JP2005032842A - Electrode structure and ceramic joint - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック部材の内部に導電体を有する電気機器の該導電体と外部との電気的接続を行うための電極構造、および、半導体の製造、検査や光分野等に用いられるホットプレート（セラミックヒータ）、静電チャック、サセプタなどに用いられ、その内部に導電体が設けられたセラミック基板の底面に、保護セラミック体が接合された接合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エッチング装置や、化学的気相成長装置等を含む半導体製造・検査装置等においては、従来、基板として、熱伝導率が高く、強度も大きい窒化物セラミックや炭化物セラミックを使用し、これらのセラミックからなる板状体の表面に、金属粒子を焼結して形成した抵抗発熱体が設けられたセラミック基板が用いられてきた（例えば、特許文献１参照）。
このようなセラミックヒータでは、高温においても機械的な強度の大きいセラミック基板を用いているため、セラミック基板の厚さを薄くして熱容量を小さくすることができ、その結果、電圧や電流量の変化に対してセラミック基板の温度を迅速に追従させることができる。
【０００３】
また、このようなホットプレートのなかには、特許文献２、特許文献３、特許文献４等に記載のように、円筒状のセラミックと円板状のセラミックとを接合させ、半導体製造工程に用いる反応性ガスやハロゲンガス等から外部端子等の配線を保護する手段がとられているものがあった。
【０００４】
また、このようなホットプレートとして、例えば、特許文献５には、セラミック基体と、ヒータ内部に形成された抵抗発熱体と、上記抵抗発熱体の端部に接続され、上記抵抗発熱体よりも太く、セラミック基板の表面にその先端面が露出した柱状の端子と、この端子を介して上記抵抗発熱体と電気的に接続された柱状の電極部材とを備え、上記端子と上記電極部材とが先端面同士が互いに突き合わされた状態で機械的結合法によって結合されたセラミックヒータが開示されている。
【０００５】
また、非特許文献１には、ヒータ本体にその表裏面を貫通する孔が設けられ、その孔の内壁に導電層が形成されるとともに、該導電層が上記ヒータ本体内部の抵抗発熱体と電気的に接続され、さらに孔にリード線が挿入され、抵抗発熱体と接続されたセラミックヒータが開示されている。
【０００６】
ところが、特許文献５に記載のセラミックヒータでは、柱状の端子と柱状の電極部材とが単に機械的に結合されているため、端子の露出面に完全に電極部材を密着させることは困難である。
従って、この結合部分にわずかな隙間が形成されることを避けることはできず、反応性ガスやハロゲンガス等の腐食性ガスがセラミックヒータの周囲に存在する場合には、この腐食性ガスに起因して、端子の結合部に腐食が発生しやすい。そして、腐食が発生すると、接合部において、端子と電極部材との接続不良となったり、上記結合部の抵抗が増大し、この抵抗の増大に起因して発熱するという問題が発生してしまう。
【０００７】
また、非特許文献１に記載のセラミックヒータでは、導電層とリード線との接続部が、やはり露出しており、反応性ガスやハロゲンガス等の腐食性ガスが上記セラミックヒータの周囲に存在する場合には、上記特許文献５に記載のセラミックヒータと同様に、上記接続部において腐食が発生し、接続不良となったり、上記接続部において発熱するという問題が発生してしまう。
【０００８】
【特許文献１】
特開平４−３２４２７６号公報
【特許文献２】
特許第２５２５９７４号公報
【特許文献３】
特許第２７８３９８０号公報
【特許文献４】
特開２０００−１１４３５５号公報
【特許文献５】
特許第２５１８９６２号公報
【非特許文献１】
