TW201942094A - 陶瓷構造體 - Google Patents

陶瓷構造體 Download PDF

Info

Publication number
TW201942094A
TW201942094A TW108111640A TW108111640A TW201942094A TW 201942094 A TW201942094 A TW 201942094A TW 108111640 A TW108111640 A TW 108111640A TW 108111640 A TW108111640 A TW 108111640A TW 201942094 A TW201942094 A TW 201942094A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
metal
metal member
conductive member
ceramic
linear expansion
Prior art date
Application number
TW108111640A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI800634B (zh
Inventor
土田淳
Original Assignee
日商日本特殊陶業股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商日本特殊陶業股份有限公司 filed Critical 日商日本特殊陶業股份有限公司
Publication of TW201942094A publication Critical patent/TW201942094A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI800634B publication Critical patent/TWI800634B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3731—Ceramic materials or glass
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6831—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • H01L21/6833—Details of electrostatic chucks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0008—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
    • C04B37/021—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles in a direct manner, e.g. direct copper bonding [DCB]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67103—Apparatus for thermal treatment mainly by conduction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6831—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3675—Cooling facilitated by shape of device characterised by the shape of the housing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3736—Metallic materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • B23K2103/52—Ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/34—Oxidic
    • C04B2237/343—Alumina or aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/36—Non-oxidic
    • C04B2237/366—Aluminium nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/40—Metallic
