균 약 80 ㎛의 알루미나 조립 과립을 제작하였다. 이 알루미나 조립 과립을 금형에 충전하고, 200 ㎏/㎠의 압력으로 프레스 성형을 행하였다. 계속해서, 이 성형체를 카본제의 새거(sagger)에 세팅하고, 핫 프레스 소성법을 이용하여 소성하였다. 소성은 100 ㎏/㎠의 가압 하, 질소 가압 분위기(150 ㎪)에서 행하며, 300℃/h로 승온시켜, 1600℃에서 2시간 유지하여 유전체층에 상당하는 부분의 알루미나 소결체를 얻었다. 이 알루미나 소결체를 연삭 가공하여, 직경 φ 300 ㎜, 두께 6 ㎜의 원반형의 상부 알루미나 소결체를 제작하였다. 이때의 한쪽 면은 표면 거칠기(Ra)가 0.8 ㎛ 이하인 평활면이 되도록 마무리하였다. 또한, 하부 알루미나 소결체도 이에 준하여 제작하였다. 계속해서, 실시예 1과 동일한 전극 페이스트를, 상부 알루미나 소결체 위에 스크린 인쇄함으로써, 정전 전극 전구체로 하였다. 또한, 하부 알루미나 소결체 위에 스크린 인쇄함으로써, 히터 전극 전구체로 하였다.

계속해서, 금형 내에, 정전 전극 전구체가 형성된 상부 알루미나 소결체를 정전 전극 전구체가 위가 되도록 수용하고, 그 위에, 상부 알루미나 소결체를 제작할 때에 조제된 알루미나 조립 과립을 정해진 양 배치하며, 또 그 위에, 히터 전극 전구체가 형성된 하부 알루미나 소결체를 히터 전극 전구체가 아래가 되도록 배치하였다. 이 상태에서, 상하 압축 방향으로 압력 200 ㎏f/㎠로 가압하여 적층체를 성형하였다. 이 적층체는 정전 전극 전구체가 상부 알루미나 소결체 및 알루미나 조립 과립층 사이에 샌드위칭되고, 히터 전극 전구체가 알루미나 조립 과립층과 하부 알루미나 소결체 사이에 샌드위칭된 구조이다. 이 적층체를, 실시예 1과 마찬가지로 건조·탈지·하소한 후, 핫 프레스 소성함으로써, 정전 전극 및 히터 전극을 내장한 정전 척을 얻었다. 핫 프레스 소성은 실시예 1과 동일한 조건으로 행하였다.

얻어진 정전 척은 탄소 함유량이 0.1 중량％ 이하, 상대 밀도가 98％ 이상이었다. 또한, 정전 전극의 단부면은 종단면을 보았을 때, 선단이 뾰족한 형상[도 1의 각도(θ)가 30°]이었다.

[비교예 2]

먼저, 중간층이 되는 중부 알루미나 소결체를, 비교예 1의 상부 알루미나 소결체에 준하여 제작하였다. 계속해서, 실시예 1과 동일한 전극 페이스트를, 중부 알루미나 소결체의 상하 양면에 스크린 인쇄함으로써, 각각 정전 전극 전구체, 히터 전극 전구체로 하였다.

계속해서, 금형 내에, 중부 알루미나 소결체를 제작할 때에 조제된 알루미나 조립 과립을 미리 정해진 양만큼 부설하고, 그 위에, 정전 전극 전구체가 하향, 히터 전극 전구체가 상향이 되도록 중부 알루미나 소결체를 배치하며, 또 그 위에, 미리 정해진 양의 알루미나 조립 과립을 배치하였다. 이 상태에서, 상하 압축 방향으로 압력 200 ㎏f/㎠로 가압하여 적층체를 성형하였다. 이 적층체는 정전 전극 전구체가 한쪽 알루미나 조립 과립층 및 중부 알루미나 소결체 사이에 샌드위칭되고, 히터 전극 전구체가 중부 알루미나 소결체 및 다른쪽 알루미나 조립 과립층 사이에 샌드위칭된 구조이다. 이 적층체를, 실시예 1과 마찬가지로 건조·탈지·하소한 후, 핫 프레스 소성함으로써, 정전 전극 및 히터 전극을 내장한 정전 척을 얻었다. 핫 프레스 소성은 실시예 1과 동일한 조건으로 행하였다.

얻어진 정전 척은 탄소 함유량이 0.1 중량％ 이하, 상대 밀도가 98％ 이상이었다. 또한, 정전 전극의 단부면은 종단면을 보았을 때 선단이 뾰족한 형상[도 1의 각도(θ)가 20°]이었다.