実開昭５７−１８２８９３号公報（実願昭５６−７０２５６号マイクロフィルム）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、上述した問題点に鑑み、鋭意研究を行った結果、導電体の端部と接続されたスルーホールをセラミック基板内部に埋設し、上記スルーホールを露出させる有底孔に配設された外部端子とスルーホールとを電気的に接続することにより、腐食性ガスに起因する接続部の腐食を防止することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち、第一の本発明の電極構造は、セラミック部材の内部に形成された導電体と外部電極とを接続するための電極構造であって、
上記セラミック部材内部の上記導電体に電気的に接続される内部電極が形成されるとともに、上記内部電極を露出させるための有底孔が形成され、上記有底孔に配設された上記外部電極と上記内部電極とが機械的に接続されていることを特徴とする。
【００１１】
第一の本発明の電極構造によれば、内部電極と外部電極との接続部がセラミック部材の表面に露出することがなく、また、有底孔には外部電極が機械的に嵌合されているため、接続部は、外部雰囲気から遮断された状態となっており、その結果、上記接続部が反応性ガスやハロゲンガス等の腐食性ガスにより腐食し、接続部で接続不良が発生したり、発熱が発生したりするのを防止することができる。
【００１２】
また、第二の本発明の電極構造は、セラミック部材の内部に形成された導電体と外部電極とを接続するための電極構造であって、
上記セラミック部材内部の上記導電体に電気的に接続される内部電極が形成されるとともに、上記内部電極を露出させるための有底孔が形成され、上記有底孔に配設された上記外部電極と上記内部電極とが半田またはろう材を介して接続されていることを特徴とする。
【００１３】
第二の本発明の電極構造によれば、内部電極と外部電極との接続部がセラミック部材の表面に露出することがなく、また、有底孔には外部電極が配設されているため、接続部は、外部雰囲気から遮断された状態となっており、その結果、上記接続部が反応性ガスやハロゲンガス等の腐食性ガスにより腐食し、接続部で接続不良が発生したり、発熱が発生したりするのを防止することができる。
【００１４】
また、第一の本発明のセラミック接合体は、その内部に導電体が設けられた円板形状のセラミック基板の底面に、保護セラミック体が接合されるとともに、上記導電体がスルーホールを介して外部端子と接続されたセラミック接合体であって、
上記スルーホールは、上記セラミック基板内部の上記導電体に電気的に接続されるとともに、上記スルーホールを露出させるための有底孔が形成され、上記有底孔に配設された上記外部端子と上記スルーホールとが機械的に接続されていることを特徴とする。
【００１５】
第一の本発明のセラミック接合体によれば、スルーホールと外部端子との接続部がセラミック基板の表面に露出することがなく、また、有底孔には外部端子が機械的に嵌合されているため、接続部は、外部雰囲気から遮断された状態となっており、その結果、上記接続部が反応性ガスやハロゲンガス等の腐食性ガスにより腐食し、接続部で接続不良が発生したり、発熱が発生したりするのを防止することができる。
【００１６】
また、第二の本発明のセラミック接合体は、その内部に導電体が設けられたセラミック基板の底面に、保護セラミック体が接合されるとともに、上記導電体がスルーホールを介して外部端子と接続されたセラミック接合体であって、
上記スルーホールは、上記セラミック基板内部の上記導電体に電気的に接続されるとともに、上記スルーホールを露出するための有底孔が形成され、上記有底孔に配設された上記外部端子と上記スルーホールとが半田またはろう材を介して接続されていることを特徴とする。
【００１７】
第二の本発明のセラミック接合体によれば、スルーホールと外部端子との接続部がセラミック基板の表面に露出することがなく、また、有底孔には外部端子が配設されているため、接続部は、外部雰囲気から遮断された状態となっており、その結果、上記接続部が反応性ガスやハロゲンガス等の腐食性ガスにより腐食し、接続部で接続不良が発生したり、発熱が発生したりするのを防止することができる。
なお、本発明でいうスルーホールとは、セラミック基板の内部に形成された導電体と、外部端子とを接続するために貫通孔等に嵌合または挿入された導電部材をいう。この導電部材は、セラミック基板を製造する際、導電性粒子を用いて内部に埋設し、セラミック基板と同時に形成してもよい。上記導電部材は、内部が完全に充填されている必要はなく、空洞部分が存在してもよい。