    • C04B2237/403—Refractory metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/68—Forming laminates or joining articles wherein at least one substrate contains at least two different parts of macro-size, e.g. one ceramic substrate layer containing an embedded conductor or electrode
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12014—All metal or with adjacent metals having metal particles
    • Y10T428/12028—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, etc.]
    • Y10T428/12049—Nonmetal component
    • Y10T428/12056—Entirely inorganic

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

提供一種即便長期間使用亦能防止裂痕進到陶瓷基材或導電構件之陶瓷構造體。
陶瓷構造體1包含：陶瓷基材10，具有主面11；穴部12，從主面11往陶瓷基材10的內部伸長；金屬電極層20，埋設於陶瓷基材10；及導電構件30，以與金屬電極層20電性連接且構成穴部12的底部13之方式埋設於陶瓷基材10。再者，陶瓷構造體1包含：第1金屬構件40，藉硬焊料21接合於導電構件30且具有導電構件30的平均線膨脹係數以上大小的平均線膨脹係數；平均線膨脹係數大於第1金屬構件40的一或複數個第2金屬構件50；及接合於第2金屬構件50且平均線膨脹係數大於第2金屬構件50的金屬端子60。

Description

陶瓷構造體
本發明係有關一種陶瓷構造體。
已知有提案一種在由氮化鋁(陶瓷)構成的基體上藉機械加工形成孔，使基體內部的金屬電極於此孔露出，對該孔插入圓柱狀的金屬端子並將金屬端子的前端面進行硬焊(brazing)。但基體有在使用環境下反複高溫並曝露的情況，在室溫與600℃之間進行熱循環試驗或在600℃下之長期間的保持試驗後，在劃分孔的基體的內側面有產生裂痕。有關該對策方面，有提案一種減少殘留在基體的應力以抑制產生在基體的裂痕之技術(例如，專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第3776499號公報
專利文獻1的技術為，將金屬構件與形成有供收容此金屬構件的收容孔之陶瓷構件接合者，金屬構 件被收容在收容孔內，在藉金屬構件的底面側劃分收容孔的陶瓷構件的側壁面與金屬構件之間設有寬度0.2mm以上的間隙部。將金屬構件與陶瓷構件接合的接合層被設在金屬構件的底面與收容孔的底面之間，以此接合層的一部分被覆收容孔的底面之方式在間隙部露出。
又，在金屬構件與陶瓷構件接合之際，金屬構件收容於收容孔內，金屬構件具備此金屬構件的本體及橫剖面方向的尺寸比由此本體朝收容孔的底面側突出的本體還小的前端部。間隙部係被前端部、本體及劃分收容孔的陶瓷構件的側壁面及收容孔的底面所包圍。
收容孔的底及金屬構件的底係被硬焊，在前端部與側壁面之間，一部分的硬焊料流進間隙部，流進間隙部的硬焊料係在前端部與側壁面之間形成有下陷部。在間隙部內露出的接合層不會成為在陶瓷構件與金屬構件之間被牢固地拘束的細長形態，即便在硬焊料與陶瓷構件之間產生熱膨脹差，還是會因硬焊料的流動或變形而被某程度地吸收。
然而，由為了與內建於陶瓷構件的電極取得電性連接而需要具有一定體積的埋設金屬、從金屬構件(含Ni的端子)與埋設金屬之平均線膨脹係數的差大、及埋設金屬在陶瓷構件的製造過程必然要經歷燒成溫度1800℃以上而強度降低並脆化等考量，就僅是端子的金屬構件之前端形狀及收容孔與金屬構件(端子)之間隙的形態之調節而言，無法緩和埋設金屬與金屬構件間之應力，具有在長期間使用後會產生裂痕之虞。
本發明係有鑑於以上問題點，以提供一種即便長期間使用亦能防止裂痕進到陶瓷基材或導電構件之陶瓷構造體為目的。
