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CN113903698A - 陶瓷结构、静电吸盘以及基板固定装置 - Google Patents

陶瓷结构、静电吸盘以及基板固定装置 Download PDF

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CN113903698A
CN113903698A CN202110766189.5A CN202110766189A CN113903698A CN 113903698 A CN113903698 A CN 113903698A CN 202110766189 A CN202110766189 A CN 202110766189A CN 113903698 A CN113903698 A CN 113903698A
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CN
China
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tungsten
ceramic structure
ceramic
base
Prior art date
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Application number
CN202110766189.5A
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Inventor
峰村知刚
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Shinko Electric Industries Co Ltd
Original Assignee
Shinko Electric Industries Co Ltd
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Publication date
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Abstract

本公开涉及一种陶瓷结构、静电吸盘以及基板固定装置，该陶瓷结构包括基体以及具有与基体直接接触的部分的热电装置。基体是由氧化铝构成的陶瓷。热电装置包括导体部，该导体部是以钨铼合金作为主要成分并且包括氧化镍、氧化铝和二氧化硅的烧结体。

Description

陶瓷结构、静电吸盘以及基板固定装置
技术领域
本发明涉及一种陶瓷结构、静电吸盘以及基板固定装置。
背景技术
在现有技术中，在制造半导体装置时使用的成膜设备和等离子体蚀刻设备各自具有用于将晶片精确保持在真空处理室内的平台。例如，作为平台，提出了一种构造成通过安装在底板上的静电吸盘来吸附并且保持晶片的基板固定装置。
存在一种静电吸盘，该静电吸盘具有提供用于晶片温度调节的发热元件的结构。在这种情况下，例如，将热电偶埋入静电吸盘中，并且基于由热电偶检测到的静电吸盘的温度来控制发热元件，从而执行晶片的温度调节(例如，参考日本专利文献JP-A-2000-286331)。
然而，在许多情况下，烧结助剂(例如，二氧化硅、氧化镁、氧化钙、氧化钇等)通常包括在氧化铝陶瓷中。在包括烧结助剂的陶瓷中，绝缘电阻值可能会随使用环境的温度上升而降低。因此，需要不包括烧结助剂并且具有小的温度依赖性的绝缘电阻的氧化铝陶瓷。然而，由于在烧结期间不存在成为液相的烧结助剂，因此在诸如静电吸盘等陶瓷结构中，无法获得构成基体的陶瓷与诸如热电偶等热电装置之间的粘合性(接合强度)。
发明内容
本公开的非限制性实施例的方面是提供一种陶瓷结构，其中提高了陶瓷和热电装置之间的粘合性。
本公开的某些非限制性实施例的各方面解决了上文讨论的问题和/或上文未描述的其他问题。然而，非限制性实施例的各方面不需要解决上述所有问题，并且本公开的非限制性实施例的各方面可以解决上述未提及的问题。
根据本公开的一个方面，提供了一种陶瓷结构，该陶瓷结构包括：
基体；以及
热电装置，其具有与基体直接接触的部分，
其中，基体是由氧化铝构成的陶瓷，并且
其中，热电装置包括导体部，该导体部是以钨铼合金作为主要成分并且包括氧化镍、氧化铝和二氧化硅的烧结体。
根据所公开的技术，能够提供提高了陶瓷和热电装置之间的粘合性的陶瓷结构。
附图说明
将基于以下附图对本发明的一个或多个示例性实施例进行详细描述，其中：
图1A和图1B是示出根据第一实施例的基板固定装置的简化图；
图2A至图2C是示出根据第一实施例的基板固定装置的制造过程的图；
图3A至图3C是示出根据第一实施例的基板固定装置的制造过程的图；
图4A和图4B示出了根据第二实施例的热电部件；