【００１８】
上記導電体は、発熱体であって、上記セラミック接合体は、ホットプレートとして機能するか、または、上記導電体は、静電電極であって、上記セラミック接合体は、静電チャックとして機能することが望ましい。
【００１９】
上記発熱体は、抵抗発熱体であってもよく、ペルチェ素子のような発熱素子であってもよい。上記発熱体が抵抗発熱体である場合、上記抵抗発熱体は、層状に形成されていてもよく、線条体で形成されていてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
初めに、第一の本発明の電極構造について説明する。
第一の本発明の電極構造は、セラミック部材の内部に形成された導電体と外部電極とを接続するための電極構造であって、
上記セラミック部材内部の上記導電体に電気的に接続される内部電極が形成されるとともに、上記内部電極を露出させるための有底孔が形成され、上記有底孔に配設された外部電極と内部電極とが機械的に接続されていることを特徴とする。
【００２１】
図１は、第一の本発明の電極構造を模式的に示した部分拡大断面図である。
セラミック部材１の内部に形成された導電体２の直下には、内部電極３が配設されており、導電体２と電気的に接続されている。また、内部電極３の直下には、内部電極３を露出させるための有底孔４が形成されている。有底孔４には、ねじ溝が形成されており、その外周部にねじが切られた外部電極５が、有底孔４にねじ込まれることにより、内部電極３と接続されている。
また、外部電極５には、ねじ溝が形成された孔７が設けられており、先端にねじ部を有する外部端子８が孔７にねじ込まれることにより、外部電極５と接続されている。
【００２２】
このような電極構造とすることにより、内部電極３と外部電極５との接続部６がセラミック部材１の表面に露出することがなく、また、有底孔４には外部電極５が配設されているため、接続部６は、外部雰囲気から完全に遮断された状態となっており、その結果、接続部６が反応性ガスやハロゲンガス等の腐食性ガスにより腐食し、接続部６で接続不良が発生したり、発熱が発生したりするのを防止することができる。
【００２３】
第一の本発明の電極構造において、セラミック部材の材質としては特に限定されるものではないが、例えば、窒化物セラミック、炭化物セラミック、酸化物セラミック等が望ましい。
窒化物セラミック、炭化物セラミック、酸化物セラミックは、熱膨張係数が金属よりも小さく、機械的な強度が金属に比べて格段に高いため、セラミック部材の厚さを薄くしても、加熱により反ったり、歪んだりしない。そのため、セラミック部材を薄くて軽いものとすることができる。
【００２４】
さらに、セラミック部材の熱伝導率が高く、セラミック部材自体が薄いため、セラミック部材の表面温度が、抵抗発熱体の温度変化に迅速に追従する。即ち、電圧、電流値を変えて抵抗発熱体の温度を変化させることにより、セラミック部材の表面温度を制御することができるのである。
【００２５】
上記窒化物セラミックとしては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
また、上記炭化物セラミックとしては、例えば、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
さらに、上記酸化物セラミックとしては、例えば、アルミナ、ジルコニア、コージュライト、ムライト等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
これらのなかでは、窒化物セラミックである窒化アルミニウムが最も好ましい。熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高く、温度追従性に優れるからである。
【００２６】