〔1〕為達成上述目的，本發明的陶瓷構造體之特徵為包含：陶瓷基材，具有主面，穴部，從前述主面往前述陶瓷基材的內部伸長，金屬電極層，埋設於前述陶瓷基材，導電構件，以與前述金屬電極層電性連接且構成前述穴部的底部之方式埋設於前述陶瓷基材，第1金屬構件，藉硬焊料接合於前述導電構件且具有前述導電構件的平均線膨脹係數以上大小的平均線膨脹係數，一或複數個第2金屬構件，配置在前述第1金屬構件的和前述導電構件相向的面之相反側的面上，且平均線膨脹係數大於前述第1金屬構件，金屬端子，至少一部分位在前述穴部且接合於一或複數個前述第2金屬構件，而且平均線膨脹係數大於前述第2金屬構件，前述導電構件與前述金屬端子之距離為1.5mm以上，且前述第1金屬構件的厚度與前述第2金屬構件的厚度之比小於4。
依據這樣的構成，雖然埋設於陶瓷基材的導電構件經歷燒成溫度會有晶粒長大而脆化使強度降低， 但藉由載置平均線膨脹係數是導電構件的平均線膨脹係數以上大小之第1金屬構件，再於其上載置比第1金屬構件的平均線膨脹係數大且比金屬端子的平均線膨脹係數小的平均線膨脹係數之第2金屬構件，以第1金屬構件及第2金屬構件承受因導電構件與金屬端子的平均線膨脹係數之差而起作用的應力，能抑制在導電構件起作用的應力。
如此，因為是以平均線膨脹係數遞增的方式傾斜化而在導電構件依序接合了第1金屬構件、第2金屬構件及金屬端子，故可抑制在導電構件及第1金屬構件間起作用的應力、在第1金屬構件及第2金屬構件間起作用的應力、及在第2金屬構件及金屬端子間起作用的應力，能防止裂痕進到導電構件。
再者，透過將導電構件與金屬端子之距離為1.5mm以上那樣較厚的第1金屬構件及第2金屬構件，配置在導電構件與金屬端子間，增大導電構件與金屬端子間之距離，能抑制在導電構件與金屬端子間起作用的應力。由於第1金屬構件的厚度與第2金屬構件的厚度之比小於4，故第1金屬構件對第2金屬構件之厚度比率不會變太大，能充分發揮第1金屬構件的平均線膨脹係數的傾斜機能。
〔2〕又較佳為，本發明的陶瓷構造體中包含：陶瓷基材，具有主面；穴部，從前述主面往前述陶瓷基材的內部伸長； 金屬電極層，埋設於前述陶瓷基材；導電構件，以與前述金屬電極層電性連接且構成前述穴部的底部之方式埋設於前述陶瓷基材且由鎢或鉬所構成；第1金屬構件，藉硬焊料接合於前述導電構件且由和前述導電構件相同材料所構成；前科伐合金所構成的一或複數個第2金屬構件，配置在前述第1金屬構件的和前述導電構件相向的面之相反側的面上；及含鎳的金屬端子，至少一部分位在前述穴部且接合於一或複數個前述第2金屬構件，前述導電構件與前述金屬端子之距離為1.5mm以上，且前述第1金屬構件的厚度與前述第2金屬構件的厚度之比小於4。
依據這樣的構成，因為將第1金屬構件設為與導電構件相同材料，故可使導電構件與第1金屬構件之平均線膨脹係數相等。因為作成將第2金屬構件設為科伐合金且將金屬端子設為含有鎳者，故能發揮從第2金屬構件到金屬端子的平均線膨脹係數之傾斜機能。
〔3〕又較佳為，於本發明的陶瓷構造體中，前述第1金屬構件的平均粒徑小於前述導電構件的平均粒徑。
依據這樣的構成，由於第1金屬構件在平均粒徑方面是小於導電構件，故可將構件的強度或韌性維持在一定程度的高度。
〔4〕又較佳為，於本發明的陶瓷構造體中，在前述第1金屬構件、前述第2金屬構件及前述金屬端子、與劃分前述穴部的前述陶瓷基材的內側面之間形成有間隙。
依據這樣的構成，透過設置間隙，即便第1金屬構件及第2金屬構件膨脹亦可抑制與劃分穴部的陶瓷基材的內側面相接，能防止裂痕進到陶瓷基材。
〔5〕又較佳為，於本發明的陶瓷構造體中，前述第1金屬構件，係由作為和前述導電構件相向的面之第1表面、作為其相反側的面之第1背面、及連接前述第1表面及前述第1背面之第1側面所構成的板狀構件，前述第2金屬構件，係由朝向前述第1金屬構件側的第2表面、其相反側的第2背面、及連接前述第2表面及前述第2背面之第2側面所構成的板狀構件，前述金屬端子係具有和前述第2金屬構件相向的端面及和前述端面連接的側面之柱狀構件，形成在前述第1金屬構件的前述第1背面與第1側面之間的角部，形成在前述第2金屬構件的前述第2表面與第2側面之間的角部，形成在前述第2金屬構件的前述第2背面與前述第2側面之間的角部，及形成在前述金屬端子的前述端面與前述側面之間的角部中的至少1個角部係被倒角。
依據這樣的構成，因為透過在倒角部分囤積硬焊料以抑制硬焊料進到間隙，維持間隙，即便第1金屬構件及第2金屬構件膨脹亦可抑制與劃分穴部的陶瓷基材之內側面相接，能防止裂痕進入陶瓷基材。
1‧‧‧陶瓷構造體
10‧‧‧陶瓷基材
11‧‧‧主面
12‧‧‧穴部
13‧‧‧底部
14‧‧‧內側面
15‧‧‧間隙
20‧‧‧金屬電極層
21‧‧‧硬焊料
30‧‧‧導電構件(鎢)
31‧‧‧露出面
40‧‧‧第1金屬構件(鎢)
41‧‧‧相向的面(第1表面)
42‧‧‧相反側的面(第1背面)
43‧‧‧第1側面
50‧‧‧第2金屬構件(科伐合金)
