JP2004031596A

JP2004031596A - 端子電極部材

Info

Publication number: JP2004031596A
Application number: JP2002185069A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Shudo; 首藤　弘之
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-25
Also published as: JP4189177B2

Abstract

【課題】加熱による熱応力が繰り返し加わっても基体にクラックが発生することがなく、端子電極と基体内部に埋設された内部電極とを長期にわたり確実に電気的に接続でき高い信頼性を有する端子電極部材を提供すること。
【解決手段】主面に略平行に第１の内部電極２ａが埋設された板状のセラミックスから成る基体１と、基体１の一方の主面から第１の内部電極２ａの端部に達するように形成された断面形状が略円形の穴１ａと、一端面に凹部が形成された棒状とされ、穴１ａに一端面側の端部が嵌入されて第１の内部電極２ａに当接された状態で第１の内部電極２ａおよび穴１ａの内面にろう付けされた端子電極３ａとを具備し、端子電極３ａは、一端面の凹部の開口から外周辺にかけてかつ軸方向に略平行に切り欠かれた切欠き５ａが周方向に略等間隔に複数形成されている。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板状のセラミック製の基体にその主面に略平行に埋設された内部電極に、外部からの電圧や電力を供給するための棒状の端子電極が接続されている端子電極部材であって、セラミックヒーターや静電チャック等として用いられる端子電極部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セラミックスから成る板状の基体の内部に内部電極を埋設し、その内部電極に棒状の端子電極を接合して外部から給電するように構成した端子電極部材は、例えば内部電極を発熱抵抗体として用いたセラミックヒーターや内部電極を静電吸着用の電極として用いた静電チャック等として使用されている。この静電チャックは、ＬＳＩ等の半導体集積回路素子の製作工程において、シリコン（Ｓｉ）ウエハ等のウエハにＣＶＤ法や真空蒸着法、フォトリソグラフィ法等の種々の加工を施す際に、Ｓｉウエハ等を保持固定するためのものである。
【０００３】
静電チャックは、図５に断面図で示すように、例えば窒化アルミニウム質焼結体から成る円板状の基体１１の内部に第１の内部電極１２ａが埋設されている。第１の内部電極１２ａは、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属のメタライズ層から成り、静電気発生用の略円板状等の平板状のメタライズパターンとされて形成される。静電気発生用の第１の内部電極１２ａに外部から電圧を印加することにより、基体１１の表面に静電気を発生させ、この静電気によりウエハを基体の表面に吸着保持するものである。
【０００４】
さらに、静電チャックの場合、基体１１の内部に例えばタングステンやモリブデン等の高融点金属のメタライズ層から成る、発熱抵抗体用のメタライズパターン等から成る第２の内部電極１２ｂが、平面視において蛇行形状に埋設されている。この第２の内部電極１２ｂに外部から電力を供給してジュール発熱させることにより、基体１１の表面に吸着されたウエハを加熱できるようになっている。
【０００５】
なお、基体１１の内部に埋設された静電気発生用の第１の内部電極１２ａに外部から電圧を印加したり、発熱抵抗体用の第２の内部電極１２ｂに外部から電力を供給するには、以下のようにしていた。即ち、基体１１に第１の内部電極１２ａに達してその一部を露出させる穴１１ａと第２の内部電極１２ｂに達してその一部を露出させる穴１１ｂを形成し、これらの穴１１ａ，１１ｂ内に、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等の金属からなるとともに一端面に凹部を有する棒状の端子電極１３ａ，１３ｂを、一端面側の端部を嵌入し第１および第２の内部電極１２ａ，１２ｂに当接させる。この状態で、穴１１ａ，１１ｂの内面および第１および第２の内部電極１２ａ，１２ｂに、端子電極１３ａ，１３ｂをろう付けする。これにより、穴１１ａ，１１ｂに端子電極１３ａ，１３ｂを取り付け、端子電極１３ａ，１３ｂを介して第１の内部電極１２ａに外部から電圧を印加したり、第２の内部電極１２ｂに外部から電力を供給する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の端子電極部材においては、基体１１を構成する窒化アルミニウム質焼結体の熱膨張係数および端子電極１３ａ，１３ｂを構成するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の熱膨張係数が、それぞれ室温〜８００℃において５．