また、上記セラミック部材は、焼結助剤を含有していてもよい。上記焼結助剤としては、例えば、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類酸化物等が挙げられる。これらの焼結助剤のなかでは、ＣａＯ、Ｙ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏが好ましい。これらの含有量としては、０．１〜２０重量％が好ましい。また、アルミナを含有していてもよい。
【００２７】
また、上記セラミック部材は、カーボンを含有し、その含有量は、２００〜５０００ｐｐｍであることが望ましい。電極を隠蔽することができ、また黒体輻射を利用しやすくなるからである。
【００２８】
なお、上記セラミック部材は、明度がＪＩＳ Ｚ ８７２１の規定に基づく値でＮ６以下のものであることが望ましい。この程度の明度を有するものが輻射熱量、隠蔽性に優れ、上記電極構造をセラミックヒータに適用した際、高性能のヒータを実現することができるからである。
ここで、明度のＮは、理想的な黒の明度を０とし、理想的な白の明度を１０とし、これらの黒の明度と白の明度との間で、その色の明るさの知覚が等歩度となるように各色を１０分割し、Ｎ０〜Ｎ１０の記号で表示したものである。
そして、実際の測定は、Ｎ０〜Ｎ１０に対応する色票と比較して行う。この場合の小数点１位は０または５とする。
【００２９】
このような特性を有するセラミック部材は、セラミック中にカーボンを１００〜５０００ｐｐｍ含有させることにより得られる。カーボンには、非晶質のものと結晶質のものとがあり、非晶質のカーボンは、基板の高温における体積抵抗率の低下を抑制することでき、結晶質のカーボンは、基板の高温における熱伝導率の低下を抑制することができるため、その製造する基板の目的等に応じて適宜カーボンの種類を選択することができる。
非晶質のカーボンは、例えば、Ｃ、Ｈ、Ｏだけからなる炭化水素、好ましくは、糖類を、空気中で焼成することにより得ることができ、結晶質のカーボンとしては、グラファイト粉末等を用いることができる。
また、アクリル系樹脂を不活性雰囲気下で熱分解させた後、加熱加圧することによりカーボンを得ることができるが、このアクリル系樹脂の酸価を変化させることにより、結晶性（非晶性）の程度を調整することもできる。
【００３０】
また、セラミック部材の気孔率は、０または５％以下が好ましい。上記気孔率はアルキメデス法により測定する。
【００３１】
上記導電体としては特に限定されず、例えば、発熱体、電極等が挙げられる。
上記発熱体は、抵抗発熱体であってもよく、ペルチェ素子のような発熱素子であってもよい。
なお、上記発熱体が抵抗発熱体である場合、上記抵抗発熱体は、層状に形成されていてもよく、線状体で形成されていてもよい。
【００３２】
上記電極としては特に限定されず、例えば、静電電極、グランド電極、ガード電極等が挙げられる。なお、上記電極は、一定機能を有し、その周囲に電場を与えるための電気伝導体をいい、下記する外部電極、内部電極は、種々の機能を有する導電体からの電気的機能を取り出すための導電的な構成部分をいう。
上記内部電極、外部電極の材質については、電気の良導体であれば特に限定されず、例えば、タングステン、モリブデン、ニッケル、コバール等の金属等が挙げられる。
【００３３】
さらに、上記外部電極の形状は、内部に形成された上記内部電極との機械的接続を可能とするものであれば特に限定されず、円柱状、角柱状等のものが挙げられるが、その先端にねじが切られたものが好ましい。内部電極を露出させるための有底孔や内部電極に設けられた上記有底孔と連通する孔にねじ溝を設け、この有底孔に外部電極をねじ込むことにより、上記セラミック部材にしっかりと固定することができるからである。
【００３４】
第一の本発明の電極構造において、内部電極と外部端子との接続方法については、機械的な接続方法であれば特に限定されず、上述した有底孔にねじ溝を形成し、先端部にねじ部を有する外部端子を接続する方法のほかに、バネを使用して有底孔に外部端子を押し付けて接続する方法等を挙げることができる。
【００３５】
次に、第二の本発明の電極構造について説明する。
第二の本発明の電極構造は、セラミック部材の内部に形成された導電体と外部電極とを接続するための電極構造であって、
