(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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するとともに、端面に開口中空部を有する端子電極部材を前記凹部に嵌入し、前記内部電極の露出部に当接させて該露出部および前記凹部の内壁とろう材を介して接合した端子構造であって、前記端子電極部材は、前記開口中空部の開口から内方にかけて前記ろう材に対するレジスト膜が被着されていることを特徴とする端子構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック基体に設けられた凹部内に棒状の金属製端子部材の一端部を嵌入するとともにこの一端部を凹部内壁にろう付け固定して成る金属製端子部材の取付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合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、ＬＳＩ等の半導体集積回路素子の製作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用いた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マンガ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の表面に吸着されたウエハをセラミック基体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、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、セラミック基体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の一部を露出させる凹部11ｂを形成しておき、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13ａ・13ｂの一端部を嵌入させるとともに、この一端部を凹部11ａ・11ｂの内壁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13ａ・13ｂを取付け、これら端子電極部材13ａ・13ｂを介して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、発熱抵抗体用の内部電極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、このような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13ａ・13ｂ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13ａ・13ｂ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13ａ・13ｂ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13ａ・13ｂ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13ａ・13ｂが絶縁基体11から外れてしまうことがあるという欠点を有していた。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みて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するとともに、端面に開口中空部を有する端子電極部材を前記凹部に嵌入し、前記内部電極の露出部に当接させてこの露出部および前記凹部の内壁とろう材を介して接合した端子構造であって、前記端子電極部材は、前記開口中空部の開口から内方にかけて前記ろう材に対するレジスト膜が被着されている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、セラミック基体の凹部内に嵌入され、内部電極の露出部および凹部の内壁にろう付けされた端子電極部材の端面が開口中空部を有していることから、端子電極部材の端面をセラミック基体の凹部内にろう付けする際に両者間に発生する熱応力は、端子電極部材の開口中空部を有する端部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ようなことはない。
【００１０】
また、内部電極の露出部および凹部の内壁にろう付けされた端子電極部材の開口中空部の開口から内方にかけてろう材に対するレジスト膜が被着されていることから、端子電極部材をセラミック基体の凹部内に嵌入してろう付けする際に、ろう材の一部が端子電極部材の開口中空部の内壁を濡らし、表面張力によりその内壁を這い上がって開口中空部の内部を埋めてしまうようなことがないため、端子電極部材の開口中空部を有する端部が変形することによる、ろう付けによって熱膨張係数の差に起因して発生する熱応力の吸収が妨げられることがない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、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の実施の形態の一例を静電チャックに適用した場合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。
【００１２】
これらの図において、１はセラミック基体、２ａ・２ｂは内部電極、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。
【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等（図示せず）を支持するための支持体として機能する。
【００１４】
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し、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、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。
【００１５】
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および吸着した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。
【００１６】
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例えば略平板状のメタライズパターンや金属板・金属メッシュ等であり、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の上面に図示しないシリコンウエハ等が静電気により吸着保持される。
【００１７】
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。
【００１８】
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、例えばタングステン・モリブデン等の高融点金属のメタライズパターン等から成り、タングステンメタライズから成る場合であれば、タングステン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。
【００１９】
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り、端面に開口中空部を有する略円柱状の端子電極部材３ａ・３ｂが嵌入され、その端面を内部電極２ａ・２ｂの露出部に当接させて、その露出部および凹部１ａ・１ｂの内壁にろう付けされている。