４×１０^−６／℃および１０．８×１０^−６／℃と大きく相違することから、端子電極１３ａ，１３ｂを基体１１に設けた穴１１ａ，１１ｂにろう付けする際に、両者の熱膨張係数差に起因する熱応力が基体１１と端子電極１３ａ，１３ｂとの間に発生する。この熱応力が基体１１の穴１１ａ，１１ｂの近傍に大きく内在してしまい、この状態でウエハを加熱等する際の熱による熱応力が繰り返し加わると、その熱応力と基体１１に内在する熱応力とがあいまって基体１１にクラックを発生させてしまう。その結果、端子電極１３ａ，１３ｂと第１，第２の内部電極１２ａ，１２ｂとの電気的接続が損なわれたり、端子電極１３ａ，１３ｂが絶縁基体１１から外れてしまうことがあるという問題点を有していた。
【０００７】
従って、本発明は上記従来の技術の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、加熱による熱応力が繰り返し加わっても基体にクラックが発生することがなく、端子電極と基体内部に埋設された内部電極とを長期にわたり確実に電気的に接続でき高い信頼性を有する端子電極部材を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の端子電極部材は、主面に略平行に内部電極が埋設された板状のセラミックスから成る基体と、該基体の一方の主面から前記内部電極の端部に達するように形成された断面形状が略円形の穴と、一端面に凹部が形成された棒状とされ、前記穴に前記一端面側の端部が嵌入されて前記内部電極に当接された状態で前記内部電極および前記穴の内面にろう付けされた端子電極とを具備した端子電極部材において、前記端子電極は、前記一端面の前記凹部の開口から外周辺にかけてかつ軸方向に略平行に切り欠かれた切欠きが周方向に略等間隔に複数形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の端子電極部材は、一端面の凹部の開口から外周辺にかけてかつ軸方向に略平行に切り欠かれた切欠きが周方向に略等間隔に複数形成されていることから、棒状の端子電極を基体に設けた穴に嵌入しろう付けする際に、両者の熱膨張係数差に起因する熱応力が基体と端子電極との間に発生し、この熱応力が基体の穴の近傍に内在し、この状態でウエハを加熱等する際の熱による熱応力が繰り返し加わっても、端子電極のろう付けされた端部が適度に変形することによって良好に吸収緩和され、穴近傍の基体の内部に応力が大きく加わることはない。その結果、基体の穴付近にクラックが発生して端子電極が外れたり、端子電極と内部電極との接続が損なわれるといった不具合を解消できる。
【００１０】
本発明の端子電極部材において好ましくは、前記端子電極の前記切欠きの先端に、断面が前記切欠きの幅よりも直径が大きい略円形とされた穴部が前記先端に沿って形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の端子電極部材は、端子電極の切欠きの先端に、断面が切欠きの幅よりも直径が大きい略円形とされた穴部が先端に沿って形成されていることから、端子電極を基体の穴にろう付けする際に両者の熱膨張係差に起因する熱応力が大きい場合においても、その熱応力は、端子電極の端部がより変形し易くなっているため良好に吸収緩和され、穴近傍の基体の内部に熱応力が大きく加わることがより有効に抑制される。従って、加熱による熱応力が繰り返し加わっても、基体にクラックが発生することがなくなり、端子電極と基体内部の内部電極とを長期にわたり確実に電気的に接続できる、信頼性が高い端子電極部材となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の端子電極部材を以下に詳細に説明する。図１は本発明の端子電極部材の実施の形態の一例示し、端子電極部材を静電チャックに適用した場合を示す断面図であり、図２は図１の端子電極部材の要部拡大断面図である。これらの図において、１は基体、１ａ，１ｂは基体１に形成された穴、２ａ，２ｂは第１，第２の内部電極、３ａ，３ｂは端子電極、４ａ，４ｂはろう材、５ａ，５ｂは切欠きであり、主にこれらで静電チャックを構成している。
【００１３】
