JP3142520B2 - 電気導入端子の接続構造 - Google Patents

電気導入端子の接続構造

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JP3142520B2 JP10310638A JP31063898A JP3142520B2 JP 3142520 B2 JP3142520 B2 JP 3142520B2 JP 10310638 A JP10310638 A JP 10310638A JP 31063898 A JP31063898 A JP 31063898A JP 3142520 B2 JP3142520 B2 JP 3142520B2
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01RELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/58Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation characterised by the form or material of the contacting members
    • H01R4/62Connections between conductors of different materials; Connections between or with aluminium or steel-core aluminium conductors

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  • Resistance Heating (AREA)
  • Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置等
に用いられているヒーターや静電チャック等の、セラミ
ック固体に電極等の導電要素が埋め込まれている構造体
に関し、特に、セラミツク固体内の導電要素に電気導入
端子を接続する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、セラミック固体に電熱要素(ヒー
ター)を埋め込んだセラミックスヒーターや、セラミッ
ク個体に電極を埋め込んだ静電チャックが、半導体製造
装置を始めとして多くの分野に使用されている。
【0003】この電熱要素や電極等の導電要素に電気を
導入するために、従来一般には、図3に示すように、電
気導入端子1をセラミック固体2に設けられた穴3に嵌
め込み、穴3の内壁面に露出している導電要素4と接触
させている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体製造
装置における静電チャック等は例えば600℃以上の高
温環境に曝されることがある。このような高温となる環
境下では、セラミック固体と電気導入端子との間の熱膨
張の差が問題となる。
【0005】そこで、従来においては、電気導入端子の
材料として、高融点金属であって、セラミック固体の熱
膨張係数に近いもの、例えばタングステン(W)やモリ
ブデン(Mo)、タンタル(Ta)等を用いるのが一般
的である。
【0006】しかしながら、WやMo、Ta等の高融点
金属は耐酸化性が弱く、セラミック固体から露出した部
分が大気に触れると劣化しやすいという問題がある。
【0007】また、上記の耐酸化性が弱いという問題点
は、ニッケル(Ni)コートを施したニッケル−鉄(N
i−Fe)合金から成る電気導入端子を用いることで解
決することができるが、この合金は400℃以上から急
激に熱膨張係数が上昇するため、低温域から高温域に温
度が変化した場合、熱膨張差からセラミック固体と電気
導入端子との間で大きな熱応力が発生し、電気的接続の
信頼性を損なうおそれがある。
【0008】本発明は、かかる問題点を除去することを
目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、セラミック固体内に埋設された導電要素
に電気導入端子を接続する電気導入端子の接続構造にお
いて、前記セラミック固体に前記導電要素を横切るよう
穴を設け、前記電気導入端子を、セラミック固体の熱膨
張係数に近い高融点金属から成り且つ前記穴の内部空間
と実質的に同形の嵌合部材と、前記嵌合部材に連結手段
を介して連結される化学的耐久性を有する端子部材とか
ら構成し、前記嵌合部材を前記セラミック固体の前記穴
に嵌合して、前記穴の内壁面に露出している前記導電要
素と嵌合部材とを電気的に接続して成ることを特徴とし
ている。
【0010】この構成においては、セラミック固体の穴
に電気導入端子を嵌め込んだ場合、嵌合部材が穴に嵌合
され、端子部材のみが露出する。嵌合部材とセラミック
固体との間の熱膨張差は少ないので、両者間に大きな熱
応力が生じることはなく、また、露出している端子部材
は耐酸化性のような化学的耐久性を有しているので、接
触ガスによる劣化も防止される。
【0011】嵌合部材を構成する高融点金属としては、
W、Mo又はTa等が好ましい。
【0012】また、端子部材については、耐酸化性を考
慮した場合、NiコートのNi−Fe合金から成ること
が好適である。
【0013】嵌合部材と端子部材とを連結手段として
は、嵌合部材又は端子部材の一方の一端に設けられた雄
ねじ部と、嵌合部材又は端子部材の他方の一端に設けら
れた雌ねじ部とから成るものが考えられ。雄ねじ部と雌
