TW202106105A - 電極埋設構件及其製造方法、靜電夾、陶瓷製加熱器 - Google Patents

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Abstract

電極埋設構件1係具備︰陶瓷製基體2；電極3；連接構件4，一主面4a朝向電極3側，且在與電極3電連接的狀態下埋設於基體2且包含鎢或鉬至少一者；及孔部5，從基體2的外面延伸至連接構件4的另一主面4b為止。埋設於基體2的緩衝構件10至少包含構成基體2的陶瓷材料、和以鎢及鉬至少一者作為構成元素的導電性材料，且緩衝構件10係覆蓋連接構件4的緣部的至少一部分。

Description

電極埋設構件及其製造方法、靜電夾、陶瓷製加熱器
本發明係關於在陶瓷製基體的內部埋設有電極之電極埋設構件及其製造方法。在此，電極埋設構件係例如被作為組入半導體製造裝置之陶瓷製加熱器或靜電夾來使用。
以往，已知有在由氮化鋁(AlN)等之陶瓷所構成之板狀基體的內部埋設金屬電極(內部電極)而構成之電極埋設構件。在此電極埋設構件中，藉由機械加工而在陶瓷製的基體形成孔(端子孔)，使基體內部的金屬電極在此孔露出，將圓柱狀金屬端子插入該孔，將金屬端子的前端面硬焊於基體內部的金屬電極。
電極埋設構件係例如被組入半導體製造裝置(蝕刻裝置、CVD裝置等)，作為半導體晶圓的靜電夾、或被用在進行加熱，有在使用環境下反覆曝露於高溫之情況。
根據日本特許第3776499號公報，曾在對以往的電極埋設構件在進行室溫與600℃之間的熱循環試驗、及在600℃下的長期間的保持試驗後，於劃定金屬端子用孔之基體的內側面產生裂縫(crack)。在有關對此種裂縫產生的對策方面，在日本特許第3776499號公報中，有提出一種在製造電極埋設構件時減少殘留於基體的應力以抑制產生於基體的裂縫之技術。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特許第3776499號公報
[發明欲解決之課題]
經針對在電極埋設構件中產生的上述裂縫更詳細調查後，確認到從其一部分會在端子孔的底部露出之連接構件的緣部，在其周圍之由氮化鋁(AlN)等構成的基體的內部產生了裂縫。 針對這點，參照將習知的電極埋設構件的連接構件及其周邊的部分放大顯示之圖7來作說明。
如圖7所示，習知的電極埋設構件100，係具備有埋設於由氮化鋁(AlN)等陶瓷所形成的基體101之內部電極102，且在內部電極102的背面側(圖中上側)設有連接構件103。連接構件103係由例如鎢(W)等的金屬形成。在基體101穿設有︰從基體101的背面側(圖中上側)延伸至連接構件103的背面之端子孔104。於端子孔104插入有端子105(外部金屬端子)的一部分，端子105的端部和連接構件103係藉由硬焊部106連接。端子105係由例如鎳(Ni)形成。藉由上述構成，使端子105和內部電極102電連接。
此外，電極埋設構件100之陶瓷製基體101的表面側(圖中下側)的部分，係形成有例如用以將組入半導體製造裝置(蝕刻裝置、CVD裝置等)的電極埋設構件100上所載置的半導體晶圓、和電極埋設構件100的內部電極102之間予以電性絕緣之絕緣層。
且，在習知的電極埋設構件100中，於電極埋設構件100的製造過程中，或者在組入半導體製造裝置等且重複在高溫下使用時，會有在陶瓷製基體101的內部產生裂縫之問題。
如圖7所示，典型而言，以連接構件103背側(圖中上側)的緣部附近為起點，在基體101的內部產生了裂縫107。此裂縫107也有通過內部電極102到達基體101表面(半導體晶圓等的載置面)之情況。裂縫107容易以連接構件103背側(圖中上側)的緣部附近為起點產生，被認為是因為電極埋設構件100內部之氧化的進行主要是從背面側(圖中上側)進行而非從連接構件103的表面側(圖中下側)進行之緣故。
此外，如上述，電極埋設構件100的基體101的表面側之部分，由於形成有用以將電極埋設構件100上所載置之半導體晶圓等的被處理基板與電極埋設構件100的內部電極102之間予以電性絕緣的絕緣層，所以必須防止電極埋設構件100的基體101的內部之裂縫的產生，尤其是防止裂縫貫通絕緣層而到達被處理基板的載置面。
關於上述裂縫發生的原因，以往認為由鎳(Ni)構成的端子(外部連接端子)105、和由氮化鋁(AlN)構成的基體101所埋設之由鎢(W)構成的連接構件103之間的線膨脹係數差(熱膨脹係數差)的影響大，但得知尤其是長期間使用時，因所埋設之由鎢(W)構成的連接構件103與周圍的AlN之線膨脹係數差所產生的影響更大。
有鑑於以上各點，本發明之目的在提供一種於陶瓷製基體的內部埋設有電極的電極埋設構件中，可抑制或防止在基體的內部產生裂縫之電極埋設構件及其製造方法。 [用以解決課題之手段]
