JP3752376B2

JP3752376B2 - 端子構造

Info

Publication number: JP3752376B2
Application number: JP1840698A
Authority: JP
Inventors: 成智池田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2018-01-30
Also published as: JPH11220011A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック基体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端子電極部材を接続する端子構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
セラミック基体の内部に内部電極を埋設し、その内部電極に端子電極部材を接続して外部から給電する端子構造を採用するものとして、従来より、例えば内部電極として発熱抵抗体を用いたセラミックヒータや、あるいはＬＳＩ等の半導体集積回路素子の製造工程においてシリコンウエハ等に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こす際にウエハを保持固定するために用いられる、内部電極として静電吸着用電極を備える静電チャック等がある。
【０００３】
この静電チャックは、図４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セラミック基体11の内部にタングステンやモリブデン等の高融点金属材料のメタライズ層から成る静電気発生用の略平板形状のメタライズパターン等から成る第１の内部電極12ａを埋設して成り、この静電気発生用の内部電極12ａに外部から電圧を印加することによりセラミック基体11の表面に静電気を発生させ、この静電気によりシリコンウエハ等（図示せず）をセラミック基体11表面に吸着保持するようになしたものである。
【０００４】
さらに、この静電チャックには、セラミック基体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材料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が例えば蛇行形状に埋設されており、この発熱抵抗体用の内部電極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って、セラミック基体11表面に吸着されたウエハ等をセラミック基体11を介して加熱し得るようになっている。
【０００５】
なお、セラミック基体11の内部に埋設された静電気発生用の内部電極12ａに外部から電圧を印加したり、あるいは発熱抵抗体用の内部電極12ｂに外部から電力を供給するには、その端子構造として、絶縁基体11に、静電気発生用の内部電極12ａに到達して内部電極12ａの一部をその底面に露出させる凹部11ａおよび発熱抵抗体用の内部電極12ｂに到達して内部電極12ｂの一部をその底面に露出させる凹部11ｂを形成しておくとともに、これらの凹部11ａ・11ｂの内壁にタングステンやモリブデン・モリブデン−マンガン等の高融点金属メタライズ層や銀−銅−チタン等の活性金属メタライズ層から成るメタライズ金属層13ａ・13ｂを被着させておき、これらの凹部11ａ・11ｂ内に鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る棒状の端子電極部材14ａ・14ｂを嵌入させるとともに、凹部11ａ・11ｂの内壁のメタライズ金属層13ａ・13ｂおよび静電気発生用の内部電極12ａ・発熱抵抗体用の内部電極12ｂにろう付けすることにより、凹部11ａ・11ｂ内に端子電極部材14ａ・14ｂを取付け、これら端子電極部材14ａ・14ｂを介して内部電極12ａに外部から電圧を印加したり、内部電極12ｂに外部から電力を供給するようになしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の端子構造によれば、セラミック基体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部材14ａ・14ｂを構成する鉄−ニッケル−コバルト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10×10^-6／℃と大きく相違することから、端子電極部材14ａ・14ｂをセラミック基体11に設けた凹部11ａ・11ｂ内にろう付けする際に両者の熱膨張係数の相違に起因する熱応力がセラミック基体11と端子電極部材14ａ・14ｂとの間に発生し、この応力がセラミック基体11の凹部11ａ・11ｂ近傍に大きく内在してしまい、これにウエハを加熱する際などの熱による熱応力が繰り返し印加されると、その熱応力とセラミック基体11に内在する熱応力とがあいまってセラミック基体11にクラックを発生させてしまうこととなり、その結果、端子電極部材14ａ・14ｂと内部電極12ａ・12ｂとの電気的接続が損なわれたり、端子電極部材14ａ・14ｂがセラミック基体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】