本発明の端子電極部材は、主面に略平行に内部電極２ａ，２ｂが埋設された板状のセラミックスから成る基体１と、基体１の一方の主面から内部電極２ａ，２ｂの端部に達するように形成された断面形状が略円形の穴１ａ，１ｂと、一端面に凹部が形成された棒状とされ、穴１ａ，１ｂに一端面側の端部が嵌入されて内部電極２ａ，２ｂに当接された状態で内部電極２ａ，２ｂおよび穴１ａ，１ｂの内面にろう付けされた端子電極３ａ，３ｂとを具備し、端子電極３ａ，３ｂは、一端面の凹部の開口から外周辺にかけてかつ軸方向に略平行に切り欠かれた切欠き５ａ，５ｂが周方向に略等間隔に複数形成されている。
【００１４】
なお、切欠き５ａ，５ｂは、端子電極３ａ，３ｂの一端面の凹部の開口から外周辺にかけて径方向に沿って形成されていてもよく、径方向に対して斜めに形成されていてもよい。また、径方向に対してくの字状等に折れ曲がったり、ジグザグ状になっていてもよい。以下、切欠き５ａ，５ｂが端子電極３ａ，３ｂの一端面の凹部の開口から外周辺にかけて径方向に沿って形成されていている場合について説明する。
【００１５】
本発明の基体１は、例えば窒化アルミニウム質焼結体等の良熱伝導性のセラミックスから成る略円板状等の板状であり、その上面（他方の主面）にシリコンウエハ等（図示せず）を支持体するための支持体として機能する。この基体１は、例えば窒化アルミニウム質焼結体から成る場合、窒化アルミニウム，酸化イットリウム，酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダや溶剤を添加混合して泥状となし、これを従来周知のドクターブレード法によりシート状となすことにより複数枚のセラミックグリーンシートを得、これらに適当な打ち抜き加工を施して積層してセラミックグリーンシート積層体となし、最後にこのセラミックグリーンシート積層体を還元雰囲気中１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００１６】
また基体１は、その内部にシリコンウエハ等を吸着するための静電気発生用の第１の内部電極２ａおよび吸着したシリコンウエハ等を加熱するための発熱抵抗体用の第２の内部電極２ｂが埋設されている。第１の内部電極２ａは、基体１の主面に略平行になるようにして上面（他方の主面）近傍に配置された、例えば略平板状のメタライズパターンや金属板、金属メッシュ等からなり、これに外部から所定の電圧を印加することにより基体１の上面に静電気を発生させる。これにより、基体１の上面にシリコンウエハ等が静電気により吸着保持される。
【００１７】
また、基体１に埋設された発熱抵抗体用の第２の内部電極２ｂは、基体１の厚み方向の略中央部に、平面視形状が例えば蛇行するパターンとされた抵抗体電極として配置され、これに外部から所定の電力を供給することにより、ジュール発熱させて基体１を加熱するものであり、これにより基体１の上面に吸着保持されたシリコンウエハ等を基体１を介して加熱する。
【００１８】
基体１に埋設された第１の内部電極２ａおよび第２の内部電極２ｂは、タングステン，モリブデン等の高融点金属のメタライズパターン等から成り、タングステンメタライズから成る場合、タングステン粉末に適当な有機バインダや溶剤を添加混合して得た金属ペーストを基体１となるセラミックグリーンシートに所定パターンに印刷塗布し、焼成することによって、基体１の所定位置に所定形状に形成される。
【００１９】
基体１は、その下面（一方の主面）側に、第１，第２の内部電極２ａ，２ｂに達してそれらの一部を露出させる穴１ａ，１ｂが形成されている。以下、端子電極３ａ，３ｂの接続構造は双方とも同様であるので、端子電極３ａについて説明する。そして、穴１ａ内にはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成り、一端面に略円形の凹部を有し、一端面の凹部の開口から外周辺にかけてかつ軸方向に略平行に切り欠かれた切欠き５ａが周方向に略等間隔に複数形成されている端子電極３ａが嵌入される。その端面を内部電極２ａの露出部に当接させて、その状態で端子電極３ａが露出部および穴１ａの内面にろう付けされる。
【００２０】
基体１の穴１ａに嵌入されろう付けされた端子電極３ａは、第１の内部電極２ａに外部から電圧や電力を印加するための端子として機能し、凹部を有する側の端部が穴１ａに嵌入され、第１の内部電極２ａの露出部および穴１ａの内面に銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）−チタン（Ｔｉ）等の活性金属ろう材４ａなどを介して接合される。
【００２１】
このような静電チャックは、端子電極３ａを介して第１の内部電極２ａに所定の電圧を印加することによって基体１の上面にシリコンウエハ等を吸着するための静電気が発生し、また端子電極３ｂを介して第２の内部電極２ｂに電力を供給することによって、第２の内部電極２ｂがジュール発熱して基体１が加熱される。