［1］為了達成上述目的，本發明的電極埋設構件係具備︰ 陶瓷製基體； 埋設於前述基體之電極； 連接構件，具有一主面及另一主面，前述一主面朝向前述電極側，且在與前述電極電連接的狀態下埋設於前述基體且包含鎢或鉬至少一者；及 孔部，從前述基體的外面延伸至前述連接構件的另一主面為止， 該電極埋設構件的特徵為︰ 於前述基體埋設有緩衝構件， 前述緩衝構件至少包含陶瓷材料與鎢及鉬至少一者， 前述緩衝構件係覆蓋前述連接構件的緣部的至少一部分。
根據具備上述特徴之本發明的電極埋設構件，構成緩衝構件之混合組織的線膨脹係數(熱膨脹係數)係採用連接構件的材料與基體的材料之各者的的線膨脹係數之中間值，構件間之線膨脹係數(熱膨脹係數)的變化(差異的大小)會被緩和。藉此，可緩和集中於連接構件的緣部之應力，其結果，可抑制或防止從連接構件進展到基體之裂縫的發生。
［2］又，本發明的電極埋設構件中，較佳為前述緩衝構件至少包含︰構成前述基體的陶瓷材料、和以鎢及鉬至少一者作為構成元素的導電性材料。
［3］又，在本發明的電極埋設構件中，較佳為具備外部金屬端子，該外部金屬端子係在一部分插入於前述孔部的狀態下連接於前述連接構件。 藉此，可將埋設於基體內部的內部電極透過外部金屬端子及連接構件與外部電連接。
［4］又，本發明的電極埋設構件中，較佳為前述連接構件進一步具備︰連接前述一主面與前述另一主面之側面、和藉由前述一主面及前述側面形成的緣部；前述緩衝構件係將前述緣部涵蓋全周地覆蓋。藉此，可確實地抑制或防止以連接構件的緣部為起點而產生之裂縫。
［5］為了達成上述目的，根據本發明之電極埋設構件的製造方法係上述任一者之電極埋設構件的製造方法，具備︰ 成形體形成工序，形成陶瓷製的第1成形體及第2成形體； 電極載置工序，在前述第1成形體上載置前述電極和前述連接構件； 緩衝構件工序，藉由前述緩衝構件覆蓋前述連接構件的緣部的至少一部分，前述緩衝構件係至少使構成前述第1成形體及前述第2成形體的陶瓷材料、和以鎢及鉬至少一者作為構成元素的導電性材料混合而形成； 第2成形體載置工序，在前述第1成形體、前述電極、前述連接構件及前述緩衝構件上載置前述第2成形體；及 燒結工序，將前述電極、前述連接構件及前述緩衝構件在由前述第1成形體和前述第2成形體挾持的狀態下進行加壓燒成。
根據具備上述特徵之本發明的電極埋設構件的製造方法，可製造能夠抑制或防止從連接構件進展到基體之裂縫的發生之電極埋設構件。亦即，構成緩衝構件之混合組織的線膨脹係數係採用連接構件的材料與基體的材料之各者的線膨脹係數之中間值，構件間之線膨脹係數的變化(差異的大小)會被緩和。藉此，可緩和集中於連接構件的緣部之應力，其結果，可抑制或防止從連接構件進展到基體之裂縫的發生。
［6］為了達成上述目的，根據本發明之電極埋設構件的製造方法，係上述任一者之電極埋設構件的製造方法，具備︰ 第1壓粉體形成工序，在具有開口的有底筒狀模填充陶瓷製原料粉並加壓而形成第1壓粉體； 電極載置工序，在前述有底筒狀模中，於前述第1壓粉體的前述有底筒狀模的開口側，配置前述電極和前述連接構件； 緩衝構件工序，藉由前述緩衝構件覆蓋前述連接構件的緣部的至少一部分，前述緩衝構件係至少使構成前述原料粉的陶瓷材料、和以鎢及鉬至少一者作為構成元素的導電性材料混合而形成； 第2壓粉體形成工序，在前述有底筒狀模中之前述第1壓粉體、前述電極、及前述緩衝構件的前述開口側填充前述原料粉並加壓而形成含有前述第1壓粉體之第2壓粉體；及 燒結工序，將埋設有前述電極、前述連接構件及前述緩衝構件的前述第2壓粉體加壓燒成。
根據具備上述特徵之本發明的電極埋設構件的製造方法，可製造能夠抑制或防止從連接構件進展到基體之裂縫的發生之電極埋設構件。亦即，構成緩衝構件之混合組織的線膨脹係數係採用連接構件的材料與基體的材料之各者的線膨脹係數之中間值，構件間之線膨脹係數的變化(差異的大小)會被緩和。藉此，可緩和集中於連接構件的緣部之應力，其結果，可抑制或防止從連接構件進展到基體之裂縫的發生。
[用以實施發明的形態]
以下，就作為本發明一實施形態之電極埋設構件及其製造方法，參照圖式來進行說明。此外，圖式係示意地(概念地)顯示電極埋設構件的主要部分，尤其是內部電極和外部金屬端子的連接部位。本實施形態的電極埋設構件係例如被組入半導體製造裝置，作為加熱半導體製造用晶圓的陶瓷製加熱器、或作為藉由約翰遜-拉別克(Johnsen-Rahbek)力或庫倫力吸引半導體製造用晶圓之靜電夾使用。
如圖1A及圖1B所示，本實施形態的電極埋設構件1具備有︰具有表面2a及背面2b，且由陶瓷構成的板狀基體2。在基體2的內部，埋設有與基體2的表面2a平行地延伸且由金屬材料構成的內部電極3。作為構成基體2的陶瓷材料，典型來說，可例舉氮化鋁(AlN)，此外，還有氧化鋁(Al2 O3 )。作為構成內部電極3的金屬材料，典型來說，可例舉鉬(Mo)，此外，還有鎢(W)、以鎢及/或鉬為主成分的合金。
在內部電極3的背面側，配置有沿著基體2的表面2a延伸的圓板狀連接構件4。連接構件4具有朝向內部電極3側的一主面4a、和與一主面4a對向的另一主面4b。連接構件4係電連接於內部電極3。作為構成連接構件4的材料，雖可使用與構成上述的內部電極3之金屬材料相同的材料，但未必一定要是與內部電極3相同的材料。亦即，構成連接構件4的材料，只要含有鎢或鉬至少一者即可。