图5示出了热电偶的样品的图案；
图6A和图6B示出了热电偶的每个样品的电动势；
图7示出了样品300C的+支腿的截面上的EPMA(电子探针显微分析仪)分析结果；
图8示出了样品300C的-支腿的截面上的EPMA分析结果；并且
图9A和图9B示出了对样品300C的+支腿和-支腿的XRD(X射线衍射仪)分析结果。
具体实施方式
以下，将参照附图对本发明的实施例进行描述。在各个附图中，相同的构成部分用相同的附图标记表示，并且可以省略重复描述。
<第一实施例>
[基板固定装置的结构]
图1A是示出根据第一实施例的基板固定装置的简化图，其中图1A为截面图，并且图1B为仅示出热电偶的局部放大图。
参照图1A，基板固定装置1包括底板10、粘合层20、静电吸盘30和控制单元40作为主要构成元件。基板固定装置1是构造成通过安装在底板10的一个表面10a上的静电吸盘30来吸附并且保持作为吸附对象的基板(晶片等)的装置。
底板10是用于安装静电吸盘30的构件。底板10的厚度例如为约20mm至40mm。例如，底板10由诸如铝和超硬合金等金属材料、金属材料与陶瓷材料的复合材料等形成，并且能够用作控制等离子体的电极。例如，从易于获得、容易加工、导热性良好等观点来看，可以有利使用这样的底板：使用铝或者铝合金并且底板的表面被执行防蚀铝处理(形成绝缘层)。
例如，通过向底板10供给预定的高频电力，能够控制能量来使产生的等离子体状态的离子与吸附在静电吸盘30上的基板碰撞，并且能够有效执行蚀刻处理。
在底板10中，可以设置用于引入惰性气体的气体供给路径，该惰性气体用于对吸附在静电吸盘30上的基板进行冷却。当将诸如He和Ar等惰性气体从基板固定装置1的外部引入气体供给路径中，并且将惰性气体供给至吸附在静电吸盘30上的基板的背面时，可以冷却基板。
在底板10中，可以设置冷却剂流动路径。例如，冷却剂流动路径是形成在底板10中的环形孔。例如，将诸如冷却水和热传导液(GALDEN)等冷却剂从基板固定装置1的外部引入至冷却剂流动路径中。冷却剂在冷却剂流动路径中循环以冷却底板10，从而冷却吸附在静电吸盘30上的基板。
静电吸盘30是构造成用于吸附并且保持作为吸附对象的基板的陶瓷结构。静电吸盘30的平面形状根据基板的形状而形成，并且例如为圆形。作为静电吸盘30的吸附对象的基板的直径例如为8英寸、12英寸或18英寸。
注意的是，“从上面观察”的描述是指沿底板10的一个表面10a的法线方向观察对象，并且平面形状是指沿底板10的一个表面10a的法线方向观察到的形状。
静电吸盘30经由粘合层20固定在底板10上。作为粘合层20，例如，可以使用硅基粘合剂。粘合层20的厚度可以例如为约0.1mm至2.0mm。粘合层20的热导率优选为2W/mK以上。粘合层20可以形成为一层，但是优选形成为具有两层结构，该两层结构中将具有高热导率的粘合剂和具有低弹性模量的粘合剂结合。由此，可以获得减少由于陶瓷静电吸盘30与铝底板10之间的热膨胀系数的不同而产生的应力的效果。注意的是，静电吸盘30还可以通过螺钉固定至底板10。
静电吸盘30是具有基体31、静电电极32、发热元件33和热电偶34作为主要构成元件的陶瓷结构。基体31的上表面是放置有吸附对象的放置面31a。例如，静电吸盘30是Johnson-Rahbek型静电吸盘。然而，静电吸盘30还可以是库仑力型的静电吸盘。
基体31是电介质体。具体地，基体31是由氧化铝(Al2O3)构成的陶瓷。如本文所用的，“由氧化铝构成的陶瓷”是指不添加有除氧化铝之外的无机成分的陶瓷。基体31的厚度例如为约5mm至10mm，并且基体31的比介电常数(1kHz)例如为约9至10。
基体31的氧化铝的纯度优选为99.5％以上。99.5％以上的纯度表明没有添加烧结助剂。此外，纯度为99.5％以上是指在制造过程等期间可能包括非预期的杂质。基体31相对于氧化铝的相对密度优选为97％以上。基体31的氧化铝的平均粒径优选为1.0μm以上并且3.0μm以下。例如，平均粒径可以使用激光衍射/散射光装置进行测量。
静电电极32是薄膜电极，并且埋入基体31中。静电电极32与设置在基板固定装置1外部的电源相连接，并且配置成从电源施加预定电压，从而通过静电电极和吸附对象之间的静电产生吸附力(库仑力)。由此，基板能够吸附并且保持在基体31的放置面31a上。施加至静电电极32的电压越高，吸附保持力越强。静电电极32可以具有单极形状或者双极形状。静电电极32的材料优选为以钨(W)作为主要成分并且包括氧化镍(NiO)、氧化铝(Al2O3)和二氧化硅(SiO2)的烧结体。
发热元件33埋入基体31中，并且通过布线(未示出)与控制单元40电连接。发热元件33构造成当从控制单元40向发热元件33施加电压时产生热量，从而将基体31的放置面31a加热至预定温度。例如，发热元件33可以将基体31的放置面31a加热至约250℃至300℃。作为发热元件33的材料，可以使用例如铜(Cu)、钨(W)、镍(Ni)等。