【００２２】
なお、端子電極３ａをＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ等の活性金属ろう材４ａを介して基体１の穴１ａに嵌入しろう付けは、活性金属ろう材４ａがＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉから成る場合、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉのろう材粉末に有機バインダや溶剤を添加混合して得たろう材ペーストを穴１ａの内面に塗布し、ろう材ペーストが塗布された穴１ａに端子電極３ａの端部を嵌入させ、これを真空雰囲気中、約８００℃の温度で焼成することによって方法が行われる。
【００２３】
また、端子電極３ａは、基体１の穴１ａに嵌入されろう付けされる端部の端面に凹部が形成されており、一端面の凹部の開口から外周辺にかけてかつ軸方向に略平行に切り欠かれた切欠き５ａが周方向に略等間隔に複数形成されている。これにより、端子電極３ａの端部が応力が加わった際に変形し易いものとなる。即ち、端子電極３ａを基体１の穴１ａに嵌入しろう付けする際に、端子電極３ａと基体１との熱膨張係数差に起因して発生する熱応力のうち径方向の熱応力は、端子電極３ａの端部に形成された複数の切欠き５ａによって端部が変形することにより良好に吸収緩和され、基体１の穴１ａ近傍に大きく内在することはない。このため、基体１にシリコンウエハ等を加熱等する際の熱による熱応力が繰り返し加わっても、この熱応力が基体１に内在する応力とあいまって基体１にクラックを発生させることがなくなる。その結果、端子電極３ａと第１の内部電極２ａとの電気的な接続を長期にわたり確実なものとすることができる。
【００２４】
なお、切欠き５ａは３個以上あることが好ましく、３個未満では径方向の応力を吸収緩和し難くなる。また、切欠き５ａは８個以下設けることがよく、８個を超えると、端子電極３ａの端部の機械的強度が不足して、端子電極３ａに外力が加わった場合にこの外力によって端子電極３ａが破損する恐れが大きくなる。
【００２５】
また、切欠き５ａの幅は０．２〜０．５ｍｍがよく、０．２ｍｍ未満では、切欠き５ａ部にろう材が溜まりやすくなり、端子電極３ａの端部が応力が加わった際に変形し難くなる。０．５ｍｍを超えると、端子電極３ａの端部の機械的強度が不足して、端子電極３ａに外力が加わった場合にこの外力によって端子電極３ａが破損する恐れが大きくなる。切欠き５ａの長さは２〜５ｍｍがよく、２ｍｍ未満では、端部の変形が小さくなり、径方向の応力を吸収緩和し難くなる。５ｍｍを超えると、端子電極３ａの端部の機械的強度が不足して、端子電極３ａに外力が加わった場合にこの外力によって端子電極３ａが破損する恐れが大きくなる。
【００２６】
また、図２に示すように、切欠き５ａの先端は円弧状等の曲面となっているのがよく、端子電極３ａの端部に径方向の応力が加わった際に端部が変形し易くなるとともに、熱応力が繰り返し加わって切欠き５ａの先端で端子電極３ａが破損するのを防ぐことができる。また切欠き５ａは、先端（下端）側にいくにつれて幅が狭くなるように形成されていてもよい。この場合、端子電極３ａの端部の端面側がより変形し易くなり、熱応力が繰り返し加わって切欠き５ａの先端で端子電極３ａが破損するのをより有効に防ぐことができる。
【００２７】
さらに図３に示すように、端子電極３ａは、その切欠き５ａの先端に、断面が切欠きの幅よりも直径が大きい略円形とされた穴部が先端に沿って形成されていることが好ましい。これにより、端子電極３ａを基体１の穴１ａに嵌入しろう付けする際に端子電極３ａと基体１との熱膨張係数差に起因して発生する熱応力の径方向の成分は、端子電極３ａの端部がより変形し易くなるため良好に吸収緩和され、基体１の穴１ａ近傍に大きい熱応力が内在することはない。このため、これにシリコンウエハ等を加熱等する際の熱による熱応力が繰り返し加わっても、この熱応力が基体１に内在する応力とあいまって基体１にクラックを発生させることがより有効に防止される。その結果、端子電極３ａと第１の内部電極２ａとの電気的な接続を長期にわたりより確実なものとすることができる。
【００２８】
端子電極３ａの切欠き５ａの先端に形成された穴部は、切欠き５ａと同様に、凹部の内面から外面にかけて径方向に沿って形成されていてもよく、径方向に対して斜めに形成されていてもよい。また、径方向に対してくの字状等に折れ曲がったり、ジグザグ状になっていてもよい。
【００２９】
なお、上記の穴部は、具体的には図３に示すように、切欠き５ａの先端（底）にその先端に沿って端子電極３ａの内外面を貫通するように設けられている。
【００３０】