於基體2穿設有從其背面(外面)2b延伸到基體2內部的連接構件4之另一主面4b為止的端子孔(孔部)5。於端子孔5插入有圓柱狀端子6的一部分，端子6的端部與連接構件4係藉硬焊部7連接。於硬焊部7包含有︰以Au-Ni系為代表的金焊料或以Ag-Cu系為代表的銀焊等的硬焊材中所埋設之鎢(W)的中間構件7a和科伐合金(Kovar)的中間構件7b。端子孔5的直徑為例如5mm。端子6例如直徑為4.8mm，長度為20mm。在端子6與劃定端子孔5的基體2的內側面8之間，形成有間隙9。間隙9的寬度為例如0.1mm。作為構成端子(外部金屬端子)6的金屬材料，典型來說，可列舉鎳，此外，有科伐合金等的低熱膨脹金屬合金，及/或鈦、銅或以此等為主成分的合金。
此外，本實施形態中，圓柱狀端子6與圓板狀連接構件4係彼此同心地配置而連接，惟端子6與連接構件4未必一定要同心地配置，亦可偏離同心位置。又，端子6的形狀也可為圓柱狀以外之棒狀的形狀。又，硬焊部7亦可與其周圍的構件(例如緩衝構件10)接觸。
藉由上述的構成，端子(外部金屬端子)6與埋設於基體2內部的內部電極3係電連接。此外，連接構件4的形狀未必限定為圓板狀，在將內部電極3與端子6電連接方面可適當地選擇較佳的形狀。又，在用以確保內部電極3和連接構件4之間的電連接狀態之形態方面，可採用使兩者直接接觸的形態、或使用導電性糊將兩者接著之形態等。
而且，本實施形態的電極埋設構件1為，覆蓋連接構件4的緣部的至少一部分之緩衝構件10被埋設於基體2的內部。緩衝構件10至少含有構成基體2的陶瓷材料、和以鎢及鉬至少一者作為構成元素的導電性材料。
構成緩衝構件10的導電性材料，未必要與構成連接構件4的材料相同。例如，在連接構件4為鉬製的情況下，構成緩衝構件10的導電性材料可為鉬，也可為鎢。
又，構成緩衝構件10的導電性材料也可為鎢的碳化物或鉬的碳化物，總之，只要為以鎢或鉬至少一者作為構成元素的材料即可。
如圖2所示，本實施形態的連接構件4具有：連接一主面4a與另一主面4b的側面4c；以及由主面4a、4b和側面4c所形成的緣部4d、4e。本實施形態中，緩衝構件10係將圓板狀連接構件4的另一主面4b側的緣部4e以涵蓋其全周的方式予以覆蓋。
其次，就圖1A及圖1B所示之電極埋設構件1的製造方法，參照圖式進行說明。此外，電極埋設構件1的製造方法大致區分有使用成形體壓製法之方法、和使用粉末熱壓法之方法。
首先，就使用成形體壓製法製造電極埋設構件1之方法進行說明。此外，以此成形體壓製法處理的成形體，亦包含脫脂體、煅燒體。
此製造方法具備有︰成形體形成工序，形成陶瓷製的第1成形體及第2成形體；電極載置工序，在第1成形體上載置內部電極3和連接構件4；緩衝構件工序，藉緩衝構件10覆蓋連接構件4的緣部4d、4e的至少一部分；第2成形體載置工序，在第1成形體、內部電極3、連接構件4及緩衝構件10上載置第2成形體；以及燒結工序，將電極3、連接構件4及緩衝構件10在由第1成形體和第2成形體挾持的狀態下進行加壓燒成。
緩衝構件工序中的緩衝構件10，係至少使構成第1成形體及第2成形體的陶瓷材料、和以鎢及鉬至少一者作為構成元素的導電性材料混合而形成。緩衝構件10係例如以鎢(或鉬)和氮化鋁(AlN)為主成分，且以視需要加入有Y2 O3 等燒結輔助劑之混合材料形成。
關於形成緩衝構件10的混合材料，更具體的材料的組合(組成的比例等)係如以下所示。 (1)於AlN混合有5wt%Y2 O3 的混合粉末為50vol%，鎢粉末為50vol% (2)於AlN混合有5wt%Y2 O3 的混合粉末為30vol%，鎢粉末為70vol% (3)於AlN混合有5wt%Y2 O3 的混合粉末為90vol%，鎢粉末為10vol% (4)於AlN混合有5wt%Y2 O3 的混合粉末為70vol%，鉬粉末為30vol%
在此，當AlN超過90vol%時，由於緩衝構件10的線膨脹係數會太接近基體2材料的線膨脹係數，故連接構件4與基體2之間之線膨脹係數的變化(差異的大小)變得沒有充分地緩和。因此，無法緩和集中於連接構件4緣部的應力，可能會變得無法抑制或防止從連接構件4進展到基體2之裂縫的發生。
又，當AlN小於30vol%時，由於緩衝構件10的線膨脹係數會太接近連接構件4材料的線膨脹係數，故連接構件4與基體2之間之線膨脹係數的變化(差異的大小)變得沒有充分地緩和。因此，無法緩和集中於連接構件4緣部的應力，可能會變得無法抑制或防止從連接構件4進展到基體2之裂縫的發生。
以下，針對更具體的電極埋設構件1的製造方法，參照圖3A至圖4B作說明。
(1)準備複數個AlN成形體之工序 利用習知的方法從CIP體等切出，加工成既定形狀之工序 在此工序中，製作 i)第1成形體(會成為燒成後絕緣層之板(plate)) ii)第2成形體(在燒成後會成為基台之板)
(2)將第1及第2AlN成形體脫脂，來製作第1脫脂體20及第2脫脂體21之工序
(3)在第1脫脂體20載置內部電極3及於其上載置連接構件4之工序