热电偶34是构造成检测基体31的温度的热电装置，并且至少部分埋入基体31中。具体地，热电偶34具有与基体31接触的部分。热电偶34具有第一导体部341、第二导体部342、第一导线部343和第二导线部344。第一导体部341和第二导体部342各自具有基本L形，并且埋入基体31中。第一导体部341和第二导体部342由基体31覆盖。第一导体部341的一端和第二导体部342的一端彼此接合以形成温度测量接触点34c。
第一导体部341具有第一水平部341a和第一竖直部341b，第一水平部341a沿与放置面31a平行的方向延伸并且一端为温度测量接触点34c，第一竖直部341b从第一水平部341a的另一端沿与放置面31a垂直的方向延伸并且具有从基体31露出的端部。第一水平部341a和第一竖直部341b由相同材料一体形成。第一竖直部341b的截面形状例如为圆形。在这种情况下，第一竖直部341b的直径可以形成为大于第一水平部341a的宽度。
第二导体部342具有第二水平部342a和第二竖直部342b，第二水平部342a沿与放置面31a平行的方向延伸并且一端为温度测量接触点34c，第二竖直部342b从第二水平部342a的另一端沿与放置面31a垂直的方向延伸并且具有从基体31露出的端部。第二水平部342a和第二竖直部342b由相同材料一体形成。第二竖直部342b的截面形状例如为圆形。在这种情况下，第二竖直部342b的直径可以形成为大于第二水平部342a的宽度。
在图1B中，当沿放置面31a的法线方向观察时，第一水平部341a和第二水平部342a接合成直线状。然而，这仅是一个示例。当沿放置面31a的法线方向观察时，第一水平部341a和第二水平部342a可以结合成具有任意角度。此外，当沿放置面31a的法线方向观察时，第一水平部341a和第二水平部342a可以各自具有弯曲或弧形部分。
例如，第一水平部341a和第二水平部342a可以布置在沿基体31的厚度方向与静电电极32和发热元件33不同的位置(基体31中的不同平面)。
注意的是，如本文所用的“平行于放置面31a”和“垂直于放置面31a”不仅包括“严格平行于放置面31a”和“严格垂直于放置面31a”的情况，而且包括“基本平行于放置面31a”和“基本垂直于放置面31a”的情况。“基本平行于放置面31a”的情况包括与“严格平行于放置面31a”的情况有约±10°的偏差的情况。类似地，“基本垂直于放置面31a”的情况包括与“严格垂直于放置面31a”的情况有约±10°的偏差的情况。
第一导线部343的一端与基体31中的第一导体部341的另一端(第一竖直部341b的端部)接合，并且第一导线部343的另一端延伸至基体31的外部。延伸至基体31的外部的第一导线部343穿过粘合层20插入至形成在底板10中的通孔10x中，使得第一导线部343的另一端与布置在底板10的另一表面10b侧的控制单元40电连接。注意的是，绝缘材料优选布置在通孔10x的内壁和第一导线部343之间。
第二导线部344的一端与基体31中的第二导体部342的另一端(第二竖直部342b的端部)接合，并且第二导线部344的另一端延伸至基体31的外部。延伸至基体31的外部的第二导线部344穿过粘合层20插入至形成在底板10中的通孔10y中，使得第二导线部344的另一端与布置在底板10的另一表面10b侧的控制单元40电连接。注意的是，绝缘材料优选布置在通孔10y的内壁和第二导线部344之间。
第一导体部341由具有预定电阻温度系数的材料形成。第二导体部342也由具有与第一导体部341不同的电阻温度系数的材料形成。因此，热电偶34可以通过温度测量接触点34c(作为第一导体部341与第二导体部342之间的连接部)与第一导体部341的另一端和第二导体部342的另一端之间的温差而产生热电动势。作为第一导线部343和第二导线部344的材料，例如可以使用铜等。
第一导体部341和第二导体部342的材料优选为各自具有高于基体31的烧结温度(约1500℃)的熔点的导电材料。因此，第一导体部341和第二导体部342可以与基体31共烧结。作为具有高于基体31的烧结温度的熔点的导电材料，可以举出以下材料。
第一导体部341是以钨(W)铼(Re)合金(Re：5wt％(重量百分比))作为主要成分并且包括氧化镍(NiO)、氧化铝(Al2O3)和二氧化硅(SiO2)的烧结体。第二导体部342是以钨(W)铼(Re)合金(Re：26wt％)作为主要成分并且包括氧化镍(NiO)、氧化铝(Al2O3)和二氧化硅(SiO2)的烧结体。
在第一导体部341和第二导体部342的每一个中，钨的平均粒径优选为0.5μm以上并且3.0μm以下。铼的平均粒径优选为1.5μm以上并且4.5μm以下。
氧化镍的添加量相对于钨优选为0.2wt％以上并且1.0wt％以下。氧化镍的平均粒径优选为5.0μm以上并且15.0μm以下。
