JP2005019480A

JP2005019480A - 給電端子の接合構造

Info

Publication number: JP2005019480A
Application number: JP2003178813A
Authority: JP
Inventors: Hironori Ishida; 弘徳石田; Shinya Sato; 伸也佐藤; Tatsuya Shiogai; 達也塩貝
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2003-06-24
Filing date: 2003-06-24
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】内部電極が埋設されているセラミック部品において、熱サイクルに曝される環境下で使用しても給電端子の脱落や内部電極との導通不良が発生しない信頼性の高いセラミック部品用の給電端子の接合構造を提供する。
【解決手段】内部電極が埋設されたセラミック部品に具備される給電端子と該内部電極との接合構造であって、該給電端子が表面にニッケル被覆膜を備えたモリブデンまたはタングステンからなり、かつ、該給電端子が該内部電極とろう付けにより接合してなることを特徴とする給電端子の接合構造。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、高温環境下で使用されるセラミック製静電チャックまたはヒーター等のセラミック部品に具備される金属製の給電端子の接合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックは金属と比較して、耐食性に優れることから、厳しい環境で用いられることが多い。なかでも、半導体製造装置や液晶およびプラズマディスプレイをはじめとするフラットパネルディスプレイ製造装置や、化学薬品処理装置には、激しい腐食環境の工程があり、そのような工程で使用される装置の部品としてセラミックが多く使用されている。
特に、腐食環境下で処理物に加熱を行う際には、セラミックに内部電極を埋め込んだセラミック製ヒーターが使用されており、シリコンウェハの固定にはセラミック製静電チャックが用いられている。さらに、腐食環境下でプラズマを発生させる等の電界を発生させる必要がある場合でも、セラミック中に内部電極を埋設したセラミック製サセプタが使用されている。
【０００３】
これら、セラミック中に電内部極を埋め込んだセラミック部品は、内部電極に給電する給電端子を挿入し、接合して固定しておく必要がある。この方法として、内部電極を埋設したセラミック部品に孔をあけ、内部電極を露出させ、その内部電極に給電端子をろう付け接合して固定する方法や、セラミック部品に形成する孔をねじ構造にしておいて、内部電極と給電端子を機械的に接続する方法が一般的である。
ここで、上述したセラミック製静電チャックやヒーターのセラミック部材としては、窒化アルミニウムやアルミナが用いられることが多く、また、その給電端子には、ニッケル、モリブデン、タングステン、コバール、銅が検討されているが、ニッケルは耐食性に優れることからニッケル製給電端子が使用されることが多い（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３１３５３９号公報
【特許文献２】
特開平１１−２１９７７４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、セラミック製静電チャックやヒーターに埋設された内部電極とニッケル製給電端子をろう付け接合する場合、セラミック部材とニッケル製給電端子の熱膨脹差から発生する応力が接合部に溜まってしまうため、ヒーターや静電チャックを高温サイクル下においた場合、給電端子接合部の応力が開放され、端子脱落を引き起こす原因となっていた。
この様な問題を解決するために、セラミック部材である窒化アルミニウムやアルミナの熱膨脹と近い、モリブデンやタングステンを給電端子として使用することが検討されている。
【０００６】
しかし、モリブデンやタングステンは、大気中では４００℃前後で酸化が始まることから、高温で使用される静電チャックやヒーターの給電端子として大気にさらされている状態で使用すると、給電端子の劣化が早期に現れ、静電チャックやヒーターの特性が損なわれるといった問題点が発生していた。
