JP6591911B2

JP6591911B2 - 半導体製造装置用部品

Info

Publication number: JP6591911B2
Application number: JP2016033729A
Authority: JP
Inventors: 小野　浩司; 浩司小野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2019-10-16
Anticipated expiration: 2036-02-25
Also published as: JP2017153254A

Description

本発明は、半導体製造装置用部品に関するものである。

半導体製造装置用部品として、例えば、特許文献１に記載の給電端子の接合構造が知られている。特許文献１に記載の給電端子の接合構造は、表面に凹部を有するセラミック部材と、セラミック部材の内部に設けられて凹部の底面に一部が露出した内部電極と、凹部に挿入されるとともに内部電極にろう付けによって接合された給電端子とを備えている。

特開２００５−１９４８０号公報

しかしながら、特許文献１に開示された給電端子の接合構造においては、ヒートサイクル下において、給電端子とセラミック部材との間に熱応力が生じるおそれがあった。その結果、セラミック部材にクラックが生じるおそれがあった。

本発明の一態様の半導体製造装置用部品は、セラミックスからなる基体と、該基体の内部に設けられた電極層と、前記基体の表面に導電性の接合材によって接合されるとともに前記電極層に電気的に接続されたリード端子とを備えており、前記基体が、前記表面のうち前記リード端子が接合された領域に、同心円状の複数の溝部を有することを特徴とする。

本発明の一態様の半導体製造装置用部品においては、基体が、リード端子が接合された領域に、同心円状の複数の溝部を有することによって、熱応力を周方向に分散させることができる。これにより、特定の部位に熱応力が集中することを低減できる。その結果、基体にクラックが生じるおそれを低減できる。

本発明の半導体製造装置用部品の実施の形態の一例を示す概略断面図である。図１に示す半導体製造装置用部品を示す部分断面図である。本発明の半導体製造装置用部品の変形例を示す部分断面図である。本発明の半導体製造装置用部品の変形例を示す部分断面図である。本発明の半導体製造装置用部品の変形例を示す部分断面図である。本発明の半導体製造装置用部品の変形例を示す部分断面図である。本発明の半導体製造装置用部品の変形例を示す部分断面図である。本発明の半導体製造装置用部品の変形例を示す部分断面図である。

本発明の一実施形態の半導体製造装置用部品１０について詳細に説明する。

図１に示すように、半導体製造装置用部品１０は、基体１と、基体１の内部に設けられ
た電極層２とを備えている。半導体製造装置用部品１０は、例えば、静電チャックとして用いられる。この場合には、電極層２は、例えば、静電吸着用電極として用いられる。

半導体製造装置用部品１０が静電チャックとして用いられる場合には、基体１は試料を保持するための部材である。基体１は、積層体から成る。基体１は、例えば、円板状の部材である。基体１は、例えば、窒化アルミニウム等のセラミック材料から成る。基体１は、例えば、複数のグリーンシートを積層して、これを窒素雰囲気中で焼成することによって得ることができる。基体１の内部には電極層２が設けられている。このような構成にするためには、上述した焼成前の複数のグリーンシートのうち所望のグリーンシートにスクリーン印刷法等を用いて、焼成後に電極層２と成るパターンを印刷しておけばよい。基体１の寸法は、例えば、主面の直径を３０〜５００ｍｍ程度に、厚みを５〜２５ｍｍ程度に設定できる。

半導体製造装置用部品１０が静電チャックとして用いられる場合には、電極層２は静電吸着力によって試料を保持するための部材である。電極層２は、例えば、基体１の主面と対向するように円状に設けられている。電極層２は、例えば、タングステン等の金属材料から成る。

図２に示すように、本実施形態の半導体製造装置用部品１０においては、基体１の表面に電極層２と外部の電源（図示せず）との電気的な接続を行なうための凹部５が設けられている。凹部５の内表面には電極層２が露出している。より具体的には、凹部５の底面に電極層２が露出している。基体１の表面にはリード端子３が設けられている。なお、図２は部分断面図であるため、基体１、電極層２およびリード端子３等は接合部分およびその周辺のみを局所的に示している。リード端子３は、電極層２と外部の電源とを電気的に接続するための部材である。

リード端子３は、電極層２に導電性の接合材４によって接合（固定）されているとともに、電極層２に電気的に接続されている。リード端子３は、基体１の表面から垂直方向に伸びるように設けられている。リード端子３は、例えば、断面の形状が円状の棒状または針金状の部材である。リード端子３の材料としては、例えば、金、銅または黄銅等の銅系合金を用いることができる。また、その他のリード端子３の材料としては、例えば、ニッケル、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金等を用いることができる。