51‧‧‧第2表面
52‧‧‧第2背面
53‧‧‧第2側面
60‧‧‧金屬端子(鎳)
61‧‧‧相向的端面
62‧‧‧側面
圖1係表示本發明的陶瓷構造體之剖面圖。
圖2係表示圖1的陶瓷構造體之主要部分放大圖。
圖3係表示第1比較例的陶瓷構造體之剖面圖。
圖4係表示第2比較例的陶瓷構造體之剖面圖。
(實施形態)
以下，使用圖示來說明本發明實施形態。此外，圖示係概念性地(示意性地)表示陶瓷構造體1。
如圖1及圖2所示，陶瓷構造體1包含：具有主面11的陶瓷基材10；從主面11往陶瓷基材10的內部伸長的穴部12；埋設於陶瓷基材10的金屬電極層20；及與金屬電極層20電性連接且構成穴部12的底部13之方式埋設於陶瓷基材10的導電構件30。
陶瓷構造體1係在半導體製造裝置中為載置半導體晶圓所用之加熱器或靜電夾盤。陶瓷基材10係由氮化鋁形成的板狀構件，在主面11的反對側的表面載置半導體晶圓。此外，陶瓷基材10也可由氧化鋁等之其他的陶瓷材料所形成以取代氮化鋁。金屬電極層20係被用 作為吸附電極、加熱器電極或高頻產生用電極且由鉬構成的網目(mesh)或箔。
而且，陶瓷構造體1包含：藉硬焊料21接合於導電構件30且具有導電構件30的平均線膨脹係數以上大小的平均線膨脹係數之第1金屬構件40；配置在第1金屬構件40的和導電構件30相向的面(第1表面)41及相反側的面(第1背面)42上，且平均線膨脹係數大於第1金屬構件40的一或複數個第2金屬構件50；及至少一部分位在穴部12、且接合於一或複數個第2金屬構件50，並且平均線膨脹係數大於第2金屬構件50的金屬端子60。
在第1金屬構件40、第2金屬構件50及金屬端子60與劃分穴部12的陶瓷基材10的內側面14之間，形成有間隙15。間隙15的寬度係0.1〔mm〕。
此外，實施形態中雖將間隙15的寬度設為0.1〔mm〕，但未受限於此，間隙15的寬度只要設成0.05〔mm〕、0.3〔mm〕等間隙即可，但若為0.1〔mm〕以上者較佳，再者間隙比0大即可。導電構件30的一部分係具有露出於穴部12的露出面31。
導電構件30係為板狀構件且由鎢所構成。第1金屬構件40係由作為與導電構件30相向的面之第1表面41、作為其相反側的面之第1背面42、及將第1表面41及第1背面42連接的第1側面43所構成之板狀構件。第1金屬構件40係由鎢所構成。
第2金屬構件50係由朝向第1金屬構件40 側的第2表面51、其相反側的第2背面52、及將第2表面51及第2背面52連接的第2側面53所構成之板狀構件。第2金屬構件50係由科伐合金(Kovar alloy)所構成。
金屬端子60係具有和第2金屬構件50相向的端面61及和端面61連接的側面62之柱狀構件。金屬端子60係含有鎳。硬焊料21係適用所謂Au硬焊料(BAu1~BAu12)，BAu-4(Au-Ni系)是合適的。此外，硬焊料21亦可適用所謂Ni硬焊料(BNi1~BNi7)。
此外，各材料在1〔atm〕(1013.25〔hPa〕)，20〔℃〕時的平均線膨脹係數，鎢大致為4.3〔×10-6/℃〕、科伐合金大致為4.8〔×10-6/℃〕、鎳為13.3〔×10-6/℃〕、金為14.2〔×10-6/℃〕。
在第1金屬構件40的形成在第1背面42與第1側面43之間的角部，形成有第1倒角部44。在第2金屬構件50的形成在第2表面51與第2側面53之間的角部，形成有第2倒角部54。在第2金屬構件50的形成在第2背面52與第2側面53之間的角部，形成有第3倒角部55。在金屬端子60的形成在端面61與側面62之間的角部，形成有第4倒角部63。
第1倒角部44、第2倒角部54、第3倒角部55及第4倒角部63的倒角尺寸為C0.1~C0.5〔mm〕。
此外，第1倒角部44、第2倒角部54、第3倒角部55及第4倒角部63的倒角尺寸未受限於上述的值，亦可為比所謂輕微倒角(light-chamfering)或C0.5〔mm〕還大的值。又，第1倒角部44、第2倒角部54、 第3倒角部55及第4倒角部63亦可沒有(亦可不倒角)。
此外，只要形成在第1金屬構件40的第1背面42與第1側面43之間的角部、形成在第2金屬構件50的第2表面51與第2側面53之間的角部、形成在第2金屬構件50的第2背面52與第2側面53之間的角部、及形成在金屬端子60的端面61與側面62之間的角部中的至少1個角部被倒角即可。
其次就作用、效果作說明。埋設於陶瓷基材10的導電構件30經歷燒成溫度1800℃以上會有晶粒成長而脆弱化使強度降低，但藉由載置了在導電構件30未有晶粒成長且導電構件30的平均線膨脹係數以上大小的平均線膨脹係數之第1金屬構件40，再於其上載置比第1金屬構件40的平均線膨脹係數大且比金屬端子60的平均線膨脹係數小的平均線膨脹係數之第2金屬構件50，以第1金屬構件40及第2金屬構件50承受因導電構件30與金屬端子60的平均線膨脹係數之差而起作用的應力，能抑制在導電構件30起作用的應力。