この様な問題を解決するには、耐食性に優れるニッケルを使用すれば良いのだが、上述した様にニッケル製給電端子は、端子脱落を引き起こしやすいという問題がある。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、内部電極が埋設されているセラミック部品において、熱サイクルに曝される環境下で使用しても給電端子の脱落や内部電極との導通不良が発生しない信頼性の高いセラミック部品用の給電端子の接合構造を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した本発明の目的は、内部電極が埋設されたセラミック部品に具備される給電端子と該内部電極との接合構造であって、該給電端子が表面にニッケル被覆膜を備えたモリブデンまたはタングステンからなり、かつ、該給電端子が該内部電極とろう付けにより接合してなることを特徴とする給電端子の接合構造によって達成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をさらに詳細に説明する。
内部電極を埋設したセラミック部品が使用されるのは、半導体製造装置や液晶およびプラズマディスプレイをはじめとするフラットパネルディスプレイ製造装置や、化学薬品処理装置などが多い。その材質として、アルミナ、窒化アルミニウム、等を主成分とするセラミックが使用されることが多い。
【００１０】
内部電極を埋設したセラミック部品の作成方法として、
▲１▼セラミック焼結体に内部電極を配置しその上方に粉末を被せホットプレス焼結する方法。
▲２▼セラミック成形体に内部電極を配置しその上方に粉末を被せホットプレス焼結する方法。
▲３▼内部電極を導体ペーストでスクリーン印刷により形成したドクターブレードシートを重ねて焼成する方法。
などが一般的であるが、いずれの方法もセラミックと電極を一体焼成する。そのため、▲１▼および▲２▼の作製方法の場合、内部電極は高融点金属であり、セラミックとの熱膨脹差が小さいものを使用する必要があり、モリブデンやタングステンが使用され、その形態は、メッシュやパンチングメタル、金属線が使用される。
【００１１】
特に▲１▼の場合は、モリブデンやタングステンのペーストをスクリーン印刷によって形成することも可能であり、珪化モリブデン等の化合物のペーストを使用することもできる。▲３▼の作製方法の場合、導体ペーストは、▲１▼と同様にモリブデンやタングステン、珪化モリブデン等の化合物が使用できる。
【００１２】
このセラミック部品に孔加工をし内部電極を露出させ、そこに給電端子を挿入し、ろう付け固定して接合するのが一般的である。使用するろう材は、内蔵されている電極と給電端子の材料およびセラミック部材との濡れを考慮して選定しなければならない。特に、セラミック部品が腐食性雰囲気で使用される場合には、さらに耐食性に優れるろう材を使用しなければならない。
一般的にこの様な条件下で使用するろう材としては、金、銀、アルミニウム、ニッケル、白金、バナジウム等を主成分とするろう材が使用され、セラミックとの濡れを向上させ強度をもたせるために、チタンやジルコン等の活性金属を添加するのがより好ましい。
【００１３】
セラミック部材としてアルミナや窒化アルミニウムを用いる場合、給電端子の材質は、ニッケルやコバール、銅よりもモリブデンやタングステンを用いた方が、熱膨脹係数の差が小さいことから望ましい。他のセラミック部材、例えば窒化珪素やスピネル、マグネシア等についても、同様にモリブデンやタングステンを用いる方が望ましいが、これらのセラミックは熱伝導率が窒化アルミニウムやアルミナと比較して劣るため、静電チャックやヒーターとして使用する場合には、高温環境下での使用は一般的に推奨されるものではないが、例えば窒化珪素は高温での強度に優れ、耐熱衝撃にも優れることから、この限りではない。
【００１４】
しかしながら先に述べたように、モリブデンやタングステン製給電端子を用いれば、脱落の問題は発生しなくなるが、給電端子が大気中にさらされる場合は酸化される。モリブデンは室温大気中で酸化され、高温では急激に酸化される。タングステンは室温大気中では安定であるが、高温では急激に酸化される。
【００１５】
そこで本発明では、給電端子を表面にニッケル被覆膜を備えたモリブデンまたはタングステンからなるものとすることにより、上記した課題を解決できるのではないかとの着想により本発明を完成した。すなわち、給電端子の表面にニッケル被覆膜を備えてあれば、ニッケルは耐食性に優れるため、給電端子の劣化が防止できるという作用がある。