ねじ部との間に導電性の接合剤を介在させることが、電
気抵抗を低減するので有効である。
【0014】また、穴の内壁面(内周面及び底面)と嵌
合部材との間に導電性の接合剤を介在させると共に、嵌
合部材の外面と端子部材の外面との間の境界部、及び、
前記境界部とセラミック固体の表面との間の境界部に導
電性の接合剤を配することで、嵌合部材を雰囲気から遮
断することができる。
【0015】なお、導電性接合剤は銀ロウや銅ロウのよ
うな導電性ロウ材料が好適である。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態について詳細に説明する。
【0017】図1は、本発明が適用可能な静電チャック
10が処理チャンバ12内に配置されたCVD装置やP
VD装置等の半導体製造装置14を示す概略図である。
静電チャック10は、シリコンウェハ16を保持、固定
するために用いられる。静電チャック10は、誘電体で
あるセラミック固体18と、その内部に、セラミック固
体18の上面に対して平行に配置された電極膜20とか
ら基本的には構成され、電極膜20に電圧を印加してシ
リコンウェハ16と電極膜20とに逆極性の帯電を誘導
する原理に基づいている。即ち、逆極性の帯電の間の静
電吸引力が静電チャック10に対してシリコンウェハ1
6を引っ張り、それによりシリコンウェハ16が固定さ
れる。
【0018】電極膜20に電圧を印加するために、電気
導入端子22が静電チャック10には設けられている
が、電極膜20は薄く且つセラミック固体18の上面に
極めて近い部分に配置されるため、電気導入端子22
は、図示実施形態では、電極膜20に電気的に接続され
セラミック固体18の下部まで延びている電極24に接
続されるようになっている。
【0019】図2は、図1の静電チック10における
セラミック固体18に埋設されている電極24と電気導
入端子22との接続構造を明瞭に示した拡大断面図であ
る。図2に示すように、セラミック固体18には、埋設
された電極24を貫通する形で穴26が形成されてお
り、この穴26に電気導入端子22が嵌合されるように
なっている。
【0020】本実施形態においては、電気導入端子22
は、前記穴26と実質的に同形であり当該穴26に嵌合
される嵌合部材28と、この嵌合部材28に連結され電
源回路の接続端子等(図示せず)との接続を可能とする
端子部材30とから構成されている。嵌合部材28は穴
26と同形であるので、セラミック固体18の表面(下
面)から突出する部分はない。また、端子部材30は、
その全体がセラミック固体18の表面(下面)より外側
に配置されることになる。
【0021】嵌合部材28は、W、Mo又はTaのよう
なセラミック固体18の熱膨張係数に近い高融点金属か
ら成る。一方、端子部材30は、化学的耐久性に優れた
材料、例えば耐酸化性の面からは、Ni−Fe合金、好
ましくはKovar(登録商標)から成り、より好まし
くはNiコートされたものから成る。
【0022】嵌合部材28の一端には雄ねじ部32が形
成され、また、この雄ねじ部32を受け入れる雌ねじ部
34が端子部材30の一端に形成されており、これによ
り嵌合部材28と端子部材30とが連結されるようにな
っている。勿論、嵌合部材28と端子部材30との連結
手段は他の手段であってもよい。なお、符号36で示す
ねじ部は、電源回路の接続端子(図示せず)等との接続
を容易にするためのものである。
【0023】このような電気導入端子22は、雄ねじ部
材32と雌ねじ部34との間に適当な導電性接合剤3
8、例えば銀ロウや銅ロウのような導電性ロウ材料を封
入した状態で、端子部材30と嵌合部材28とを連結し
て構成されることが好ましい。導電性接合剤38を嵌合
部材28と端子部材30との間に介在させる理由は、両
部材28,30間の接触面積を増し、電気抵抗を可能な
限り小さくするためである。
【0024】前述したように、電気導入端子22は、セ
ラミック固体18に形成された穴26に嵌め込まれて取
り付けられる。穴26の内部に位置するのは、電気導入
端子22の嵌合部材28のみであり、セラミック固体1
8の表面(下面)と嵌合部材28の端面とはほぼ同一面
となる。更に、嵌合部材28と穴26の内壁面(内周面
及び底面)との間には、適当な導電性接合剤40、例え
ば銀ロウや銅ロウのような導電性ロウ材料が介在され
る。これにより、セラミック固体18に埋設され穴26
の内壁面から露出している電極24と嵌合部材28との
間の電気的接続が確実に行われる。また、嵌合部材28
の外面と端子部材30の外面との間の境界部、及び、そ
の周囲のセラミック固体18の表面に、前記と同じ導電
性接合剤42を配することが有効である。この接合剤4
2は、穴26内の嵌合部材28の表面を完全に覆い、酸
化等に対する防御膜としての機能を果たすものである。
なお、端子部材30がNiコートされている場合、ロウ
材料との接合性が良好となる。
【0025】上記構成において、端子部材30のねじ部
36に、図示しない電源回路の接続端子を接続し電源を
投入すると、電極24を介して電極膜20に電圧が印加
され、静電チャック10上のシリコンウェハ16が静電
的に固定される。そして、半導体製造プロセスが開始さ
れ、処理チャンバ12内の温度が上昇した場合、セラミ
ック固体18に接しているのは嵌合部材28のみであ
り、両者間の熱膨張差が少ないため、セラミック固体1
8と電気導入端子22との間に発生する熱応力は極めて
小さく、これら部材18,22に対する熱的影響は殆ど