(4)製作AlN原料粉和構成連接構件4之金屬粉末的混合成形體，加工成覆蓋連接構件4之形狀的緩衝構件10，蓋在連接構件4之工序
(5)將第2脫脂體21載置於其上，進行單軸加壓燒成(熱壓)之工序(圖3A) 在此，第1脫脂體20及第2脫脂體21燒結，內部電極3、連接構件4及緩衝構件10係燒結而一體化。
(6)從燒結體的一面(背面2b)進行孔加工，穿設端子孔5，使所埋設的連接構件4露出之工序(圖3B) 在此，端子孔5的直徑更佳為小於連接構件4的代表尺寸(例如直徑)。
(7)以硬焊材(硬焊部)將端子(外部連接端子)6和連接構件4硬焊接合之工序(圖4A、圖4B)
藉由上述(1)～(7)之一連串的工序，製造圖1A及圖1B所示的電極埋設構件1。
又，埋設於電極埋設構件1的基體2之內部電極3的數量不限定於一個，亦可將複數個內部電極3埋設於基體2。於此情況，可在基體2之厚度方向的不同位置埋設複數個內部電極3。例如，埋設有兩個內部電極3的基體2，係可藉由在上述(5)工序中，於第2脫脂體21上進一步載置內部電極3，於此內部電極3的既定位置配置連接構件4和緩衝構件10，於其上載置另外準備的AlN成形體的脫脂體後，進行單軸加壓燒成(熱壓)而製造。
其次，針對使用粉末熱壓法製造電極埋設構件1之方法進行說明。 此製造方法具備︰第1壓粉體形成工序，在具有開口的有底筒狀模填充陶瓷製原料粉並加壓而形成第1壓粉體；電極載置工序，在有底筒狀模中，於第1壓粉體的有底筒狀模的開口側配置內部電極3和連接構件4；緩衝構件工序，藉由緩衝構件10覆蓋連接構件4的緣部4d、4e的至少一部分；第2壓粉體形成工序，在有底筒狀模中之第1壓粉體、內部電極3及緩衝構件10的開口側填充原料粉並加壓而形成含有第1壓粉體之第2壓粉體；以及燒結工序，將埋設有內部電極3、連接構件4及緩衝構件10的第2壓粉體加壓燒成。
在此製造方法中也是，緩衝構件工序中的緩衝構件10，係至少使構成第1成形體及第2成形體的陶瓷材料、與以鎢及鉬至少一者為構成元素的導電性材料混合而形成。
又，使用粉末熱壓法將兩個內部電極3埋設於基體2的厚度方向之不同位置時，係在第2壓粉體上進一步載置內部電極3，在此內部電極3的既定位置配置連接構件4、緩衝構件10，在有底筒狀模中的開口側填充原料粉並加壓，藉此製作埋設有第2壓粉體、內部電極3、連接構件4及緩衝構件10的第3壓粉體，可進行將其加壓燒成之燒結工序。
以上，就作為本發明實施形態之電極埋設構件及其製造方法進行說明，而根據上述實施形態，可發揮以下所述之特有的作用效果。
亦即，上述實施形態中，涵蓋連接構件4的周圍，尤其涵蓋另一主面4b側的緣部4e的全周，配置有緩衝構件10。且，此緩衝構件10係由混合組織所構成，該混合組織至少含有構成基體2的陶瓷材料、和以鎢及鉬至少一者作為構成元素的導電性材料。因此，構成緩衝構件10的混合組織，其線膨脹係數係採用連接構件4的材料與基體2的材料(AlN等的陶瓷)之各自的線膨脹係數之中間值，構件間之線膨脹係數的變化(差異的大小)得以緩和。藉此，可緩和集中於連接構件4的緣部之應力，其結果，可抑制或防止從連接構件4的緣部進展到基體2之裂縫的發生。
又，本實施形態中，配置於連接構件4周圍的緩衝構件10至少具備有構成基體2的陶瓷材料、和以鎢及鉬至少一者作為構成元素的導電性材料(例如鎢(W)-AlN的混合組織)，所以在燒成處理等時於緩衝構件10和基體2之間的界面產生的微小凹凸的產生量會增加。其結果，在緩衝構件10與基體2之間可確保良好的接合狀態，可抑制在電極埋設構件1的內部之氧化的進行。
接著，針對本發明之其他實施形態的電極埋設構件，參照圖5A及圖5B作說明。此外，針對構成與圖1A等所示的上述實施形態共通的部分，在圖5A、圖5B中標註共通的符號，且以下特別針對與上述實施形態相異的部分作說明。
在圖1A等所示的實施形態中，緩衝構件10之內部電極3側的端面(與內部電極3電連接的面)係形成延伸於連接構件4周圍的圓環狀，此緩衝構件10的圓環狀端面的整體係與內部電極3的背面電連接。
對此，在圖5A及圖5B所示的實施形態中，緩衝構件10A之內部電極3側的端面(與內部電極3電連接的面)並不是在連接構件4的周圍延伸成圓環狀(連續的)，而是在圓周方向上間斷地(不連續)形成。亦即，緩衝構件10A與內部電極3的電連接狀態係成為在圓周方向上間斷的(不連續)。換言之，圖5A及圖5B所示的實施形態中，在緩衝構件10A與內部電極3之間，局部地存在有陶瓷製基體2A的一部分。
圖5A及圖5B所示的實施形態中，也與圖1A等所示的上述實施形態同樣，由於可將連接構件4的另一主面4b側的緣部4e涵蓋全周地覆蓋，所以在連接構件4的緣部4e的附近，可緩和應力集中而抑制或防止裂縫的發生。
再者，作為其他的實施形態，藉由在第1脫脂體或第1壓粉體的既定位置配置別的緩衝構件，如圖6所示，亦可作成不僅在連接構件4的另一主面4b側的緣部4e周圍配置緩衝構件，在連接構件4的一主面4a側的緣部4d周圍也有配置緩衝構件。若依此方式，則在連接構件4的兩個緣部4d、4e附近可抑制或防止裂縫的發生。