上記セラミック部材内部の上記導電体に電気的に接続される内部電極が形成されるとともに、上記内部電極を露出させるための有底孔が形成され、上記有底孔に配設された上記外部電極と上記内部電極とが機械的に接続されていることを特徴とする。
【００３６】
上記外部電極の形状は、内部に形成された上記内部電極と半田またはろう材を介して接続することが可能なものであれば特に限定されず、例えば、円柱状、角柱状等のものが挙げられる。
【００３７】
上記半田としては特に限定されず、例えば、銀−鉛、鉛−スズ、ビスマス−スズなどの合金等が挙げられる。
上記ろう材としては特に限定されず、例えば、金ろう、銀ろう、パラジウムろう、アルミニウムろう等が挙げられる。
【００３８】
上記金ろうとしては、３７〜８０．５重量％：Ａｕ−６３〜１９．５重量％：Ｃｕ合金、８１．５〜８２．５重量％：Ａｕ−１８．５〜１７．５重量％：Ｎｉ合金から選ばれる少なくとも１種が望ましい。これらは、溶融温度が、９００℃以上であり、高温領域でも溶融しにくいためである。
銀ろうとしては、例えば、Ａｇ−Ｃｕ系のものを使用することができる。
【００３９】
第二の本発明の電極構造において、内部電極と外部電極との接続方法としては、半田またはろう材を介して接続する方法であれば、特に限定されず、例えば、外部電極と内部電極との間に半田またはろう材を介装し、その後、加熱してリフローすることにより接続する方法等が挙げられる。
なお、第二の本発明の電極構造において、セラミック部材を形成するセラミックの材質は、第一の本発明の電極構造で説明したセラミック部材と同様のものを用いることができ、また、外部電極の形状等も、第一の本発明の電極構造で説明したものと同様のものを用いることができる。従って、ここでは、その詳しい説明を省略する。
【００４０】
次に、第一の本発明のセラミック接合体を説明する。
第一の本発明のセラミック接合体は、その内部に導電体が設けられた円板形状のセラミック基板の底面に、保護セラミック体が接合されるとともに、上記導電体がスルーホールを介して外部端子と接続されたセラミック接合体であって、
上記スルーホールは、上記セラミック基板内部の上記導電体に電気的に接続されるとともに、上記スルーホールを露出させるための有底孔が形成され、上記有底孔に配設された上記外部端子と上記スルーホールとが機械的に接続されていることを特徴とする。
【００４１】
第一の本発明のセラミック接合体において、上記保護セラミック体は、柱状体や板状体であってもよく、筒状体のような中空体であってもよく、内部に空洞が存在せず、セラミックが充填された構造の充実体であってもよい。
柱状体の場合、図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、三角柱状体１５０や四角柱状体１６０であってもよく、それ以上の多角柱状体１７０であってもよい。
また、第一の本発明のセラミック接合体において、スルーホールと外部端子との接続方法については機械的な接続方法であれば特に限定されないが、例えば、有底孔にねじ溝を形成し、先端部にねじ部を有する外部端子を接続する方法、バネを使用して有底孔に外部端子を押し付けて接続する方法等が挙げられる。
【００４２】
第一の本発明のセラミック接合体において、その最も好適な例は、その内部に導電体が設けられた円板形状のセラミック基板の底面に、円筒形状の筒状保護セラミック体が接合されたセラミック接合体であって、
上記セラミック基板内部の、上記導電体の直下に、スルーホールが形成されるとともに、上記スルーホールを露出させるための有底孔が形成されたセラミック接合体である。以下においては、このセラミック接合体について説明していくことにする。
【００４３】
第一の本発明のセラミック接合体を構成するセラミック基板の内部に形成された導電体が抵抗発熱体および導体回路である場合には、上記セラミック接合体は、ホットプレートとして機能する。
図２は、第一の本発明のセラミック接合体の一例であるホットプレートの一例を模式的に示した平面図であり、図３は、その断面図であり、図４は、図３に示した保護セラミック体近傍の部分拡大断面図である。