本発明は上記問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、加熱による熱応力が繰り返し印加されてもセラミック基体にクラックを発生させることがなく、端子電極部材とセラミック基体内部に埋設された内部電極とを長期間にわたり確実に電気的に接続できる、信頼性が高い端子構造を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の端子構造は、内部電極が埋設されたセラミック基体に前記内部電極の一部を露出させる凹部を形成し、この凹部内に棒状の端子電極部材を前記凹部の内壁との間に隙間を有するようにして挿入するとともにこの端子電極部材の端面を前記凹部底面に、前記端子電極部材と前記内部電極とが電気的に接続されるようにして取着し、さらに前記端子電極部材に前記凹部の開口を塞ぐ平板状のフランジ部材をろう材を介して接合させるとともにこのフランジ部材の上面外周部を前記セラミック基体の開口部周囲に取着したことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の端子構造によれば、端子電極部材は、セラミック基体に形成した凹部の内壁との間に隙間を有するようにして凹部内に挿入されるとともにその端面が凹部内に露出させた内部電極に電気的に接続されるように取着されており、さらに、セラミック基体に形成した凹部の開口を塞ぐように上面外周部がセラミック基体の開口部周囲に取着された平板状のフランジ部材にろう材を介して接合させているので、凹部内において端子電極部材がセラミック基体の凹部内壁からの束縛を受けずに変形可能であるとともに端子電極部材に接合された板状のフランジ部材も変形可能であり、端子電極部材をセラミック基体の凹部内に挿入してろう付けにより取着する際に両者間に熱応力が発生しても、この熱応力は端子電極部材およびフランジ部材が変形することによって良好に吸収緩和されることとなるので、凹部近傍のセラミック基体の内部に熱応力が大きく内在してしまうことはない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の端子構造を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の端子構造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り、図２は図１に示す端子構造の要部拡大断面図である。
【００１１】
これらの図において、１はセラミック基体、２ａ・２ｂはセラミック基体１に埋設された内部電極、３ａ・３ｂは端子電極部材であり、主にこれらで静電チャックを構成している。
【００１２】
セラミック基体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材料から成る略円板状体であり、その上面にシリコンウエハ（図示せず）を支持するための支持体として機能する。
【００１３】
セラミック基体１は、例えば窒化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、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漿状となすとともにこれを従来周知のドクターブレード法を採用して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て、これらに適当な打ち抜き加工を施すとともに上下に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約1600℃の温度で焼成することによって製作される。
【００１４】
セラミック基体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内部電極２ａおよびシリコンウエハ等を加熱するための発熱抵抗体用の内部電極２ｂが埋設されている。
【００１５】
セラミック基体１に埋設された静電気発生用の内部電極２ａは、セラミック基体１の上面近傍に配置された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成り、これに外部から所定の電圧を印加することによりセラミック基体１の上面に静電気を発生させる作用をなし、これによりセラミック基体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。
【００１６】
また、セラミック基体１に埋設された発熱抵抗体用の内部電極２ｂは、セラミック基体１の厚み方向の略中央部に例えば蛇行するパターンの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してセラミック基体１を加熱する作用をなし、これによりセラミック基体１の上面に吸着保持されるシリコンウエハ等をセラミック基体１を介して加熱する。