氧化铝的添加量相对于钨优选为0.2wt％以上并且3.0wt％以下。氧化铝的平均粒径优选为0.1μm以上并且4.0μm以下。
二氧化硅的添加量相对于钨优选为0.2wt％以上并且3.0wt％以下。二氧化硅的平均粒径优选为0.1μm以上并且12.0μm以下。
第一导体部341和第二导体部342中各自包括的钨的成分仅存在于第一导体部341和第二导体部342中，并且不存在于基体31中。另外，第一导体部341和第二导体部342中各自包括的铼的成分仅存在于第一导体部341和第二导体部342中，并且不存在于基体31中。此外，第一导体部341和第二导体部342中各自包括的镍的成分仅存在于第一导体部341和第二导体部342中，并且不存在于基体31中。
相反，第一导体部341和第二导体部342中各自包括的铝的成分存在于第一导体部341和第二导体部342中以及基体31中。另外，第一导体部341和第二导体部342中各自包括的硅的成分存在于第一导体部341和第二导体部342中以及基体31中。
特别地，在构成基体31的陶瓷中，硅的成分仅存在于距构成基体31的陶瓷与构成热电偶的第一导体部341和第二导体部342之间的边界为20μm的范围内。在该范围内，形成铝硅复合氧化物层(莫来石层、硅线石层、或者莫来石层和硅线石层的混合层)。因此，由于硅的成分不会扩散到复合氧化物层之外，所以能够减少构成基体31的陶瓷的特性劣化的顾虑。注意的是，复合氧化物层的范围可以通过添加至导电膏中的氧化铝和二氧化硅的添加量而变化。
注意的是，图1A示出了基板固定装置1具有一个热电偶34的示例。然而，基板固定装置1可以具有多个热电偶34。因此，能够精确执行基体31的温度控制。在这种情况下，热电偶34可以沿基体31的厚度方向布置在不同位置中。
控制单元40具有的功能为基于从热电偶34获得的热电动势来计算基体31的温度，并且控制施加至发热元件33的电压以将基体31的放置面31a调节至预定温度。例如，控制单元40可以包括CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)等。例如，控制单元40可以安装在基板上并固定至底板10。
[基板固定装置的制造方法]
图2A至图3C示例性说明了根据第一实施例的基板固定装置的制造过程。参照图2A至图3C对基板固定装置1的制造过程进行描述。
首先，在图2A所示的过程中，制造多个(例如，此处为五个)生片311、312、313、314和315。生片311、312和313的将形成热电偶34的部分形成有通孔。注意的是，例如，形成在生片311、312和313中的通孔在烧结后可以形成为具有约50μm至300μm的直径。
注意的是，生片311、312、313、314和315各自由作为陶瓷材料的氧化铝和有机材料制成，并且不包括烧结助剂。通过去除有机成分以及烧结和致密化陶瓷材料，将生片311、312、313、314和315形成为图1A所示的基体31。
随后，在生片312的一个表面形成烧结后将成为发热元件33的金属膏33P，并且在生片314的一个表面形成烧结后将成为静电电极32的金属膏32P，以便成为图1A所示的图案。此外，在生片311、312的通孔中以及生片313的一个表面和通孔中形成烧结后将成为第一导体部341和第二导体部342的金属膏341P和342P，以便成为图1A所示的图案。
例如，金属膏341P是以钨(W)铼(Re)合金(Re：5wt％)作为主要成分并且包括混合的氧化镍(NiO)、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)和有机材料的材料。例如，金属膏342P是以钨(W)铼(Re)合金(Re：26wt％)作为主要成分并且包括混合的氧化镍(NiO)、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)和有机材料的材料。
在金属膏341P和342P的每一个中，氧化镍的添加量相对于钨优选为0.2wt％以上并且1.0wt％以下。氧化镍优选添加0.2wt％以上以便提高钨和铼的烧结性。注意的是，当添加的氧化镍大于1.0wt％时，钨的晶体会变得过大，使得无法获得与基体31的充分粘合。当对导电膏和生片进行共烧结时，钨的平均粒径优选为0.5μm以上并且3.0μm以下。类似地，氧化镍的平均粒径优选为5.0μm以上并且15.0μm以下。
氧化铝的添加量相对于钨优选为0.2wt％以上并且3.0wt％以下。氧化铝优选添加0.2wt％以上以便提高热电偶34和由氧化铝的陶瓷制成的基体31之间的粘合性。注意的是，当添加的氧化铝大于3.0wt％时，烧结性降低并且电阻率增加。当对导电膏和生片进行共烧结时，氧化铝的平均粒径优选为0.1μm以上并且4.0μm以下。