本実施形態においては、リード端子３の径は凹部５の径よりも大きい。リード端子３の端面は凹部５の開口部を覆っている。接合材４は凹部５に充填されるとともに、基体１の表面のうち凹部５の周囲にまで広がっている。接合材４は、基体１の表面とリード端子３の端面との間を濡れ広がっている。接合材４としては、例えば、銀銅ろうまたは半田等を用いることができる。

ここで、本実施形態の半導体製造装置用部品１０においては、基体１が、表面のうちリード端子３が接合された領域に、同心円状の複数の溝部６を有している。なお、ここでいう「接合された領域」とは、基体１の表面のうち電極層２とリード端子３とを固定する接合材４が濡れ広がっている領域を意味している。

このように、リード端子３が接合された領域に、同心円状の複数の溝部６を有することによって、熱応力を周方向に分散させることができる。これにより、特定の部位に熱応力が集中することを低減できる。その結果、基体１にクラックが生じるおそれを低減できる。溝部６の寸法は、例えば、溝部６の幅を０．５ｍｍ〜１０ｍｍ、溝部６同士の間隔を０．０５ｍｍ〜１ｍｍ好ましくは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ、溝部６の深さを０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍ好ましくは０．０２ｍｍ〜０．２ｍｍに設定できる。

溝部６の断面形状は、例えば、Ｕ字状またはＶ字状等に設定できる。溝部６の形状がＵ字状である場合には、溝部６の底面の形状が緩やかになるので溝部６においてクラックが生じるおそれを低減できる。

溝部６は、例えば、マニシング加工によって形成することができる。具体的には、ダイヤモンド等からなる加工ツールを用いて、同心円状の溝部６を形成することができる。

複数の溝部６のうち、中心側に位置する溝部６よりも外周側に位置する溝部６のほうが幅が大きくなっていてもよい。これにより、ヒートサイクル下において熱応力が生じたとしても、この熱応力をリード端子３の端面の中心側に集中させることができる。リード端子３の中心側は外周側と比較してクラック等が入りにくい。これは、リード端子３の外周側には、リード端子３の端面と外周面とによって形成される角部があることから熱応力が生じたときに、クラック等が生じやすい状態にある。これに対してリード端子３の端面の中心側は角部が存在しないことからクラックの起点となる部分が存在しにくい点が理由として挙げられる。これらの理由により、リード端子３の耐久性を向上させることができる。

ここでいう、中心側および外周側とは、例えば、以下のように定義できる。具体的には、リード端子３の端面が円形状の場合には、リード端子３の端面の中心と同じ中心を有しており径が半分の大きさの仮想円を考えたときに、この仮想円の内側を中心側として外側を外周側と見なすことができる。

また、複数の溝部６のうち、リード端子３の外周の直下に位置する部分の深さが、リード端子３の直下に位置する他の部分の深さよりも、大きくなっていてもよい。この場合には、リード端子３の外周面に濡れ広がった接合材４が形成するメニスカスの曲率を大きくできる。そのため、リード端子３が傾く方向の力がリード端子３に加わった際の接合の耐久性を向上させることができる。

また、複数の溝部６のうち、リード端子３の外周の直下に位置する部分の幅が、リード端子３の直下に位置する他の部分の幅よりも大きくてもよい。この場合には、リード端子３の外周面に濡れ広がった接合材４が形成するメニスカスの高さ（深さ）を大きくできる。そのため、リード端子３が傾く方向の力がリード端子３に加わった際の接合の耐久性を向上させることができる。

また、図３に示すように、リード端子３が内部に空洞３２を有していてもよい。空洞３２は、リード端子３のうち電極層２に接合される端面に開口している。言い換えると、リード端子３が中空状であってもよい。また、リード端子３が筒状であってもよい。リード端子３が空洞３２を有している場合であっても、上述した複数の溝部６を跨って覆うようにリード端子３の端面が位置していれば上述した効果を得ることができる。リード端子３が空洞３２を有している場合には、接合材４の一部がリード端子３の内周側に入り込んでいてもよい。これにより、リード端子３をより強固に基体１に固定することができる。

また、図４に示すように、基体１が表面にリード端子３を挿入するための凹部５を有していてもよい。このとき、リード端子３の少なくとも一部が凹部５に挿入されており、凹部５の底面に接合されていてもよい。図４に示す半導体製造装置用部品１０においては、底面に電極層２が露出している。この電極層２および接合材４を介して、リード端子３が凹部５の底面に接合されている。

基体１が、表面にリード端子３を挿入するための凹部５を有するとともに、リード端子
３が凹部５の底面に接合されていることによって、リード端子３の位置決めを行ないやすくできる。これにより、リード端子３と電極層２との接続の信頼性を向上できる。