本發明適於作為高頻電極、接地電極或靜電吸附用電極的內部電極3是被埋設於接近基體2的表面2a的位置而成的電極埋設構件1。再者，適於以電極埋設構件1可自發熱之方式埋設有不同於在接近基體表面2a的位置所埋設的內部電極3之作為加熱器電極的內部電極3而成的電極埋設構件1。以下的實施例中，揭示有關一種為了抑制在高溫下使用時於基體2內部產生裂縫，而在基體2埋設有作為高頻電極和加熱器電極的兩個內部電極3而成之電極埋設構件1。
[實施例] 圖1A至圖4B係說明被埋設於接近基體的表面2a的位置之作為高頻電極的內部電極3、連接構件4及緩衝構件10的埋設工序及構造。作為加熱器電極的內部電極3和與其對應而設置之連接構件4及緩衝構件10的埋設工序及構造，由於係依據作為高頻電極的內部電極3的埋設工序及構造，故省略圖示，而以下係針對關於埋設有作為高頻電極及加熱器電極之兩個內部電極3的電極埋設構件1的製造方法之各種實施例作說明。 又，以下的實施例所記載之脫脂、燒成、硬焊的條件係依據習知之陶瓷燒結體的製造方法，且包含適當條件的變更。
［實施例1］ 首先，以實施例1而言，係就使用成形體壓製法來製造電極埋設構件1的例子作說明。
(1)在由氮化鋁粉末95質量%、氧化釔粉末5質量%構成的粉末混合物中添加黏合劑(binder)並進行造粒後，施以CIP成形(壓力1ton/cm2 )，得到成形體的錠(ingot)，將其藉由機械加工而製作出以下的成形體。 (i)圓板狀成形體A(作為燒成後絕緣層之板) 直徑340mm、厚度5mm (ii)圓板狀成形體B(燒成後作為中間基台之板) 直徑340mm、厚度10mm 在圓板狀成形體B的一面，成形體的中心為共有，且設置用以收容第1內部電極3(高頻電極)之直徑300mm、深度0.1mm的凹部。 再者，在形成端子的既定位置，設置用以收容連接構件4及緩衝構件10之直徑12mm、深度1.5mm的凹部。 (iii)圓板狀成形體C(燒成後作為基台的板) 直徑340mm、厚度20mm 在圓板狀成形體C的一面，成形體的中心為共有，且設置用以收容第2內部電極3(加熱器電極)之直徑300mm、深度0.1mm的凹部。 又，在形成端子的既定位置，設置用以收容連接構件4及緩衝構件10之直徑12mm、深度1.5mm的凹部。
(2)將圓板狀成形體A、B、C脫脂以製作圓板狀脫脂體A、B、C。 脫脂係在500℃以上、大氣環境下進行。
(3)於圓板狀脫脂體B內設有第1內部電極3、連接構件4及緩衝構件10，於圓板狀脫脂體C內設有第2內部電極3，連接構件4及緩衝構件10。 (iii)加熱器電極及高頻電極 利用鉬引線形成的網狀物(線徑0.1mm，平紋織，篩號＃50) 將其裁斷成既定的形狀並設成加熱器電極。最外徑294mm。 從利用相同的鉬引線形成的網狀物裁斷成圓形形狀並設為高頻電極。最外徑298mm。 (iv)連接構件 作成直徑8mm厚度0.5mm之鎢的塊體(bulk body)。 (iv)緩衝構件 準備凹部狀構件，其係將AlN原料粉和W的粉末以體積比50%：50%混合後成形，在直徑12mm、厚度1.5mm的圓板從單面實施直徑8mm、深度0.5mm的擴孔加工而成。 (v)加熱器電極等的配置 在圓板狀脫脂體C的直徑12mm的凹部，將緩衝構件以擴孔成為上方的朝向配置。 於緩衝構件的擴孔收容連接構件。 於其上，在直徑300mm的凹部收容作為第2內部電極的加熱器電極。 (vi)圓板狀脫脂體B的積層 在圓板狀脫脂體C之埋設有加熱器電極的側，積層圓板狀脫脂體2。 (vii)高頻電極等的配置 在圓板狀脫脂體B的直徑12mm的凹部，將緩衝構件以擴孔成為上方的朝向配置。 在緩衝構件的擴孔收容連接構件。 於其上，在直徑300mm的凹部，收容作為第1內部電極的高頻電極。 於其上，積層圓板狀脫脂體A，而完成積層體(脫脂體)。
(4)將脫脂體移設到碳模具內且載置於熱壓爐以進行熱壓燒成。 在10MPa的壓力下，以燒成溫度1800℃、燒成時間2小時來進行熱壓燒成。
(5)燒成後加工 其後，對整面進行研削、研磨加工，形成有總厚度25mm、絕緣層厚度1.0mm、表面粗度為Ra0.4μm的晶圓載置面。 從陶瓷基體背面側，於端子位置進行孔徑φ5.5mm的平底孔加工，迄達連接構件為止。
(6)外部金屬端子連接 在所露出之連接構件底面，隔介硬焊材，設置直徑5mm、厚度1mm的鎢與科伐合金製之中間構件、和直徑5mm長度30mm的圓柱狀Ni製供電端子，藉由真空爐以1050℃進行採用Au-Ni系硬焊材的硬焊，而完成電極埋設構件。
［實施例2］ 其次，以實施例2而言，係就使用粉末熱壓法製造出與實施例1同樣的電極埋設構件1之例子作說明。
(1)將由氮化鋁粉末95質量%、氧化釔粉末5質量%構成的粉末混合原料粉填充於有底的碳模具並進行單軸加壓，而製作圓板狀壓粉體1。 (i)圓板狀壓粉體A(會成為燒成後絕緣層的板) 直徑340mm、厚度5mm。 (ii)將與實施例1相同的高頻電極載置於圓板狀壓粉體1上的既定位置。 (iii)連接構件 將與實施例1相同的連接構件配置於高頻電極上的既定位置。 (iv)緩衝構件 將與實施例1相同的緩衝構件覆蓋高頻電極上的連接構件而配置。