給電端子が劣化すると、ヒーターの場合、給電端子部で抵抗が高くなるとヒーター面内で局所発熱を引き起こし、さらには、給電端子から放電を発生し、ヒーターの破壊に至ることもあるが、給電端子の表面にニッケル被覆膜を備えてあれば、これらの問題を解決できるという作用がある。また、静電チャックの場合、印加電圧が一定せず、吸着力のばらつきが発生するという不具合を防止できる効果もある。
【００１６】
ここで、ニッケル被覆膜は、緻密である方が好ましく、その形成方法としてはめっき法やスパッタ法が適用できる。
ニッケル被覆膜を施した給電端子を、内蔵電極にろう付け接合する際、ニッケル被覆膜と内部電極とのろう付けによる接合となるため、先に述べたように熱膨張差による端子脱落の発生が懸念されるが、ニッケル被覆膜の厚みが１０μｍ以下であれば問題はない。さらに内部電極とのろう付け部分のみニッケル被覆膜を施さなければ、モリブデンまたはタングステンと内部電極とのろう付け接合になるため、さらに給電端子の接合強度の信頼性は向上できる。
【００１７】
以下、実施例と比較例を用いて本発明を詳細に説明する。
（１）セラミック部品の作成
内部電極を埋設したセラミック部品はセラミックヒーターとし、セラミック部材は窒化アルミニウムを、埋設した内部電極はタングステンを使用した。セラミックヒーターの形状はφ２００×１０ｍｍであり、厚さ５ｍｍの部位にタングステンメッシュからなるヒーター内部電極を配置した。このヒーター内部電極に給電端子を接続するため、セラミックヒーターの片面からφ４ｍｍの孔をあけ、ヒーター内部電極を露出させた。
給電端子の形状はφ４×１５ｍｍとし、素材はモリブデンとタングステンを使用した。この給電端子に実施例では、厚さ５μｍのニッケルめっきを施しニッケル被覆膜とした。
ヒーター電極と給電端子の接続に使用するろう材は、ＪＩＳ規定の銀ろうＢＡｇ−８に活性金属であるチタンを加えたものを使用し、真空雰囲気下で８２０℃の熱処理をすることで、ヒーター内部電極と給電端子とを接合した。
ここで、本発明に関わるセラミック部品の給電端子の接合構造の模式断面図を図１に示した。図中の１は給電端子（ニッケル被覆膜は図示せず。）で、２はセラミック部材で、３はその中に埋設された内部電極で、４はろう付けによる接合部である。
【００１８】
（２）熱サイクルテストの方法
この様にして作製されたセラミックヒーターを、大気中で室温から５００℃までの昇温してから１時間保持した後、自然放冷し室温まで冷却した。この昇降温を１００回繰り返す過程で、給電端子が脱落しないかを確認した。また、１００回の昇降温が完了した時点で、給電端子間にテスタを接続しヒーター抵抗値を測定した。表１に熱サイクルテストの結果をまとめて示した。（表１中の判定欄の○は端子が脱落せず、抵抗値の変化がなかったことを示し、×は端子が脱落または抵抗値が変化したことを示している。）
【００１９】
【表１】

【００２０】
表１の結果より、実施例のセラミックヒーターは１００回の昇降温の熱サイクルテスト後においても、給電端子の脱落は皆無であり、給電端子間のヒーター抵抗値には変化がなかった。
一方、比較例１では、昇降温３８回目で給電端子が脱落した。また、比較例２は、昇降温試験中に給電端子の脱落は生じなかったものの、給電端子が腐食されたことで抵抗値が上がってしまい、特に端子部近傍で異常発熱を発生していた。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べた様に、内部電極が埋設されているセラミック部品において、前記内部電極に給電するために挿入する給電端子であって、表面にニッケル被覆膜を備えたモリブデンまたはタングステン製給電端子をろう付け接合することで、端子が脱落しにくく、端子の耐食性に優れたセラミック部品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるセラミック部品の給電端子の接合構造の模式断面図である。
【符号の説明】
１給電端子
２セラミック部材
３内部電極
４ろう付けによる接合部

Claims

内部電極が埋設されたセラミック部品に具備される給電端子と該内部電極との接合構造であって、該給電端子が表面にニッケル被覆膜を備えたモリブデンまたはタングステンからなり、かつ、該給電端子が該内部電極とろう付けにより接合してなることを特徴とする給電端子の接合構造。