二氧化硅的添加量相对于钨优选为0.2wt％以上并且3.0wt％以下。二氧化硅优选添加0.2wt％以上以便在烧结期间成为液相，并且提高钨和铼的烧结性以及与基体31的粘合性。注意的是，当添加的二氧化硅大于3.0wt％时，烧结性和粘合性降低并且电阻率增加。当对导电膏和生片进行共烧结时，二氧化硅的平均粒径优选为0.1μm以上并且12.0μm以下。
例如，金属膏32P、33P、341P和342P可以通过丝网印刷法形成。注意的是，形成在生片313的一个表面上的金属膏341P和342P可以形成为例如使得烧结后的厚度为约10μm至30μm，并且烧结后的宽度为约50μm至300μm。
随后，在图2B所示的过程中，制造了将在图2A所示的过程中制造的生片311、312、313、314和315依次堆叠而成的堆叠体。
然后，在图2C所示的过程中，准备第一导线部343和第二导线部344。然后，将第一导线部343的一端插入至填充在图2B所示的堆叠体的生片311的通孔中的金属膏341P中，并且将第二导线部344的一端插入至填充在生片311的通孔中的金属膏342P中。例如，第一导线部343和第二导线部344可以各自形成为具有约50μm至300μm的导线直径。
随后，在图3A所示的过程中，对图2C所示的堆叠体进行烧结，使生片311、312、313、314和315成为一体，从而形成基体31。此外，静电电极32、发热元件33、第一导体部341和第二导体部342由金属膏32P、33P、341P和342P形成。另外，第一导体部341和第一导线部343彼此接合，并且第二导体部342和第二导线部344彼此接合。通过上述过程，完成静电吸盘30。例如，堆叠体的烧结可以在常压下执行。注意的是，烧结后的静电吸盘30的体积与烧结前的体积相比减少了百分之几十。
随后，在图3B所示的过程中，准备形成有通孔10x和10y的底板10，并且在底板10的一个表面10a上形成粘合层20(尚未固化)。然后，在将图3A中完成的静电吸盘30的第一导线部343插入至通孔10x中，并且将第二导线部344插入至通孔10y时，将静电吸盘30隔着粘合层20布置在底板10的一个表面10a上，并且使粘合层20固化。
随后，在图3C所示的过程中，将例如安装在基板(未示出)上的控制单元40固定至底板10的另一表面10b侧。此时，第一导线部343的另一端和第二导线部344的另一端通过使用焊接等与控制单元40电连接。通过这种方式，完成了静电吸盘30隔着粘合层20安装在底板10的一个表面10a上的基板固定装置1。
如上所述，在基板固定装置1的静电吸盘30中，基体31是由氧化铝(Al2O3)制成的陶瓷，并且具有热电偶34。作为热电偶34的一个支腿的第一导体部341是以钨(W)铼(Re)合金(Re：5wt％)作为主要成分的烧结体。作为另一支腿的第二导体部342是以钨(W)铼(Re)合金(Re：26wt％)作为主要成分的烧结体。此外，热电偶34的每个支腿包括氧化镍(NiO)、氧化铝(Al2O3)和二氧化硅(SiO2)。
通过将氧化镍添加至将成为热电偶34的各个支腿的导电膏，在不显著降低热电偶34的电动势的情况下，提高了构成热电偶34的导体中的钨和铼的烧结性。注意的是，电动势越高，则热电偶可以更精确测量温度。电动势由材料的组合所确定。在现有技术中，考虑到当其它成分与以钨(W)和铼(Re)作为主要成分的热电偶混合时，电动势降低。因此，没有将其它成分添加到将成为热电偶的导电膏中。本发明人新近发现，即使当氧化镍等添加至钨和铼中时，热电偶的电动势也没有显著降低。
此外，当氧化铝和二氧化硅添加至将成为热电偶34的每个支腿的导电膏中时，构成基体31的陶瓷与钨之间的粘合性(即，基体31与热电偶34之间的粘合性)提高。因此，由于不需要使用烧结助剂，因此能够减少构成基体31的陶瓷的特性劣化的顾虑。具体地，例如，当含有烧结助剂时，随着使用环境温度的上升，陶瓷的绝缘电阻的温度依赖性增加并且体积电阻率显著降低。然而，未使用烧结助剂，使得能够抑制由于使用环境的温度上升而引起的体积电阻率的降低。
此外，钨的成分和氧化镍的成分不存在于构成基体31的陶瓷中，而仅存在于热电偶34的每个支腿中。氧化铝成分和二氧化硅成分均存在于构成基体31的陶瓷中和热电偶34的每个支腿中。具体地，在构成基体31的陶瓷中，二氧化硅成分仅存在于距构成基体31的陶瓷与热电偶34的每个支腿之间的边界为20μm的范围内。在该范围中，形成了铝硅复合氧化物层(莫来石层、硅线石层或者莫来石层和硅线石层的混合层)。因此，由于Si成分不会扩散到复合氧化物层之外，所以能够减少构成基体31的陶瓷的特性劣化的顾虑。注意的是，复合氧化物层的范围可以通过添加至导电膏中的氧化铝和二氧化硅的添加量而变化。
此外，静电电极32优选为以钨(W)作为主要成分并且包括氧化镍(NiO)、氧化铝(Al2O3)和二氧化硅(SiO2)的烧结体。
通过向将成为静电电极32的导电膏中添加氧化镍，提高了构成静电电极32的导电体中的钨的烧结性。另外，通过向将成为静电电极32的导电膏中添加氧化铝和二氧化硅，提高了构成基体31的陶瓷与钨之间的粘合性。因此，由于不需要使用烧结助剂，因此能够减少构成基体31的陶瓷的特性劣化的顾虑。