(2)將相同的粉末混合原料粉進一步填充於有底的碳模具並進行單軸加壓，而製作圓板狀壓粉體B。 直徑340mm、厚度10mm (v)將加熱器電極載置於圓板狀壓粉體B上。 (vi)連接構件 將與實施例1相同的連接構件配置於加熱器電極上的既定位置。 (vii)緩衝構件 將與實施例1相同的緩衝構件覆蓋在加熱器電極上的連接構件。
(3)將相同的粉末混合原料粉進一步填充於有底的碳模具並進行單軸加壓，而製作圓板狀壓粉體C。 (viii)圓板狀壓粉體C(燒成後會成為基台的板) 直徑340mm、厚度20mm
(4)熱壓燒成 在10MPa的壓力下，以燒成溫度1800℃、燒成時間2小時來進行熱壓燒成。
(5)燒成後加工 其後，對整面進行研削、研磨加工，形成有總厚度25mm、絕緣層厚度1.0mm、表面粗度為Ra0.4μm的晶圓載置面。 從陶瓷基體背面側，於端子位置進行孔徑φ5.5mm的平底孔加工，迄達連接構件為止。
(6)外部金屬端子 在所露出之連接構件底面，隔介硬焊材，設置直徑5mm、厚度1mm的鎢與科伐合金製之中間構件、和直徑5mm長度30mm的圓柱狀Ni製供電端子，藉由真空爐以1050℃進行採用Au-Ni系硬焊材的硬焊，而完成電極埋設構件。
［實施例3］ 其次，以實施例3而言，係針對使用成形體壓製法來製造電極埋設構件1的別的例子作說明。 除了準備如以下述方式構成的凹部狀構件外，其餘工序與實施例1相同，該凹部狀構件係將緩衝構件在AlN原料粉和鎢(W)的粉末以體積比70%：30%混合後成形，在直徑12mm、厚度1.5mm的圓板從單面實施直徑8mm、深度0.5mm的擴孔加工而成。
［實施例4］ 其次，以實施例4而言，係針對使用成形體壓製法來製造電極埋設構件1的別的例子作說明。 除了準備如以下述方式構成的凹部狀構件外，其餘工序與實施例1相同，該凹部狀構件係將緩衝構件在AlN原料粉和鎢(W)的粉末以體積比90%：10%混合後成形，在直徑12mm、厚度1.5mm的圓板從單面實施直徑8mm、深度0.5mm的擴孔加工而成。
［實施例5］ 其次，以實施例5而言，係針對使用成形體壓製法來製造電極埋設構件1的別的例子作說明。 除了連接構件作成直徑8mm、厚度0.5mm之鉬的塊體、以及準備如以下述方式構成的凹部狀構件外，其餘工序與實施例1相同，該凹部狀構件係將緩衝構件在AlN原料粉和鉬(Mo)的粉末以體積比70%：30%混合後成形，在直徑12mm、厚度1.5mm的圓板從單面實施直徑8mm、深度0.5mm的擴孔加工而成。
［比較例］ 其次，針對相對於上述實施例的比較例作說明。 在本比較例中，於上述的實施例1中，沒有將緩衝構件配置於連接構件的周圍，製作出不含緩衝構件之採用習知製法而成的電極埋設構件。
(評價) 使用於實施例1～5及比較例中所製得的電極埋設構件，使用於製程(process)溫度為600℃之半導體製造製程。
在開始使用後經過3個月之後，對端子部的剖面進行SEM觀察時，實施例1～5都沒有確認到裂縫，但在比較例中，有確認到從連接構件的緣部朝向電極埋設構件的表面之裂縫的進展。
A.實施形態： A-1.靜電夾1000的構成： 圖8係概略地顯示本實施形態中之靜電夾1000的外觀構成之立體圖，圖9係概略地顯示本實施形態中之靜電夾1000的XZ剖面構成之說明圖。圖8及圖9中，顯示出用於特定方向之相互正交的XYZ軸。本說明書中，權宜上，將Z軸正方向設為上方向，將Z軸負方向設為下方向，惟靜電夾1000實際上亦可以與此種朝向不同的朝向來設置。
靜電夾1000係將對象物(例如晶圓1500)藉由靜電引力吸附並保持的裝置，例如為了在半導體製造裝置的真空腔室內固定晶圓1500而使用。靜電夾1000具備︰排列配置在既定的配列方向(本實施形態中為上下方向(Z軸方向))之陶瓷板1010及基座板1020。陶瓷板1010與基座板1020係以陶瓷板1010的下面(以下，稱為「陶瓷側接著面S2」)與基座板1020的上面(以下，稱為「基座側接著面S3」)在上述配列方向對向之方式配置。靜電夾1000進一步具備︰配置在陶瓷板1010的陶瓷側接著面S2與基座板1020的基座側接著面S3之間的接著層1030。
陶瓷板1010為例如圓形平面的板狀構件，藉由陶瓷形成。陶瓷板1010的直徑為例如50mm～500mm左右(通常為200mm～350mm左右)，陶瓷板1010的厚度為例如2mm～10mm左右。
作為陶瓷板1010的形成材料，雖可使用各種陶瓷，惟從強度、耐摩耗性、耐電漿性、與後述之基座板1020的形成材料之關係等的觀點來看，較佳為使用例如以氧化鋁(氧化鋁，Al2 O3 )或氮化鋁(AlN)為主成分的陶瓷。此外，在此，所謂主成分意味︰含有比例(重量比例)最多的成分。
在陶瓷板1010的內部，設有由導電性材料(例如鎢、鉬等)所形成的一對內部電極1040。當從電源(未圖示)施加電壓至一對內部電極1040時，便會產生靜電引力，藉由此靜電引力使晶圓1500被吸附固定於陶瓷板1010的上面(以下，稱為「吸附面S1」)。