因為是在導電構件30以平均線膨脹係數遞增的方式傾斜化而依序接合了第1金屬構件40、第2金屬構件50、金屬端子60，故可抑制在導電構件30及第1金屬構件40間起作用的應力、在第1金屬構件40及第2金屬構件50間起作用的應力、及在第2金屬構件50及金屬端子60間起作用的應力，能防止裂痕進入導電構件30的情況。
又，導電構件30與金屬端子60之距離為1.5 〔mm〕以上。在不是將箔等之薄的構件而是將導電構件30與金屬端子60之距離是1.5〔mm〕以上之較厚的第1金屬構件40及第2金屬構件50配置在導電構件30與金屬端子60間，藉以增大導電構件30與金屬端子60間之距離，能抑制在導電構件30與金屬端子60間起作用的應力。由於第1金屬構件40的厚度與第2金屬構件50的厚度之比小於4，故第1金屬構件40對第2金屬構件50的厚度之比率不會變太大，能充分發揮第1金屬構件40的平均線膨脹係數的傾斜機能。
又，透過設置間隙15，即便第1金屬構件40及第2金屬構件50膨脹亦可抑制與劃分穴部12的陶瓷基材10的內側面14相接，能防止裂痕進到陶瓷基材10。
又，將第1倒角部44、第2倒角部54、第3倒角部55、第4倒角部63至少形成1個，於倒角部分囤積硬焊料，以抑制硬焊料進到間隙15，故維持間隙15，即便第1金屬構件40及第2金屬構件50膨脹亦可抑制與劃分穴部12的陶瓷基材10的內側面14相接，更能防止裂痕進到陶瓷基材10。
特別是關於第2金屬構件50的第2側面53，當在第2側面53與內側面14之間被充填硬焊料時會有產生裂痕之虞，但因為將第1倒角部44、第2倒角部54、第3倒角部55、第4倒角部63至少形成1個並設為硬焊料囤積處，故更能抑制裂痕。此外，在圖1、圖2的示意圖中，以硬焊料殘留在金屬構件40、50與內側面14的間隙15之方式，也就是使露出面31遍及金屬構件 40、50全周露出般地存在，亦能以導電構件30的露出面31在圓周方向一部分或全部不露出之方式使硬焊料在穴部12的徑向擴展。
導電構件30及第1金屬構件40係由鎢構成，第2金屬構件50係由科伐合金構成。透過將埋設於陶瓷基材10的導電構件30設為鎢且將和導電構件30同材料的鎢設為第1金屬構件40，導電構件30與第1金屬構件40僅膨脹相同長度，不會有大的應力施加於已經歷過燒成溫度的導電構件30，故更能防止裂痕進到導電構件30。
雖將第2金屬構件50設為科伐合金會在第1金屬構件40產生應力，但因第1金屬構件40未經歷燒成溫度而具有高的強度，故能防止裂痕進到第1金屬構件40。於使用含鎳材料作為金屬端子60時，由於屬科伐合金的第2金屬構件50的平均線膨脹係數是介於屬鎳的金屬端子60與屬鎢的第1金屬構件40之間的值，故從金屬端子60朝向導電構件30之平均線膨脹係數可形成傾斜，能慢慢吸收各金屬的膨脹。
又，將配置在導電構件30與金屬端子60中間的中間構件(第1金屬構件40及第2金屬構件50)設成厚度比箔還厚的2層，且從埋設金屬為鎢的導電構件30隔介著硬焊時要插入的複數個中間構件而到含鎳的金屬端子60為止，以平均線膨脹係數的大小無反轉下呈遞增的方式配置構件，故更能抑制在中間構件(第1金屬構件40及第2金屬構件50)與導電構件30或金屬端子60間 起作用的應力。
又，透過將第1金屬構件40設為和導電構件30相同材料，可使導電構件30與第1金屬構件40之平均線膨脹係數相等。透過將第2金屬構件50設為科伐合金、金屬端子60設為含有鎳，能發揮從第2金屬構件50到金屬端子60的平均線膨脹係數之傾斜機能。
其次，針對將導電構件30與金屬端子60之距離設為1.5〔mm〕以上時可良好地抑制裂痕之產生的理由作說明。
評價方法為，將陶瓷基材10的穴部12的穴徑設為
Figure TW201942094A_D0001
4.2〔mm〕、導電構件30設為鎢，第1金屬構件40設為直徑
Figure TW201942094A_D0002
4.0〔mm〕、第2金屬構件50設為直徑
Figure TW201942094A_D0003
4.0〔mm〕、金屬端子60設為含鎳的端子，且第1金屬構件40及第2金屬構件50的厚度如表1般變化而進行試驗，將在陶瓷基材10及導電構件30未產生裂痕者於表1中表記為「○」，而產生裂痕者則表記為「×」。在試驗方面，從室溫加熱到600℃後，依序進行重複10次冷卻到室溫的溫度循環的週期性加熱試驗及在600℃下放置300小時的高溫放置試驗之後，以目視確認有無產生裂痕，同時進行金屬端子60的拉伸強度試驗且藉由觀察剖面的SEM照片而確認有無產生裂痕。
下表係表示以上的試驗結果。