【００１７】
セラミック基体１に埋設された静電気発生用の内部電極２ａおよび発熱抵抗体用の内部電極２ｂは、例えばメタライズパターンから成る場合であれば、タングステン粉末やモリブデン粉末等の高融点金属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セラミック基体１となるセラミックグリーンシートに所定のパターンに印刷塗布しておくことによって、セラミック基体１の所定位置に所定形状に形成される。
【００１８】
セラミック基体１は、またその下面側に、内部電極２ａ・２ｂに到達してそれらの一部を露出させる凹部１ａ・１ｂが形成されており、この凹部１ａ・１ｂ内には鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る棒状の端子電極部材３ａ・３ｂが凹部１ａ・１ｂの内壁との間に隙間を有するようにして挿入され、この例であれば凹部１ａ・１ｂの底面に露出させた内部電極２ａ・２ｂに端子電極部材３ａ・３ｂの上端面を当接させて、端子電極部材３ａ・３ｂと内部電極２ａ・２ｂとがろう付け等により取着されている。
【００１９】
セラミック基体１の凹部１ａ・１ｂに挿入されて内部電極２ａ・２ｂの露出部に電気的に接続されるようにして取着された端子電極部材３ａ・３ｂは、内部電極２ａ・２ｂ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、セラミック基体１の凹部１ａ・１ｂ内にこの凹部１ａ・１ｂ内壁との間に隙間を有するようにして挿入されるとともに、その上端面がこの例であれば凹部１ａ・１ｂ底面に露出させた内部電極２ａ・２ｂの露出部に銀−銅ろう等のろう材４ａ・４ｂを介してろう付けにより取着されている。
【００２０】
このような静電チャックによれば、端子電極部材３ａを介して内部電極２ａに所定の電圧を印加することによってセラミック基体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、また端子電極部材３ｂを介して内部電極２ｂに電力を供給することによって、内部電極２ｂがジュール発熱してセラミック基体１が加熱される。
【００２１】
端子電極部材３ａ・３ｂはさらに、その下端側にセラミック基体１の凹部１ａ・１ｂの開口を塞ぐ平板状のフランジ部材５ａ・５ｂが銀−銅ろう等のろう材６ａ・６ｂを介して接合されており、このフランジ部材５ａ・５ｂはセラミック基体１の凹部１ａ・１ｂの開口部周囲に銀−銅ろう等のろう材７ａ・７ｂによりろう付けする等の方法により取着されている。
【００２２】
フランジ部材５ａ・５ｂは、例えば鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る平板であり、その中央部に端子電極部材３ａ・３ｂを挿通可能な貫通孔を有しており、この貫通孔内に端子電極部材３ａ・３ｂの下端部等が挿通ろう付けされて接合されているとともに、上面外周部がセラミック基体１下面の凹部１ａ・１ｂの開口部周囲に、その部分に被着された金属層８ａ・８ｂにろう付けすること等により取着されている。このフランジ部材５ａ・５ｂは、セラミック基体１の凹部１ａ・１ｂ内に挿入された端子電極部材３ａ・３ｂを所定位置に支持固定する固定部材として機能する。
【００２３】
そして、端子電極部材３ａ・３ｂの上端面と内部電極２ａ・２ｂの凹部１ａ・１ｂの露出部とを、および端子電極部材３ａ・３ｂとフランジ部材５ａ・５ｂとを、ならびにフランジ部材５ａ・５ｂとセラミック基体１とを、それぞれ銀−銅ろう等のろう材４ａ・４ｂおよび６ａ・６ｂならびに７ａ・７ｂを介して取着あるいは接合するには、例えば先ず、端子電極部材３ａ・３ｂの下端部をフランジ部材５ａ・５ｂの貫通孔に挿通させてこれらを銀−銅ろう材等のろう材６ａ・６ｂを介して接合し、次に端子電極部材３ａ・３ｂをセラミック基体１の凹部１ａ・１ｂ内に、この凹部１ａ・１ｂの内壁との間に隙間を有するようにして挿入するとともに端子電極部材３ａ・３ｂの上端面と内部電極２ａ・２ｂの露出部とを、およびフランジ部材５ａ・５ｂとセラミック基体１とを、それぞれ銀−銅ろう等のろう材４ａ・４ｂおよび６ａ・６ｂならびに７ａ・７ｂを介して取着あるいは接合する方法が採用される。
【００２４】
このとき、端子電極部材３ａ・３ｂは、セラミック基体１の凹部１ａ・１ｂの内壁との間に隙間を有するようにして挿入されていることから、凹部１ａ・１ｂ内壁から束縛されることはないので、ろう付け時に発生する熱応力は端子電極部材３ａ・３ｂが変形することによって良好に吸収され、さらに、平板状のフランジ部材５ａ・５ｂも、その外周部のみがセラミック基体１に接合されているので、その中央部が変形することによってろう付け時に発生する熱応力を良好に吸収緩和する。従って、セラミック基体１の凹部１ａ・１ｂ近傍にろう付け時に発生する応力が大きく内在することはなく、このため、これにシリコンウエハ等を加熱する際などの熱による熱応力が繰り返し印加されても、この応力がセラミック基体１に内在する応力とあいまってセラミック基体１にクラックを発生させることはなく、端子電極部材３ａ・３ｂと内部電極２ａ・２ｂとの電気的接続を長期間にわたり確実なものとすることが可能となる。