かくして、本発明の端子電極部材は、基体１の穴１ａに端子電極３ａを基体１に大きな熱応力を内在させることなく取り付けることができ、基体１内部に埋設された第１の内部電極２ａと端子電極３ａとを長期にわたり確実に電気的に接続することができ、信頼性の高いものとなる。
【００３１】
なお、本発明の端子電極部材は上記実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。例えば、上記実施の形態の例では基体１の穴１ａは第１の内部電極２ａに達してその底面において第１の内部電極２ａの一部を露出させていたが、穴１ａは、図４に示すように、第１の内部電極２ａを貫通してその内面において第１の内部電極２ａを露出させてもよい。この場合、例えば穴１ａの底面から第１の内部電極２ａが露出した内面にかけてＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ等の活性金属ろう材を被着させておき、これに端子電極３ａの端部と第１の内部電極２ａとが電気的に接続されるように取着させればよい。
【００３２】
また、上記実施の形態の例では端子電極３ａについて説明したが、端子電極３ｂの場合も同様であることはいうまでもない。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の端子電極部材は、主面に略平行に内部電極が埋設された板状のセラミックスから成る基体と、基体の一方の主面から内部電極の端部に達するように形成された断面形状が略円形の穴と、一端面に凹部が形成された棒状とされ、穴に一端面側の端部が嵌入されて内部電極に当接された状態で内部電極および穴の内面にろう付けされた端子電極とを具備し、端子電極は、一端面の凹部の開口から外周辺にかけてかつ軸方向に略平行に切り欠かれた切欠きが周方向に略等間隔に複数形成されていることにより、棒状の端子電極を基体の穴に嵌入しろう付けする際に、両者の熱膨張係数差に起因する熱応力が基体と端子電極との間に発生し、この熱応力が基体の穴の近傍に内在し、この状態でウエハを加熱等する際の熱による熱応力が繰り返し加わっても、端子電極のろう付けされた端部が適度に変形することによって良好に吸収緩和され、穴近傍の基体の内部に応力が大きく加わることはない。その結果、基体の穴付近にクラックが発生して端子電極が外れたり、端子電極と内部電極との接続が損なわれるといった不具合を解消できる。
【００３４】
本発明の端子電極部材は、好ましくは、端子電極の切欠きの先端に、断面が切欠きの幅よりも直径が大きい略円形とされた穴部が先端に沿って形成されていることにより、端子電極を基体の穴にろう付けする際に両者の熱膨張係差に起因する熱応力が大きい場合においても、その熱応力は、端子電極の端部がより変形し易くなっているため良好に吸収緩和され、穴近傍の基体の内部に熱応力が大きく加わることがより有効に抑制される。従って、加熱による熱応力が繰り返し加わっても、基体にクラックが発生することがなくなり、端子電極と基体内部の内部電極とを長期にわたり確実に電気的に接続できる、信頼性が高い端子電極部材となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の端子電極部材を静電チャックに適用した場合の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１の端子電極部材の要部拡大断面図である。
【図３】本発明の端子電極部材について実施の形態の他の例を示す要部拡大断面図である。
【図４】本発明の端子電極部材について実施の形態の他の例を示す要部拡大断面図である。
【図５】従来の静電チャックとしての端子電極部材の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ，１ｂ：穴
２ａ，２ｂ：第１，第２の内部電極
３ａ，３ｂ：端子電極
４ａ，４ｂ：ろう材
５ａ，５ｂ：切欠き

Claims

主面に略平行に内部電極が埋設された板状のセラミックスから成る基体と、該基体の一方の主面から前記内部電極の端部に達するように形成された断面形状が略円形の穴と、一端面に凹部が形成された棒状とされ、前記穴に前記一端面側の端部が嵌入されて前記内部電極に当接された状態で前記内部電極および前記穴の内面にろう付けされた端子電極とを具備した端子電極部材において、前記端子電極は、前記一端面の前記凹部の開口から外周辺にかけてかつ軸方向に略平行に切り欠かれた切欠きが周方向に略等間隔に複数形成されていることを特徴とする端子電極部材。
前記端子電極の前記切欠きの先端に、断面が前記切欠きの幅よりも直径が大きい略円形とされた穴部が前記先端に沿って形成されていることを特徴とする請求項１記載の端子電極部材。