參照此表1得知，實施例1~實施例12係未產生裂痕而為合格「○」。比較例1~比較例5係產生裂痕而為不合格「×」。藉由以上的結果，將導電構件30與金屬端子60之距離設為1.5〔mm〕以上。
比較例1係應力不因導電構件30與金屬端子60間的平均線膨脹係數之差而降低。比較例2係因第1 金屬構件40與第2金屬構件50之整體的厚度不足使得導電構件30與金屬端子60間之距離小，由於平均線膨脹係數之差未使應力降得夠低，故在導電構件30產生了裂痕。
比較例3係因為第1金屬構件40相對於第2金屬構件50的厚度比率太大，故第1金屬構件40的平均線膨脹係數之傾斜機能未被充分發揮。
換言之，第2金屬構件50的平面方向的變位被第1金屬構件40所抑制而無法充分地伸張。
比較例4係第1金屬構件40與第2金屬構件50之整體的厚度不足。比較例5係由於第1金屬構件40相對於第2金屬構件50之厚度比率太小，故起因於第2金屬構件50與導電構件30間的平均線膨脹係數之差的應力變大而在導電構件30產生裂痕。
比較例6係由於因第1金屬構件40與第2金屬構件50而使平均線膨脹係數反轉，而依由第2金屬構件50與金屬端子60間的平均線膨脹係數之差所引起的應力在導電構件30與第1金屬構件40之間或第1金屬構件40與第2金屬構件50之間的任何脆弱處產生裂痕。
其次，顯示將導電構件30設為鉬的實施例。
參照此表2得知，實施例13是未產生裂痕而為合格「○」。依此結果，得知將導電構件30與金屬端子60之距離設為1.5〔mm〕以上，只要維持從導電構件到金屬端子的平均線膨脹係數之遞增順序即可。
又，進行比較例1的導電構件30與實施例1、實施例13的導電構件30及第1金屬構件40的剖面的組織觀察且進行粒徑的測定。粒徑的測定係為在將利用截線法(intercept method)獲得之剖面研磨後，以SEM(Scanning Electron Microscope；掃描式電子顯微鏡)獲得倍率5000倍的圖像，再從將任意拉的5條直線橫切的粒界之距離作測定。此處，將所測定之粒徑的最小值與最大值的中間值設為導電構件30及第1金屬構件40的平均粒徑。
其結果如表3。此外，導電構件在經歷燒成及硬焊前的粒子徑係2~4μm。
參照此表3，經比較實施例1與比較例1，推測即便構件的組成相同，僅經歷硬焊溫度的實施例1的第1金屬構件40係平均粒徑變得比經歷比較例1或實施例1的燒成溫度的導電構件30之平均粒徑還小，構件的強度或韌性會被維持一定的高程度。因此在將導電構件 30與金屬端子60硬焊進行之際所引發的應力不會直接負荷在強度變低的導電構件30下藉由維持有強度的第1金屬構件40進行一定程度地支撐的結果，推定係具有抑制導電構件30的裂痕之效果者。
又，得知在實施例13中評價亦良好者與導電構件30相較下，係第1金屬構件40的平均粒徑被維持成較小。
其次說明陶瓷構造體1的製造方法。在步驟1，製成埋設有鉬的金屬電極層20及鎢的導電構件30之氮化鋁的陶瓷燒結體(陶瓷基材10)。
在步驟2，於陶瓷基材10的埋設著導電構件30的位置進行用以連接給電用的鎳的金屬端子60之穴加工，使所埋設之導電構件30的一部分露出。
在步驟3，於穴部12內，使硬焊料21載置於導電構件30，再於其上載置比穴還小徑的鎢顆粒(厚度為0.5〔mm〕以上且2〔mm〕以下。)，於其上載置硬焊料21，於其上載置科伐合金顆粒(厚度為0.5〔mm〕以上且2〔mm〕以下。)，於其上載置硬焊料21，再於其上載置鎳的金屬端子60。
在步驟4，於1000~1200〔℃〕下在真空爐中進行硬焊。藉由此等的步驟1~4而獲得陶瓷構造體1。
其次就比較例作說明。如圖3所示，第1比較例係表1的比較例1，陶瓷構造體100包含：埋設於陶瓷基材10的金屬電極層20及鎢的導電構件30；載置於該導電構件30之鎢的第1金屬構件40；及載置於該 第1金屬構件40之鎳的金屬端子60。各構件係藉硬焊料21而被硬焊。第1比較例(比較例1)由於應力不因導電構件30與金屬端子60間的平均線膨脹係數之差而降低，故在導電構件會產生裂痕。
如圖4所示，第2比較例係表1的比較例6，陶瓷構造體101包含：埋設於陶瓷基材10的金屬電極層20及鎢的導電構件30；載置於該導電構件30之科伐合金的第1金屬構件40；載置於該第1金屬構件40之鎢的第2金屬構件50；及載置於該第2金屬構件50之鎳的金屬端子60。各構件係藉硬焊料21而被硬焊。第2比較例(比較例6)係由於因第1金屬構件40與第2金屬構件50而使平均線膨脹係數反轉，故因由構件間的平均線膨脹係數之差引起的應力而在任何脆弱處產生裂痕。
此外，實施形態中，將導電構件30及第1金屬構件40設為鎢、第2金屬構件50設為科伐合金、且金屬端子60設為含鎳的構件，但未受限於此，只要使用按導電構件30、第1金屬構件40、第2金屬構件50及金屬端子60順序使平均線膨脹係數遞增地增加的材料即可，即便是其他一般的材料亦無妨。