又，於陶瓷板1010的內部設有由電阻發熱體構成的加熱器1050，該電阻發熱體係藉由導電性材料(例如鎢、鉬等)形成。當從電源(未圖示)施加電壓於加熱器1050時，藉由加熱器1050發熱，可將陶瓷板1010加熱，被保持於陶瓷板1010的吸附面S1之晶圓1500被加熱。藉此，可實現晶圓1500的溫度控制。此外，加熱器1050為了將陶瓷板1010的吸附面S1盡量無遺漏地加熱，例如配置成從Z方向觀看下呈大致同心圓狀。
基座板1020係為例如與陶瓷板1010為同直徑，或直徑比陶瓷板1010大之圓形平面的板狀構件，藉由由陶瓷和鋁合金構成的複合材料所形成。基座板1020的直徑為例如220mm～550mm左右(通常為220mm～350mm左右)，基座板1020的厚度為例如20mm～40mm左右。
作為基座板1020的形成材料，係可使用金屬或各種複合材料。作為金屬，較佳為使用Al(鋁)、Ti(鈦)。作為複合材料，較佳為使用︰在以碳化矽(SiC)為主成分的多孔質陶瓷，熔融以鋁為主成分的鋁合金並使之加壓滲透而成的複合材料。複合材料所含的鋁合金亦可含有Si(矽)、Mg(鎂)，在不影響性質等的範圍內亦可含有其他元素。
在基座板1020的內部形成有冷媒流路1021。當冷媒(例如氟系非活性液體、水等)流動於冷媒流路1021時，基座板1020會被冷卻，藉由隔介接著層1030之基座板1020與陶瓷板1010之間的傳熱，使陶瓷板1010被冷卻，使保持於陶瓷板1010的吸附面S1的晶圓1500被冷卻。藉此，可實現晶圓1500的溫度控制。
接著層1030係將陶瓷板1010與基座板1020接著。接著層1030的厚度為例如0.03mm～1mm左右。
A-2.陶瓷加熱器2000的構成： 圖10為實施例的陶瓷加熱器2000之平面圖。圖11為沿著圖10的A-A線之剖面圖。
作為本實施例的陶瓷構造體之陶瓷加熱器2000係圖10所示，具有作為板狀陶瓷基材的基材2020，該板狀陶瓷基材係由例如包含Y2 O3 之AlN的陶瓷燒結體所構成。
基材2020具有圓板形狀。基材2020的一面係成為基板載置面2020S。作為形成基材2020之陶瓷燒結體的材料，除了可使用上述的氮化鋁之外，也可使用氮化矽、矽鋁氮氧化物(Sialon)、碳化矽、氮化硼、氧化鋁等。
如圖11所示，基板SB(圖11中以虛線表示)係與基板載置面2020S上接觸而載置。
在以基板載置面2020S的中心點C為中心之圓的內部，設有基板載置區域SR。
作為支持體的軸(shaft)2011係為圓筒狀的中空軸構件。軸2011係由例如氧化鋁(Al2 O3 )、氮化鋁(AlN)或氮化矽(Si3 N4 )等的陶瓷燒結體所構成。
在軸2011，於軸方向的一端部設有凸緣部2011F。軸2011係在形成有該凸緣部2011F的一端，安裝於為基材2020的主面之下面2021。例如，軸2011對於基材2020的安裝係藉由將基材2020的下面2021與凸緣部2011F的表面固相接合來進行。
作為金屬電極層的電極2030係埋設於基材2020內的發熱電阻體。作為金屬端子的供電桿2040係在該一端部與電極2030電連接。又，供電桿2040係在另一端部與電源(未圖示)連接。亦即，電極2030係透過供電桿2040被供給來自電源的電力。電極2030係藉由此電力的供給而發熱之發熱體，藉此可將基材2020整體加熱。雖未圖示，但在電極2030電連接有複數個供電桿2040。
從與基板載置面2020S垂直的方向觀之，電極2030係以涵蓋基板載置區域SR延伸的方式埋設。又，電極2030係例如從與基板載置面2020S垂直的方向觀看下具有網孔形狀。電極2030係例如由鉬等的金屬材料構成。
供電桿2040係在軸2011的中空部分伸長於軸2011的軸方向，且形成一端部伸長至基材2020內為止之柱狀。
作為供電桿2040的材料，可使用鎳(Ni)等。此外，供電桿2040的形狀只要為柱狀即可，例如也可作成多角柱、截頭錐狀等的形狀。
1:電極埋設構件 2,2A:基體 3:內部電極 4:連接構件 4a,4b:連接構件的主面 4d,4e:連接構件的緣部 5:端子孔 6:端子(外部金屬端子) 7:硬焊部 7a,7b:中間構件 10,10A:緩衝構件 20:第1脫脂體 21:第2脫脂體
圖1A係示意地顯示作為本發明一實施形態之電極埋設構件的主要部分之說明圖。 圖1B係示意地顯示作為本發明一實施形態之電極埋設構件的主要部分之說明圖。 圖2係將圖1A、圖1B所示之電極埋設構件的連接構件及緩衝構件在彼此分離的狀態下予以放大顯示之說明圖。 圖3A係顯示作為本發明一實施形態之電極埋設構件的製造方法之說明圖。 圖3B係顯示作為本發明一實施形態之電極埋設構件的製造方法之說明圖。 圖4A係顯示作為本發明一實施形態之電極埋設構件的製造方法之其他說明圖。 圖4B係顯示作為本發明一實施形態之電極埋設構件的製造方法之其他說明圖。 圖5A係示意地顯示作為本發明之其他實施形態的電極埋設構件的主要部分之說明圖。 圖5B係示意地顯示作為本發明之其他實施形態的電極埋設構件的主要部分之說明圖。 圖6係示意地顯示作為本發明之其他實施形態的電極埋設構件的主要部分之說明圖。 圖7係示意地顯示習知的電極埋設構件的主要部分之說明圖。 圖8係概略地顯示本實施形態的靜電夾1000的外觀構成之立體圖。 圖9係概略地顯示本實施形態的靜電夾1000的XZ剖面構成之說明圖。 圖10係陶瓷構造體之平面圖。 圖11係圖10的A-A線剖面圖。