此外，构成基体31的陶瓷的氧化铝的纯度优选为99.5％以上。因此，在基体31中，绝缘电阻的温度依赖性降低，并且能够抑制由于温度上升而导致的绝缘电阻的降低。
此外，构成基体31的陶瓷相对于氧化铝的相对密度优选为97％以上。在这种基体31的表面和内部具有很少的孔隙。这些孔隙影响基体31的吸附力。因此，就作为基板固定装置1的特性而言，可优选具有高相对密度的基体31。
此外，根据基板固定装置1，由于静电吸盘30的基体31和热电偶34通过共烧结形成，所以可以简化制造过程。共烧结可以在大气压下执行。
此外，根据基板固定装置1，第一导体部341和第一导线部343以及第二导体部342和第二导线部344通过共烧结与基体31直接接合。因此，与现有技术的基板固定装置不同，不需要使用用于接合的焊盘，使得热电偶34能够以高密度布置在基体31中。另外，与已知的具有基体设置有槽部并且市售的热电偶插入至槽部中的结构的基板固定装置相比，热电偶34能够以高密度布置在基体31中。
此外，根据基板固定装置1，由于陶瓷不包括烧结助剂，所以甚至可以在1300℃以上的温度环境中以及在酸碱气氛中使用。
注意的是，基板固定装置1可以作为成品运输。在这种情况下，图3A所示的静电吸盘30可以作为成品运输。在这种情况下，已购买静电吸盘30的人可以根据需要通过执行图3B和图3C所示的过程来获得基板固定装置1。
此外，基板固定装置1可以不具有控制单元。具体地，配置成基于从热电偶34获得的热电动势计算基体31的温度并且控制要施加到发热元件33的电压的控制单元可以与基板固定装置1分开设置。在这种情况下，第一导线部343和第二导线部344在不与第一导体部341和第二导体部342接合的一侧的端部(第一导线部343的另一端和第二导线部344的另一端)从底板10的另一表面10b突出。第一导线部343和第二导线部344的从底板10的另一表面10b突出的端部可以根据需要在必要的位置处与控制单元电连接。
<第二实施例>
在第二实施例中，描述了具有陶瓷基板和热电装置的热电部件的示例。注意的是，在第二实施例中，可以省略与上述实施例中的构成部件相同的构成部件的描述。
图4A是示出根据第二实施例的热电部件的视图，其中图4A是透视图并且图4B是截面图。如图4A所示，热电部件5是陶瓷结构，该陶瓷结构具有：将成为基体的陶瓷基板51、沿陶瓷基板51的厚度方向布置在不同位置的第一导体层和第二导体层、以及用于电连接第一导体层和第二导体层的导通孔53和导通孔54。
陶瓷基板51可以通过烧结多个(例如，三个)生片来制造。陶瓷基板51中的第一导体层和第二导体层形成有多个热电偶+支腿55(第一导体部)和多个热电偶-支腿56(第二导体部)。
多个热电偶+支腿55和多个热电偶-支腿56彼此相邻交替布置。在第一导体层和第二导体层中，热电偶+支腿55和热电偶-支腿56接合并且电连接。例如，在第一导体层中，外部电极端子57设置在串联连接的多个热电偶装置对的一端侧，并且外部电极端子58设置在另一端侧。注意的是，为了方便起见，在图4A中，多个热电偶+支腿55和多个热电偶-支腿56以不同的缎纹图案示出。导通孔53由与热电偶+支腿55相同的材料形成，并且导通孔54由与热电偶-支腿56相同的材料形成。
陶瓷基板51是由氧化铝(Al2O3)制成的陶瓷。陶瓷基板51的氧化铝的纯度优选为99.5％以上。陶瓷基板51相对于氧化铝的相对密度优选为97％以上。陶瓷基板51的氧化铝的平均粒径优选为1.0μm以上并且3.0μm以下。
例如，热电偶+支腿55是以钨(W)铼(Re)合金(Re：5wt％)作为主要成分并且包括氧化镍(NiO)、氧化铝(Al2O3)和二氧化硅(SiO2)的烧结体。例如，热电偶-支腿56是以钨(W)铼(Re)合金(Re：26wt％)作为主要成分并且包括氧化镍(NiO)、氧化铝(Al2O3)和二氧化硅(SiO2)的烧结体。各个成分的优选平均粒径和优选添加量与第一导体部341和第二导体部342类似。
在热电部件5中，当陶瓷基板51的上表面侧设定为高温并且陶瓷基板51的下表面侧设定为低温时，热电部件5中产生热电动势，使得电流能够从外部电极端子57与外部电极端子58之间取出。
通过这种方式，当氧化镍添加至热电偶+支腿55和热电偶-支腿56时，在不显著降低热电偶的电动势的情况下，提高了构成热电偶的每个支腿的导电体中的钨和铼的烧结性。
此外，当氧化铝和二氧化硅添加至热电偶+支腿55和热电偶-支腿56时，提高了构成将成为基体的陶瓷基板51的陶瓷与钨和铼之间的粘合性，具体地，提高了基体与热电偶的每个支腿之间的粘合性。因此，由于不需要使用烧结助剂，因此能够减少构成基体的陶瓷的特性劣化的顾虑。其它效果同样与第一实施例的效果类似。
在下文中，将参照实例和比较例对陶瓷结构进行更具体描述。然而，本发明不局限于这些实例。