본 출원은 2011년 3월 30일에 출원된 일본 특허 출원 제2011-075445호를 우선권 주장의 기초로 하고 있으며, 인용에 의해 그 내용의 전부가 본 명세서에 포함된다.

Claims

정해진 형상의 정전 전극 전구체를 샌드위칭하여 한쌍의 세라믹 하소체를 중합시킨 적층 하소체를 핫 프레스 소성함으로써 정전 척을 제작하는 정전 척의 제조법에 있어서,
(a) 도전 재료와 세라믹 분말과 바인더와 용매를 포함하는 전극 페이스트를 제1 성형 다이의 내면에 착탈 가능하게 인쇄하여 상기 정전 전극 전구체를 제작해서, 상기 제1 성형 다이에, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 유입하며, 상기 겔화제를 화학 반응시켜 상기 세라믹 슬러리를 겔화시킨 후 이형(離型)함으로써, 제1 세라믹 성형체에 상기 정전 전극 전구체가 매립된 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체를 제작하는 공정과,
(b) 제2 세라믹 성형체를 제작하는 공정과,
(c) 상기 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체와 상기 제2 세라믹 성형체를 이용하여 상기 적층 하소체를 제작해서, 그 적층 하소체를 핫 프레스 소성함으로써, 정전 전극의 단부면이, 종단면을 보았을 때, 편평한 면이거나 또는 팽출면이며, 그 팽출면의 상측 코너와 팽출 선단과 하측 코너를 연결한 각도(θ)가 160°≤θ<180°인 정전 척을 얻는 공정을 포함하고,
상기 제1 세라믹 성형체와 상기 제2 세라믹 성형체는 동일한 성분의 세라믹 슬러리로 만들어진 것인, 정전 척의 제조법.
제1항에 있어서, 상기 공정 (b)에서는, 제2 성형 다이에, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 유입하고, 상기 겔화제를 화학 반응시켜 상기 세라믹 슬러리를 겔화시킨 후 이형함으로써, 상기 제2 세라믹 성형체를 제작하는 것인 정전 척의 제조법.
제1항에 있어서, 상기 공정 (b)에서는, 통합용 성형 다이를 준비하고, 상기 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체의 전극 형성면과는 반대측의 면을 상기 통합용 성형 다이의 내면에 착탈 가능하게 부착하며, 그 후, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 상기 통합용 성형 다이에 유입하고, 상기 겔화제를 화학 반응시켜 상기 세라믹 슬러리를 겔화시킴으로써 상기 제2 세라믹 성형체를 제작하며,
상기 공정 (c)에서는, 상기 통합용 성형 다이로부터, 상기 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체와 상기 제2 세라믹 성형체가 적층된 적층 복합체를 꺼내서, 그 적층 복합체를 하소하여 상기 적층 하소체를 제작하는 것인 정전 척의 제조법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정 (a)에서는, 상기 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체를 하소하여 매립 전극을 갖는 세라믹 하소체로 하고,
상기 공정 (b) 이후, 상기 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체 대신에, 상기 매립 전극을 갖는 세라믹 하소체를 이용하는 것인 정전 척의 제조법.
정해진 형상의 정전 전극 전구체를 샌드위칭하여 한쌍의 세라믹 하소체를 중합시킨 적층 하소체를 핫 프레스 소성함으로써 정전 척을 제작하는 정전 척의 제조법에 있어서,
(a) 상기 정전 전극 전구체와 같은 형상의 볼록부가 내면에 착탈 불가능하게 형성된 제1 성형 다이에, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 유입하고, 상기 겔화제를 화학 반응시켜 상기 세라믹 슬러리를 겔화시킨 후 이형함으로써, 상기 볼록부에 대응하는 오목부를 구비한 제1 세라믹 성형체를 제작하며, 상기 오목부에, 상기 정전 전극 전구체로서, 도전 재료와 세라믹 분말과 바인더와 용매를 포함하는 전극 페이스트를 인쇄함으로써 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체를 제작하는 공정과,
(b) 제2 세라믹 성형체를 제작하는 공정과,
(c) 상기 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체와 상기 제2 세라믹 성형체를 이용하여 상기 적층 하소체를 제작해서, 그 적층 하소체를 핫 프레스 소성함으로써, 정전 전극의 단부면이, 종단면을 보았을 때, 편평한 면이거나 또는 팽출면이며 그 팽출면의 상측 코너와 팽출 선단과 하측 코너를 연결한 각도(θ)가 160°≤θ<180°인 정전 척을 얻는 공정을 포함하고,