1:電極埋設構件
2:基體
2a:表面
2b:背面
3:內部電極
4:連接構件
4a,4b:連接構件的主面
5:端子孔
6:端子(外部金屬端子)
7:硬焊部
7a,7b:中間構件
8:內側面
9:間隙
10:緩衝構件

Claims (11)

  1. 一種電極埋設構件，具備︰ 陶瓷製基體； 埋設於前述基體之電極； 連接構件，具有一主面及另一主面，前述一主面朝向前述電極側，且在與前述電極電連接的狀態下埋設於前述基體且包含鎢或鉬至少一者；及 孔部，從前述基體的外面延伸至前述連接構件的另一主面為止， 該電極埋設構件的特徵為︰ 於前述基體埋設有緩衝構件， 前述緩衝構件至少包含陶瓷材料與鎢及鉬至少一者， 前述緩衝構件係覆蓋前述連接構件的緣部的至少一部分。
  2. 如請求項1之電極埋設構件，其中前述緩衝構件至少包含︰構成前述基體的陶瓷材料、和以鎢及鉬至少一者作為構成元素的導電性材料。
  3. 如請求項1之電極埋設構件，其具備外部金屬端子，該外部金屬端子係在一部分插入於前述孔部的狀態下連接於前述連接構件。
  4. 如請求項3之電極埋設構件，其中前述連接構件進一步具備︰連接前述一主面與前述另一主面之側面、和藉由前述一主面及前述側面形成的緣部， 前述緩衝構件係將前述緣部涵蓋全周地覆蓋。
  5. 如請求項1之電極埋設構件，其中前述連接構件進一步具備︰連接前述一主面與前述另一主面之側面、和藉由前述一主面及前述側面形成的緣部； 前述緩衝構件係將前述緣部涵蓋全周地覆蓋。
  6. 一種如請求項4之電極埋設構件的製造方法，具備︰ 成形體形成工序，形成陶瓷製的第1成形體及第2成形體； 電極載置工序，在前述第1成形體上載置前述電極和前述連接構件； 緩衝構件工序，藉由前述緩衝構件覆蓋前述連接構件的緣部的至少一部分，前述緩衝構件係至少使構成前述第1成形體及前述第2成形體的陶瓷材料、和以鎢及鉬至少一者作為構成元素的導電性材料混合而形成； 第2成形體載置工序，在前述第1成形體、前述電極、前述連接構件及前述緩衝構件上載置前述第2成形體；及 燒結工序，將前述電極、前述連接構件及前述緩衝構件在由前述第1成形體和前述第2成形體挾持的狀態下進行加壓燒成。
  7. 一種如請求項1之電極埋設構件的製造方法，具備︰ 成形體形成工序，形成陶瓷製的第1成形體及第2成形體； 電極載置工序，在前述第1成形體上載置前述電極和前述連接構件； 緩衝構件工序，藉由前述緩衝構件覆蓋前述連接構件的緣部的至少一部分，前述緩衝構件係至少使構成前述第1成形體及前述第2成形體的陶瓷材料、和以鎢及鉬至少一者作為構成元素的導電性材料混合而形成； 第2成形體載置工序，在前述第1成形體、前述電極、前述連接構件及前述緩衝構件上載置前述第2成形體；及 燒結工序，將前述電極、前述連接構件及前述緩衝構件在由前述第1成形體和前述第2成形體挾持的狀態下進行加壓燒成。
  8. 一種如請求項4之電極埋設構件的製造方法，具備︰ 第1壓粉體形成工序，在具有開口的有底筒狀模填充陶瓷製原料粉並加壓而形成第1壓粉體； 電極載置工序，在前述有底筒狀模中，於前述第1壓粉體的前述有底筒狀模的開口側，配置前述電極和前述連接構件； 緩衝構件工序，藉由前述緩衝構件覆蓋前述連接構件的緣部的至少一部分，前述緩衝構件係至少使構成前述原料粉的陶瓷材料、和以鎢及鉬至少一者作為構成元素的導電性材料混合而形成； 第2壓粉體形成工序，在前述有底筒狀模中之前述第1壓粉體、前述電極、及前述緩衝構件的前述開口側填充前述原料粉並加壓而形成含有前述第1壓粉體之第2壓粉體；及 燒結工序，將埋設有前述電極、前述連接構件及前述緩衝構件的前述第2壓粉體加壓燒成。
  9. 一種如請求項1之電極埋設構件的製造方法，具備︰ 第1壓粉體形成工序，在具有開口的有底筒狀模填充陶瓷製原料粉並加壓而形成第1壓粉體； 電極載置工序，在前述有底筒狀模中，於前述第1壓粉體的前述有底筒狀模的開口側，配置前述電極和前述連接構件； 緩衝構件工序，藉由前述緩衝構件覆蓋前述連接構件的緣部的至少一部分，前述緩衝構件係至少使構成前述原料粉的陶瓷材料、和以鎢及鉬至少一者作為構成元素的導電性材料混合而形成； 第2壓粉體形成工序，在前述有底筒狀模中之前述第1壓粉體、前述電極、及前述緩衝構件的前述開口側填充前述原料粉並加壓而形成含有前述第1壓粉體之第2壓粉體；及 燒結工序，將埋設有前述電極、前述連接構件及前述緩衝構件的前述第2壓粉體加壓燒成。
  10. 一種靜電夾，其特徵為︰ 如請求項1之電極埋設構件係靜電夾。
  11. 一種陶瓷製加熱器，其特徵為︰ 如請求項1之電極埋設構件係陶瓷製加熱器。
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