【００２０】
セラミック基体１の凹部１ａ・１ｂに嵌入ろう付け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、その開口中空部を有する側の端部がセラミック基体１の凹部１ａ・１ｂ内に嵌入されるとともに、内部電極２ａ・２ｂの露出部およびセラミック基体１の凹部１ａ・１ｂの内壁に例えば銀−銅−チタン等の活性ろう材４ａ・４ｂを介して接合されている。
【００２１】
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。
【００２２】
なお、端子電極部材３ａ・３ｂを銀−銅−チタン等の活性ろう材４ａ・４ｂを介してセラミック基体１の凹部１ａ・１ｂ内に嵌入ろう付けするには、例えば活性ろう材４ａ・４ｂが銀−銅−チタンから成る場合であれば、銀−銅−チタンのろう材粉末に有機バインダや溶剤を添加混合して得たろう材ペーストをセラミック基体１の凹部１ａ・１ｂの内壁に塗布するとともに、このろう材ペーストが塗布された凹部１ａ・１ｂ内に端子電極部材３ａ・３ｂの開口中空部を有する側の端部を嵌入させ、これを真空雰囲気中、約800 ℃の温度で焼成する方法が採用され得る。
【００２３】
また、端子電極部材３ａ・３ｂは、セラミック基体１の凹部１ａ・１ｂ内に嵌入ろう付けされた端部がその内部がくり貫かれる等して開口を有する中空状態となっており、これによりこの端部が応力の印加に対して変形し易いものとなっている。
【００２４】
端子電極部材３ａ・３ｂは、セラミック基体１の凹部１ａ・１ｂ内に嵌入ろう付けされた端面に開口中空部を有していることから、端子電極部材３ａ・３ｂをセラミック基体１の凹部１ａ・１ｂに嵌入ろう付けする際に端子電極部材３ａ・３ｂとセラミック基体１との熱膨張係数の相違に起因して発生する熱応力は、端子電極材３ａ・３ｂの中空状態の端部が変形することによって良好に吸収緩和され、セラミック基体１の凹部１ａ・１ｂ近傍に大きく内在することはない。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、端子電極部材３ａ・３ｂは、その直径をＤ、中空部分の直径をｄとしたとき、ｄ／Ｄ＞0.9 となると、中空部の開口付近の機械的強度が不足して、端子電極部材３ａ・３ｂに外力が印加された場合にこの外力によって端子電極部材３ａ・３ｂが容易に破断する恐れが大きくなる傾向がある。また、ｄ／Ｄ＜0.2 となると、中空部の開口付近が変形しにくいものとなり、端子電極部材３ａ・３ｂをセラミック基体１の凹部１ａ・１ｂ内に嵌入ろう付けする際に端子電極部材３ａ・３ｂとセラミック基体１との熱膨張係数の相違に起因して発生する熱応力を効果的に吸収できにくくなり、セラミック基体１の凹部１ａ・１ｂ近傍に熱応力が大きく内在してしまいやすい傾向にある。従って、端子電極部材３ａ・３ｂは、その直径をＤ、中空部分の直径をｄとしたとき、0.2 ≦ｄ／Ｄ≦0.9 としておくことが好ましく、特に0.5 ≦ｄ／Ｄ≦0.7 としておくことがより好ましい。
【００２６】
さらに端子電極部材３ａ・３ｂは、開口中空部の開口から内方にかけて内部表面にろう材と濡れない材料から成るレジスト膜５ａ・５ｂが被着されている。
【００２７】
ろう材に対するレジスト膜５ａ・５ｂは、例えば窒化硼素や窒化アルミニウム・窒化珪素・酸化アルミニウム・酸化珪素等のろう材と濡れない材料から成り、端子電極部材３ａ・３ｂの開口中空部を有する側の端部をセラミック基体１の凹部１ａ・１ｂに嵌入ろう付けする際に、ろう材の一部が端子電極部材３ａ・３ｂの開口中空部の内部に濡れ、表面張力により這い上がってこの内部を埋めてしまうことにより端子電極部材３ａ・３ｂの開口中空部が変形する能力を損なうことを防止する作用をなす。例えば窒化硼素から成る場合であれば、粒径が0.1 〜10μｍ程度の窒化硼素粉末に適当な有機バインダや溶剤を添加混合して得た窒化硼素ペーストを端子電極部材３ａ・３ｂの開口中空部の開口から内方にかけて内部表面に塗布しておき、これをろう付けの際に同時に焼成することによって端子電極部材３ａ・３ｂの開口中空部の開口から内方にかけて被着される。
【００２８】
端子電極部材３ａ・３ｂは、開口中空部の開口から内方にかけてろう材に対するレジスト膜５ａ・５ｂが被着されていることから、端子電極部材３ａ・３ｂの開口中空部側の端部をセラミック基体１の凹部１ａ・１ｂに嵌入ろう付けする際に、ろう材の一部が端子電極部材３ａ・３ｂの開口中空部の内部表面に濡れ、表面張力によりこの内部を埋めてしまうことを有効に防止することができ、それにより、端子電極部材３ａ・３ｂの端部をセラミック基体１の凹部１ａ・１ｂに嵌入ろう付けする際に、端子電極部材３ａ・３ｂとセラミック基体１との熱膨張係数の相違に起因して発生する熱応力を開口中空部側の端部が変形して良好に吸収緩和することができる。
【００２９】
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。
【００３０】
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種々の変更を加えることは何ら差し支えない。
【００３１】
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内に端子電極部材３ａ・３ｂを銀−銅−チタン等の活性ろう材４ａ・４ｂを介してろう付けしたが、端子電極部材３ａ・３ｂは、セラミック基体１の凹部１ａ・１ｂ内に銀−銅ろう等の活性を有しないろう材４ａ・４ｂを介してろう付けしてもよく、この場合には、図３に図２と同様の要部拡大断面図で示すように、凹部１ａ・１ｂの内壁にタングステンやモリブデン・マンガン等の高融点金属粉末から成るメタライズ金属層６を従来周知のメタライズ法により被着させておくとともにこのメタライズ金属層６の表面にニッケルめっき（図示せず）を施し、このニッケルめっき上に銀−銅ろう等の活性を有しないろう材４ａ・４ｂを介して端子電極部材３ａ・３ｂをろう付けする方法が採用される。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の端子構造によれば、セラミック基体の凹部内に嵌入され、内部電極の露出部および凹部の内壁にろう付けされた端子電極部材の端面が開口中空部を有していることから、端子電極部材の端面をセラミック基体の凹部内にろう材を介して接合する際に両者間に発生する熱応力は、端子電極部材の開口中空部を有する端部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ようなことはなく、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。
【００３３】
また、本発明の端子構造によれば、内部電極の露出部および凹部の内壁にろう付けされた端子電極部材の開口中空部の開口から内方にかけてろう材に対するレジスト膜が被着されていることから、端子電極部材をセラミック基体の凹部内に嵌入してろう付けする際に、ろう材の一部が端子電極部材の開口中空部の内壁を濡らして表面張力により開口中空部の内部を埋めてしまうようなことがないため、端子電極部材の開口中空部を有する端部が変形することによる、ろう付けによって発生する熱応力の吸収が妨げられることがない。
【００３４】
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、信頼性が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
４ａ、４ｂ・・・ろう材
５ａ、５ｂ・・・レジスト膜
【図１】
0003660795.tif 000002
【図２】
0003660795.tif 000003
【図３】
0003660795.tif 000004
【図４】
0003660795.tif 000005