リード端子３は、凹部５に挿入される先端部分が残部と比較して径が小さくなっている。言い換えると、リード端子３は先端に縮径部３１を有している。リード端子３の縮径部３１は凹部５に挿入されている。接合材４は、凹部５の内部において縮径部３１と電極層２とを固定するとともに、基体１の表面のうち凹部５の周囲にも濡れ広がっている。接合材４のうち凹部５の周囲に濡れ広がった部分は、リード端子３の残部を固定している。さらに言い換えると、リード端子３は先端に凸部３１を有しており、この凸部３１が基体１の凹部５に挿入されている。接合材４はリード端子３の端面のうち凸部３１を含む全体に濡れ広がっている。これにより、リード端子３を強固に固定できる。また、図５に示すように、リード端子３を凹部５に挿入する場合も、リード端子３が空洞３２を有していてもよい。

また、図６、７に示すように、凹部５が二重に形成されていてもよい。具体的には、リード端子３の端部の全体が挿入される第１凹部５１と、第１凹部５１の底面に形成されており、リード端子３の端面に形成された凸部３１が挿入される第２凹部５２とを有していてもよい。これにより、第１凹部５１とリード端子３の外周面との間、および、第２凹部５２と凸部３１との間に接合材４を濡れ広がらせることができるので、接合強度を向上できる。

また、図６、７に示すように、第１凹部５１の底面に複数の溝部６が形成されるとともに、第２凹部５２の底面にも複数の溝部６が形成されていてもよい。第２凹部５２の底面に複数の溝部６が形成されているとともに、この上に設けられた電極層２もこの複数の溝部６の形状を反映して表面に凹凸が出来ていてもよい。これにより、電極層２とリード端子３とを接合材４で接合したときに、熱応力を周方向に分散させることができる。これにより、特定の部位に熱応力が集中することを低減できる。なお、図４に示す半導体製造装置用部品１０においても、凹部５の底面に同様の溝部６が形成されていてもよい。そして、この溝部６の形状を反映して電極層２の表面に凹凸が出来ていてもよい。

また、図８に示すように、基体１にリード端子３が挿入される凹部５が設けられるとともに、凹部５の底面に複数の溝部６が形成されていてもよい。この場合にも、複数の溝部６の上に設けられた電極層２もこの複数の溝部６の形状を反映して表面に凹凸が出来ていてもよい。これにより、電極層２とリード端子３とを接合材４で接合したときに、熱応力を周方向に分散させることができる。これにより、特定の部位に熱応力が集中することを低減できる。

また、リード端子３が、接合材４よりも硬度が大きくてもよい。これにより、熱応力が生じたときにリード端子３よりも接合材４に変形を生じさせることができる。これにより、リード端子３の位置の精度を高めることができる。リード端子３が接合材４よりも硬度が大きい場合としては、以下の例が挙げられる。具体的には、接合材４として、例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田、Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌ系またはＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系等のＳｎ−Ｚｎ系半田を用いる場合には、リード端子３として、例えば、銅、黄銅またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の接合材４よりも高い硬度を有する材料を用いることができる。硬度の比較は以下の方法で行なうことができる。具体的にはＪＩＳＺ２２４４に基づき、ビッカース硬度Ｈｖを測定することで硬度の比較ができる。

１：基体
２：電極層
３：リード端子
３１：凸部、縮径部
３２：空洞
４：接合材
５：凹部
５１：第１凹部
５２：第２凹部
６：溝部
１０：半導体製造装置用部品

Claims

セラミックスからなる基体と、該基体の内部に設けられた電極層と、前記基体の表面に導電性の接合材によって接合されるとともに前記電極層に電気的に接続されたリード端子とを備えており、
前記基体が、前記表面のうち前記リード端子が接合された領域に、同心円状の複数の溝部を有することを特徴とする半導体製造装置用部品。
前記基体が、前記表面に前記リード端子を挿入するための凹部を有するとともに、
前記リード端子が前記凹部の底面に接合されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置用部品。
前記複数の溝部のうち、中心側に位置する溝部よりも外周側に位置する溝部のほうが幅が大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置用部品。
前記複数の溝部のうち、前記リード端子の外周の直下に位置する部分の深さが、リード端子の直下に位置する他の部分の深さよりも、大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体製造装置用部品。
前記複数の溝部のうち、前記リード端子の外周の直下に位置する部分の幅が、リード端子の直下に位置する他の部分の幅よりも、大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体製造装置用部品。
前記リード端子が、内部に空洞を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体製造装置用部品。
前記リード端子が、前記接合材よりも硬度が大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の半導体製造装置用部品。