准备陶瓷材料为氧化铝并且包括有烧结助剂的生片。在生片的表面上印刷导电膏(用于+支腿)，该导电膏以钨(W)铼(Re)合金(Re：5wt％)作为主要成分并且包括相对于钨粉的量添加了0.5wt％的氧化镍粉。此外，印刷导电膏(用于-支腿)，该导电膏以钨(W)铼(Re)合金(Re：26wt％)作为主要成分并且包括相对于钨粉的量添加了0.5wt％的氧化镍粉。然后，在大气压下对生片和两种导电膏进行共烧结，从而制造具有图5所示的图案的热电偶的样品300A。
类似地，准备陶瓷材料为氧化铝并且包括有烧结助剂的生片。在生片的表面上印刷导电膏(用于+支腿)，该导电膏以钨(W)铼(Re)合金(Re：5wt％)作为主要成分。此外，印刷导电膏(用于-支腿)，该导电膏以钨(W)铼(Re)合金(Re：26wt％)作为主要成分。然后，在大气压下对生片和两种导电膏进行共烧结，从而制造具有图5所示的图案的热电偶的样品300B。
然后，将图5所示的M1至M4设定为测量点，并且对样品300A和300B中的每一个测量每个测量点处的电动势。图6A示出了样品300A的测量结果，并且图6B示出了样品300B的测量结果。如图6A所示，样品300A的电动势平均为约10.2μV/℃，并且如图6B所示，样品300B的电动势平均为约9.9μV/℃。从这些结果可以看出，即使当将氧化镍加入到钨(W)铼(Re)合金中时，也可以产生足够的电动势。
准备陶瓷材料为氧化铝并且不含烧结助剂的生片。在生片的表面印刷导电膏，该导电膏相对于钨粉的量添加了0.5wt％的氧化镍粉、2.0wt％的氧化铝粉和2.0wt％的二氧化硅粉，然后在大气压下进行共烧结。从而，制造了实例的样品300C。
图7示出了样品300C的+支腿的截面的EPMA分析结果。图8示出了样品300C的-支腿的截面的EPMA分析结果。从图7和图8可以确认的是，在样品300C中，Si成分存在于导电体(烧结后的导电膏)和陶瓷(烧结后的生片)这两者中，并且特别地，Si成分仅存在于陶瓷中的边界附近(朝向陶瓷包括边界的20μm范围内)。
由于Si成分仅存在于朝向陶瓷包括边界的20μm范围内(即，包括边界且距边界为20μm的范围内)，并且不会扩散到该范围之外，因此能够减少陶瓷的特性劣化的顾虑。
然后，从表面刮下样品300C的导电体(烧结后的导电膏)，对露出陶瓷的部分进行XRD分析。结果示于图9A和图9B。图9A示出+支腿的数据，并且图9B示出-支腿的数据。从图9A和9B可以确认的是，在样品300C中露出陶瓷处的部分中形成了存在有莫来石或硅线石或两者混合的结晶相。
将添加至导电膏中的二氧化硅的Si成分分为烧结后保留在导电体中的Si成分和朝向陶瓷扩散的Si成分。由于从导电体朝向陶瓷扩散的Si成分被消耗以在导电体和陶瓷之间的边界附近形成Al和Si的复合氧化物层，所以Si成分不会扩散到陶瓷中。认为在导电体和陶瓷之间的边界附近形成的Al和Si的复合氧化物层对导电体和陶瓷之间的粘合性的提高有显著贡献。
莫来石的化学式为3Al2O3/2SiO2(Al6Si2O13)，并且硅线石的化学式为Al2O3/SiO2(Al2SiO5)。通过添加至导电膏中的氧化铝和二氧化硅添加量，可以在一定程度上控制Al和Si的复合氧化物层的范围。
虽然已经对优选实施例进行了详细描述，但是本发明不限于上述实施例，并且在不脱离权利要求的范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改和替换。
例如，作为本发明的基板固定装置的吸附对象，除了晶片(硅晶片等)之外，还可以例示在液晶面板等的制造过程中使用的玻璃基板等。
已经提供本发明的示例性实施例的上述描述用于说明和描述的目的。不旨在穷举本发明或者将本发明限制为所公开的精确形式。显然，许多修改和变化对于本领域技术人员将是显而易见的。选择和描述实施例是为了最好解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例以及适合于预期的特定用途的各种修改。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同物限定。
例如，本公开还包括下文描述的各种示例性实施例。
[1]一种陶瓷结构，包括：
基体；以及
热电装置，其具有与基体直接接触的部分，
其中，基体是由氧化铝构成的陶瓷，并且
其中，热电装置包括导体部，该导体部是以钨铼合金作为主要成分并且包括氧化镍、氧化铝和二氧化硅的烧结体。
[2]根据[1]的陶瓷结构，其中，导体部的氧化镍的添加量相对于钨为0.2wt％至1.0wt％。
[3]根据[1]或[2]所述的陶瓷结构，其中，导体部的氧化铝的添加量相对于钨为0.2wt％至3.0wt％并且导体部的二氧化硅的添加量相对于钨为0.2wt％至3.0wt％。