又，實施形態中的陶瓷基材10的穴部12的穴徑、第1金屬構件40的直徑、第2金屬構件50的直徑係為例子，透過將穴部12的穴徑設為
Figure TW201942094A_D0007
5.2〔mm〕、第1金屬構件40及第2金屬構件50的直徑設為
Figure TW201942094A_D0008
5.0〔mm〕等，只要是在構件上不產生裂痕的尺寸即可，也可適宜變更。

Claims (5)

  1. 一種陶瓷構造體，其特徵為包含：陶瓷基材，具有主面；穴部，從前述主面往前述陶瓷基材的內部伸長；金屬電極層，埋設於前述陶瓷基材；導電構件，以與前述金屬電極層電性連接且構成前述穴部的底部之方式埋設於前述陶瓷基材；第1金屬構件，藉硬焊料接合於前述導電構件且具有前述導電構件的平均線膨脹係數以上大小的平均線膨脹係數；一或複數個第2金屬構件，配置在前述第1金屬構件的和前述導電構件相向的面之相反側的面上，且平均線膨脹係數大於前述第1金屬構件；及金屬端子，至少一部分位在前述穴部且接合於一或複數個前述第2金屬構件，而且平均線膨脹係數大於前述第2金屬構件，前述導電構件與前述金屬端子之距離為1.5mm以上，且前述第1金屬構件的厚度與前述第2金屬構件的厚度之比小於4。
  2. 一種陶瓷構造體，其特徵為包含：陶瓷基材，具有主面，穴部，從前述主面往前述陶瓷基材的內部伸長，金屬電極層，埋設於前述陶瓷基材，導電構件，以與前述金屬電極層電性連接且構成前述穴部的底部之方式埋設於前述陶瓷基材且由鎢或 鉬所構成，第1金屬構件，藉硬焊料接合於前述導電構件且由和前述導電構件相同材料所構成，科伐合金所構成的一或複數個第2金屬構件，配置在前述第1金屬構件的和前述導電構件相向的面之相反側的面上，含鎳的金屬端子，至少一部分位在前述穴部且接合於一或複數個前述第2金屬構件，前述導電構件與前述金屬端子之距離為1.5mm以上，且前述第1金屬構件的厚度與前述第2金屬構件的厚度之比小於4。
  3. 如請求項1或2之陶瓷構造體，其中前述第1金屬構件的平均粒徑小於前述導電構件的平均粒徑。
  4. 如請求項1或2之陶瓷構造體，其中在前述第1金屬構件、前述第2金屬構件及前述金屬端子、與劃分前述穴部的前述陶瓷基材的內側面之間形成有間隙。
  5. 如請求項4之陶瓷構造體，其中前述第1金屬構件，係由作為和前述導電構件相向的面之第1表面、作為其相反側的面之第1背面、及連接前述第1表面及前述第1背面之第1側面所構成的板狀構件，前述第2金屬構件，係由朝向前述第1金屬構件側的第2表面、其相反側的第2背面、及連接前述第 2表面及前述第2背面之第2側面所構成的板狀構件，前述金屬端子係具有和前述第2金屬構件相向的端面及和前述端面連接的側面之柱狀構件，形成在前述第1金屬構件的前述第1背面與第1側面之間的角部，形成在前述第2金屬構件的前述第2表面與第2側面之間的角部，形成在前述第2金屬構件的前述第2背面與前述第2側面之間的角部，及形成在前述金屬端子的前述端面與前述側面之間的角部中的至少1個角部係被倒角。
TW108111640A 2018-04-04 2019-04-02 陶瓷構造體 TWI800634B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018072140A JP7025268B2 (ja) 2018-04-04 2018-04-04 セラミックス構造体
JP2018-072140 2018-04-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201942094A true TW201942094A (zh) 2019-11-01
TWI800634B TWI800634B (zh) 2023-05-01

Family

ID=68096115

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108111640A TWI800634B (zh) 2018-04-04 2019-04-02 陶瓷構造體

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11081381B2 (zh)
JP (1) JP7025268B2 (zh)
KR (1) KR102268690B1 (zh)