ない。その結果、電気導入端子22と電極24との間の
電気的接続の信頼性も高い状態で維持される。また、電
気導入端子22の端子部材30は、周囲温度が400℃
を越えた時点から熱膨張の度合いが急激に大きくなる
が、この端子部材30はセラミック固体18の外部にあ
るため、セラミック固体18に熱応力を加えることはな
い。加えて端子部材30の材料がNiコートされたKo
var(登録商標)のようなNi−Fe合金であるの
で、酸化等に対して十分に耐え得るものとなっている。
【0026】以上、本発明の好適な実施形態について詳
細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない
ことはいうまでもない。例えば、上記実施形態は静電チ
ャックに本発明を適用した例であるが、セラミック固体
内の導電要素に電気導入端子を接続する場合、例えばセ
ラミックヒーターの電熱要素に電気導入端子を接続する
場合等にも本発明は適用可能である。
【0027】また、用いる材料についても上記実施形の
ものに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない限り、他
の材料を用いることができる。
【0028】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、セ
ラミック固体に埋設された電極に電気導入端子を接続し
た構造において、セラミック固体と電気導入端子との間
に生ずる熱応力を低減することができ、その結果として
強度や電気的接続性の信頼性を向上することができる。
【0029】また、外部に露出する電気導入端子の部分
については化学的耐久性を有するものとすることができ
るので、周囲環境のガスに対する耐久性を向上させるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用可能な静電チャックを有する半導
体製造装置の概略図である。
【図2】図1の静電チャックにおける、電気導入端子と
電極との接続構造を示す拡大断面図である。
【図3】従来の電気導入端子と電極との接続構造を示す
拡大断面図である。
【符号の説明】
10…静電チャック、12…処理チャンバ、14…半導
体製造装置、16…シリンコンウェハ、18…セラミッ
ク固体、20…電極膜、22…電気導入端子、24…電
極、26…穴、28…嵌合部材、30…端子部材、32
…雄ねじ部、34…雌ねじ部、36…ねじ部、38,4
0,42…導電性接合剤。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−189696(JP,A) 特開 平5−101871(JP,A) 特開 平9−232409(JP,A) 特開 昭63−26981(JP,A) 特開 昭63−24580(JP,A) 特開 昭63−152892(JP,A) 実開 昭59−173995(JP,U) 実開 平4−49459(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/68 H01R 4/58 H05B 3/02

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミック固体内に埋設された導電要素
    に電気導入端子を接続する電気導入端子の接続構造にお
    いて、 前記セラミック固体に前記導電要素を横切るよう穴を設
    け、 前記電気導入端子を、前記セラミック固体の熱膨張係数
    に近い高融点金属から成り且つ前記穴の内部空間と実質
    的に同形の嵌合部材と、前記嵌合部材に連結手段を介し
    て連結される化学的耐久性を有する端子部材とから構成
    し、 前記嵌合部材の表面全体を外部に露出することがないよ
    前記セラミック固体及び前記端子部材により覆い、 前記嵌合部材を前記セラミック固体の前記穴に嵌合し
    て、前記穴の内壁面に露出している前記導電要素と嵌合
    部材とを電気的に接続し、 前記連結手段を、前記嵌合部材又は前記端子部材の一方
    の一端に設けられた雄ねじ部と、前記嵌合部材又は前記
    端子部材の他方の一端に設けられた雌ねじ部とから構成
    し、 前記雄ねじ部と前記雌ねじ部との間に導電性の接合剤と
    して導電性ロウ材料を介在させて成ることを特徴とす
    る、電気導入端子の接続構造。
  2. 【請求項2】 前記穴の内壁面と前記嵌合部材との間に
    導電性の接合剤として導電性ロウ材料を介在させると共
    に、前記嵌合部材の外面と前記端子部材の外面との間の
    境界部、及び、前記境界部と前記セラミック固体の表面
    との間の境界部に導電性の接合剤として導電性ロウ材料
    を配したことを特徴とする請求項1に記載の電気導入端
    子の接続構造。
  3. 【請求項3】 前記高融点金属は、タングステン、モリ
    ブデン及びタンタルより成る群から選ばれた一つである
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電気導入端子
    の接続構造。
  4. 【請求項4】 前記端子部材は、ニッケルによりコーテ
    ィングされたニッケル−鉄合金から成ることを特徴とす
    る請求項1〜3のいずれか1項に記載の電気導入端子の
    接続構造。
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