[4]根据[1]至[3]中任一项所述的陶瓷结构，其中，包括在导体部中的钨的平均粒径为0.5μm至3.0μm，铼的平均粒径为1.5μm至4.5μm，氧化镍的平均粒径为5.0μm至15.0μm，氧化铝的平均粒径为0.1μm至4.0μm，并且二氧化硅的平均粒径为0.1μm至12.0μm。
[5]根据[1]至[4]中任一项的陶瓷结构，其中，钨的成分、铼的成分和镍的成分不存在于基体中而仅存在于导体部中，并且铝的成分和硅的成分均存在于基体和导体部中。
[6]根据[5]的陶瓷结构，其中，基体中的硅的成分仅存在于距基体和导体部之间的边界为20μm的范围内。
[7]根据[6]的陶瓷结构，其中，在距基体和导体部之间的边界为20μm的范围内形成铝硅复合氧化物层。
[8]根据[7]的陶瓷结构，其中，复合氧化物层为莫来石层、硅线石层、或者莫来石层和硅线石层的混合层。
[9]根据[1]至[8]中任一项的陶瓷结构，其中，基体的氧化铝的纯度为99.5％以上。
[10]根据[1]至[9]中任一项的陶瓷结构，其中，基体相对于氧化铝的相对密度为97％以上。
[11]根据[1]至[10]中任一项的陶瓷结构，其中，基体的氧化铝的平均粒径为1.0μm至3.0μm。
[12]根据[1]至[11]中任一项的陶瓷结构，其中，导体部包括第一导体部和第二导体部，
其中，热电装置是热电偶，其中第一导体部的一端和第二导体部的一端接合以形成温度测量接触点，
其中，第一导体部是以钨铼合金(Re：5wt％)作为主要成分并且包括氧化镍、氧化铝和二氧化硅的烧结体，以及
其中，第二导体部是以钨铼合金(Re：26wt％)作为主要成分并且包括氧化镍、氧化铝和二氧化硅的烧结体。
[13]根据[12]的陶瓷结构，其中，第一导体部和第二导体部各自设置为多个，并且第一导体部和第二导体部彼此相邻交替布置。
[14]一种静电吸盘，包括：
根据[1]至[12]中任一项的陶瓷结构；以及
静电电极，其埋入在基体中。
[15]一种基板固定装置，包括：
底板；以及
根据[14]的静电吸盘(30)，其安装在底板的一个表面上。

Claims (15)

1.一种陶瓷结构，包括：
基体；以及
热电装置，其具有与所述基体直接接触的部分，
其中，所述基体是由氧化铝构成的陶瓷，并且
所述热电装置包括导体部，所述导体部是以钨铼合金作为主要成分并且包括氧化镍、氧化铝和二氧化硅的烧结体。
2.根据权利要求1所述的陶瓷结构，其中，所述导体部的氧化镍的添加量相对于钨为0.2wt％至1.0wt％。
3.根据权利要求1或2所述的陶瓷结构，其中，所述导体部的氧化铝的添加量相对于钨为0.2wt％至3.0wt％并且所述导体部的二氧化硅的添加量相对于钨为0.2wt％至3.0wt％。
4.根据权利要求1或2所述的陶瓷结构，其中，包括在所述导体部中的钨的平均粒径为0.5μm至3.0μm，铼的平均粒径为1.5μm至4.5μm，氧化镍的平均粒径为5.0μm至15.0μm，氧化铝的平均粒径为0.1μm至4.0μm，并且二氧化硅的平均粒径为0.1μm至12.0μm。
5.根据权利要求1或2所述的陶瓷结构，其中，钨的成分、铼的成分和镍的成分不存在于所述基体中而仅存在于所述导体部中，并且铝的成分和硅的成分均存在于所述基体和所述导体部中。
6.根据权利要求5所述的陶瓷结构，其中，所述基体中的所述硅的成分仅存在于距所述基体和所述导体部之间的边界为20μm的范围内。
7.根据权利要求6所述的陶瓷结构，其中，在距所述基体和所述导体部之间的所述边界为20μm的所述范围内形成铝硅复合氧化物层。
8.根据权利要求7所述的陶瓷结构，其中，所述复合氧化物层为莫来石层、硅线石层、或者所述莫来石层和所述硅线石层的混合层。
9.根据权利要求1或2所述的陶瓷结构，其中，所述基体的氧化铝的纯度为99.5％以上。
10.根据权利要求1或2所述的陶瓷结构，其中，所述基体相对于氧化铝的相对密度为97％以上。
11.根据权利要求1或2所述的陶瓷结构，其中，所述基体的氧化铝的平均粒径为1.0μm至3.0μm。
12.根据权利要求1或2所述的陶瓷结构，其中，所述导体部包括第一导体部和第二导体部，
其中，所述热电装置是热电偶，其中所述第一导体部的一端和所述第二导体部的一端接合以形成温度测量接触点，
所述第一导体部是以钨铼合金作为主要成分并且包括氧化镍、氧化铝和二氧化硅的烧结体，其中Re为5wt％，并且
所述第二导体部是以钨铼合金作为主要成分并且包括氧化镍、氧化铝和二氧化硅的烧结体，其中Re为26wt％。
13.根据权利要求12所述的陶瓷结构，其中，所述第一导体部和所述第二导体部各自设置为多个，并且所述第一导体部和所述第二导体部彼此相邻地交替布置。
14.一种静电吸盘，包括：
根据权利要求1或2所述的陶瓷结构；以及
静电电极，其埋入在所述基体中。
15.一种基板固定装置，包括：
底板；以及
根据权利要求14所述的静电吸盘，其安装在所述底板的一个表面上。
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