상기 제1 세라믹 성형체와 상기 제2 세라믹 성형체는 동일한 성분의 세라믹 슬러리로 만들어진 것인, 정전 척의 제조법.
제5항에 있어서, 상기 공정 (b)에서는, 제2 성형 다이에, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 유입하고, 상기 겔화제를 화학 반응시켜 상기 세라믹 슬러리를 겔화시킨 후 이형함으로써, 상기 제2 세라믹 성형체를 제작하는 것인 정전 척의 제조법.
제5항에 있어서, 상기 공정 (b)에서는, 통합용 성형 다이를 준비하고, 상기 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체의 전극 형성면과는 반대측의 면을 상기 통합용 성형 다이의 내면에 착탈 가능하게 부착하며, 그 후, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 상기 통합용 성형 다이에 유입하고, 상기 겔화제를 화학 반응시켜 상기 세라믹 슬러리를 겔화시킴으로써 상기 제2 세라믹 성형체를 제작하며,
상기 공정 (c)에서는, 상기 통합용 성형 다이로부터, 상기 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체와 상기 제2 세라믹 성형체가 적층된 적층 복합체를 꺼내서, 그 적층 복합체를 하소하여 상기 적층 하소체를 제작하는 것인 정전 척의 제조법.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정 (a)에서는, 상기 오목부에 상기 정전 전극 전구체를 형성하기 전 또는 후에 상기 제1 세라믹 성형체를 하소함으로써, 매립 전극을 갖는 세라믹 하소체를 얻고,
상기 공정 (b) 이후, 상기 매립 전극을 갖는 세라믹 성형체 대신에, 상기 매립 전극을 갖는 세라믹 하소체를 이용하는 것인 정전 척의 제조법.
정해진 형상의 정전 전극 전구체를 샌드위칭하여 한쌍의 세라믹 하소체를 중합시킨 적층 하소체를 핫 프레스 소성함으로써 정전 척을 제작하는 정전 척의 제조법에 있어서,
(a) 제1 세라믹 성형체를 제작해서, 그 제1 세라믹 성형체의 표면에, 상기 정전 전극 전구체로서, 도전 재료와 세라믹 분말과 바인더와 용매를 포함하는 전극 페이스트를 인쇄함으로써, 볼록 전극을 갖는 세라믹 성형체를 얻는 공정과,
(b) 통합용 성형 다이의 내면에, 상기 볼록 전극을 갖는 세라믹 성형체의 전극 형성면과는 반대측의 면을 착탈 가능하게 부착하며, 그 후, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 상기 통합용 성형 다이에 유입하고, 상기 겔화제를 화학 반응시켜 상기 세라믹 슬러리를 겔화시킴으로써 제2 세라믹 성형체를 제작하며, 그 후 이형함으로써 상기 볼록 전극을 갖는 세라믹 성형체와 상기 제2 세라믹 성형체와의 적층 복합체를 얻는 공정과,
(c) 상기 적층 복합체를 이용하여 상기 적층 하소체를 제작해서, 그 적층 하소체를 핫 프레스 소성함으로써, 정전 전극의 단부면이, 종단면을 보았을 때, 편평한 면이거나 또는 팽출면이며 그 팽출면의 상측 코너와 팽출 선단과 하측 코너를 연결한 각도(θ)가 160°≤θ<180°인 정전 척을 얻는 공정을 포함하고,
상기 제1 세라믹 성형체와 상기 제2 세라믹 성형체는 동일한 성분의 세라믹 슬러리로 만들어진 것인, 정전 척의 제조법.
제9항에 있어서, 상기 공정 (a)에서는, 제1 성형 다이에, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 유입하고, 상기 겔화제를 화학 반응시켜 상기 세라믹 슬러리를 겔화시킨 후 이형함으로써, 상기 제1 세라믹 성형체를 제작하는 것인 정전 척의 제조법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 공정 (a)에서는, 상기 표면에 상기 정전 전극 전구체를 형성하기 전 또는 후에 상기 제1 세라믹 성형체를 하소함으로써, 볼록 전극을 갖는 세라믹 하소체를 얻고,
상기 공정 (b) 이후, 상기 볼록 전극을 갖는 세라믹 성형체 대신에, 상기 볼록 전극을 갖는 세라믹 하소체를 이용하는 것인 정전 척의 제조법.
제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제7항, 제9항, 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 분체는 평균 입자 직경이 0.4∼0.6 ㎛인 것인 정전 척의 제조법.
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