【００２５】
なお、セラミック基体１の凹部１ａ・１ｂの開口部周囲には、例えばタングステンやモリブデン等の高融点金属メタライズ層や銀−銅−チタン等の活性金属メタライズ層等から成るメタライズ金属層８ａ・８ｂが被着されており、このメタライズ金属層８ａ・８ｂとフランジ部材５ａ・５ｂとをろう材７ａ・７ｂによりろう付けすること等により、フランジ部材５ａ・５ｂがセラミック基体１に取着されている。
【００２６】
かくして本発明の端子構造によれば、セラミック基体１の凹部１ａ・１ｂ内に金属製の端子電極部材３ａ・３ｂをセラミック基体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、セラミック基体１内部に埋設された内部電極２ａ・２ｂと端子電極部材３ａ・３ｂとを長期間にわたり確実に電気的に接続することができる、信頼性の高い端子構造となる。
【００２７】
なお、本発明の端子構造は上述の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あれば種々の変更を加えることは何ら差し支えない。
【００２８】
例えば、上述の実施の形態の例ではセラミック基体１の凹部１ａ・１ｂは内部電極２ａ・２ｂに到達してその底面に内部電極２ａ・２ｂの一部を露出させていたが、凹部１ａ・１ｂは、図３に図２と同様の拡大断面図で示すように、内部電極２ａ・２ｂを貫通してその内壁に内部電極２ａ・２ｂを露出させていてもよい。このような場合には、例えば凹部１ａ・１ｂの底面から内部電極２ａ・２ｂが露出した内壁にかけて銀−銅−チタン等から成る活性金属メタライズ層９ａ・９ｂを被着させておき、これに端子電極部材３ａ・３ｂの端面を直接、あるいは銀−銅ろう等のろう材を介して接合するような構成等により、端子電極部材３ａ・３ｂの端面と内部電極２ａ・２ｂとが電気的に接続されるようにして取着させればよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の端子構造によれば、端子電極部材は、セラミック基体に埋設された内部電極を露出させるよう形成された凹部の内壁との間に隙間を有するようにして凹部内に挿入されるとともにその端面が内部電極と電気的に接続されるようにして取着されており、さらにセラミック基体の凹部の開口部周囲に開口を塞ぐように上面外周部が取着された平板状のフランジ部材にろう材を介して接合されていることから、凹部内において端子電極部材がセラミック基体の凹部内壁からの束縛を受けずに変形可能であるとともに端子電極部材に接合された板状のフランジ部材も変形可能であるので、端子電極部材をセラミック基体の凹部内に挿入してろう付けにより取着する際に両者間に熱応力が発生しても、この熱応力は端子電極部材およびフランジ部材が変形することによって良好に吸収緩和され、凹部近傍のセラミック基体の内部に熱応力が大きく内在してしまうことはなく、従って、これに加熱による熱応力が繰り返し印加されてもこの応力がセラミック基体に内在する熱応力とあいまってセラミック基体にクラックを発生させたりすることがなく、端子電極部材とセラミック基体の内部に埋設された内部電極とを長期間にわたり確実に電気的に接続できる。
【００３０】
以上のように、本発明により、加熱による熱応力が繰り返し印加されてもセラミック基体にクラックを発生させることはなく、端子電極部材とセラミック基体内部に埋設された内部電極とを長期間にわたり確実に電気的に接続できる、信頼性の高い端子構造を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の端子構造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に示す端子構造の要部拡大断面図である。
【図３】本発明の端子構造の実施の形態の他の例を示す要部拡大断面図である。
【図４】静電チャックの例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・セラミック基体
１ａ、１ｂ・・・・凹部
２ａ、２ｂ・・・・内部電極
３ａ、３ｂ・・・・端子電極部材
５ａ、５ｂ・・・・フランジ部材

Claims

内部電極が埋設されたセラミック基体に前記内部電極の一部を露出させる凹部を形成し、該凹部内に棒状の端子電極部材を前記凹部の内壁との間に隙間を有するようにして挿入するとともに該端子電極部材の端面を前記凹部底面に、前記端子電極部材と前記内部電極とが電気的に接続されるようにして取着し、さらに前記端子電極部材に前記凹部の開口を塞ぐ平板状のフランジ部材をろう材を介して接合させるとともに該フランジ部材の上面外周部を前記セラミック基体の開口部周囲に取着したことを特徴とする端子構造。