TW (1) TWI800634B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11229968B2 (en) * 2011-11-30 2022-01-25 Watlow Electric Manufacturing Company Semiconductor substrate support with multiple electrodes and method for making same

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09194909A (ja) * 1995-11-07 1997-07-29 Sumitomo Electric Ind Ltd 複合材料およびその製造方法
JP3776499B2 (ja) * 1996-02-29 2006-05-17 日本碍子株式会社 金属部材とセラミックス部材との接合構造およびその製造方法
JP3746594B2 (ja) 1997-06-20 2006-02-15 日本碍子株式会社 セラミックスの接合構造およびその製造方法
JP4321857B2 (ja) * 2003-01-29 2009-08-26 日本碍子株式会社 セラミックスの接合構造
JP5029257B2 (ja) * 2007-01-17 2012-09-19 東京エレクトロン株式会社 載置台構造及び処理装置
US8414704B2 (en) * 2008-01-08 2013-04-09 Ngk Insulators, Ltd. Bonding structure and semiconductor device manufacturing apparatus
JP5591627B2 (ja) * 2010-08-24 2014-09-17 太平洋セメント株式会社 セラミックス部材及びその製造方法
JP6693832B2 (ja) * 2016-07-29 2020-05-13 日本特殊陶業株式会社 セラミックス部材
US11560913B2 (en) * 2018-01-19 2023-01-24 Applied Materials, Inc. Brazed joint and semiconductor processing chamber component having the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019182683A (ja) 2019-10-24
JP7025268B2 (ja) 2022-02-24
KR102268690B1 (ko) 2021-06-23
US11081381B2 (en) 2021-08-03
US20190311934A1 (en) 2019-10-10
TWI800634B (zh) 2023-05-01
KR20190116092A (ko) 2019-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7854975B2 (en) Joined body and manufacturing method for the same
JP2783980B2 (ja) 接合体およびその製造方法
US20200404747A1 (en) Holding device and method of manufacturing holding device
JP5476726B2 (ja) 半導体製造装置用ウエハ保持体、及びそれを備えた半導体製造装置
TW201942094A (zh) 陶瓷構造體
US6436545B1 (en) Joint body of ceramic member and metal member and method of producing the same
JP5466439B2 (ja) セラミックス接合体並びにセラミックスヒータ、静電チャック及びサセプタ
TWI842402B (zh) 接合構造體
JP7498015B2 (ja) 保持装置及び保持装置の製造方法
JP7400854B2 (ja) 静電チャック部材、静電チャック装置、および静電チャック部材の製造方法
JP6898792B2 (ja) セラミックス部材及びその製造方法
JP2003100580A (ja) 半導体処理装置
JP7312631B2 (ja) 加熱部材
WO2023176936A1 (ja) 静電チャック部材、および静電チャック装置
JP3965470B2 (ja) 静電チャック及びその製造方法
JP2023116214A (ja) 電極埋設部材、およびその製造方法
JP2019102274A (ja) 構造体
JP2019204903A (ja) 電極埋設部材の製造方法