図３に示すように、このホットプレート１０では、円板形状のセラミック基板１１の底面１１ｂの中央付近に、直接、筒状保護セラミック体１７が接合されている。
【００４４】
また、筒状保護セラミック体１７は、支持容器の底板（図示せず）に密着するように形成されているため、筒状保護セラミック体１７の内側と外側とは完全に隔離されている。
セラミック基板１１の内部には、図２に示すように、同心円形状の回路からなる抵抗発熱体１２が形成されており、これら抵抗発熱体１２は、互いに近い二重の同心円同士が１組の回路として、１本の線になるように接続されている。
また、図３に示すように、抵抗発熱体１２と底面１１ｂとの間には、セラミック基板１１の中心方向に向かって延びる導体回路１８が形成されており、抵抗発熱体端部１２ａと導体回路１８の一端とはバイアホール１３０を介して接続されている。
【００４５】
この導体回路１８は、抵抗発熱体端部１２ａを中央部に延設するために形成されたものであり、セラミック基板１１の内部において、筒状保護セラミック体１７の内側の近傍にまで延びた導体回路１８の他端の直下にはスルーホール１３′およびこのスルーホール１３′の一部を露出させる円柱形状の有底孔１９が形成されている。
抵抗発熱体端部１２ａが筒状保護セラミック体１７の内側にある場合には、バイアホールや導体回路は必要がないので、抵抗発熱体の端部に直接スルーホール１３が形成されている。このスルーホール１３の直下には、スルーホール１３の一部を露出させる円柱形状の有底孔１９が形成されている。また、有底孔１９の壁面にはねじ溝が設けられている。
【００４６】
そして、スルーホール１３、１３′を露出する有底孔１９に、外部端子２３を構成する部品である、その外周部にねじが切られた端子部品２３ａがねじ込まれ、セラミック基板１１に堅固に固定されることにより、端子部品２３ａと抵抗発熱体１２とがスルーホール１３、１３′を介して電気的に接続されている。
また、これらの端子部品２３ａには、ねじ孔２４が設けられており、外部端子２３を構成する部品である、先端にねじ部を有する端子部品２３ｂが、ねじ孔２４にねじ込まれることにより、端子部品２３ａと接続されている。
また、端子部品２３ｂには導電線２３０が接続され、この導電線２３０は、底板（図示せず）に形成された貫通孔から外部に引き出され、電源等（図示せず）と接続されている。
【００４７】
一方、セラミック基板１１の底面１１ｂに形成された有底孔１４には、リード線２９０を有する熱電対等の測温素子１８０が挿入され、耐熱性樹脂、セラミック（シリカゲル等）等を用いて封止されている。このリード線２９０は、碍子（図示せず）の内部を挿通しており、支持容器の底板に形成された貫通孔（図示せず）を通して外部に引き出されており、碍子の内部も外部と隔離されている。
さらに、セラミック基板１１の中央に近い部分には、リフターピン（図示せず）を挿通するための貫通孔１５が設けられている。
【００４８】
上記リフターピンは、その上にシリコンウエハ等の被処理物を載置して上下させることができるようになっており、これにより、シリコンウエハを図示しない搬送機に渡したり、搬送機からシリコンウエハを受け取ったりするとともに、シリコンウエハをセラミック基板１１の加熱面１１ａに載置して加熱したり、シリコンウエハを加熱面１１ａから５０〜２０００μｍ離間させた状態で支持し、加熱することができるようになっている。
【００４９】
また、セラミック基板１１に貫通孔や凹部を設け、この貫通孔または凹部に先端が尖塔状または半球状の支持ピンを挿入した後、支持ピンをセラミック基板１１よりわずかに突出させた状態で固定し、上記支持ピンでシリコンウエハを支持することにより、加熱面１１ａから５０〜２０００μｍ離間させた状態で加熱してもよい。
なお、支持容器の底板には、冷媒導入管等を設けてもよい。この場合、この冷媒導入管に、配管を介して冷媒を導入することより、セラミック基板１１の温度や冷却速度等を制御することができる。
【００５０】
上述したように、このホットプレート１０では、セラミック基板１１の底面１１ｂに筒状保護セラミック体１７が接合され、筒状保護セラミック体１７は図示しない支持容器の底板（容器壁）まで形成されているので、筒状保護セラミック体１７の内側とその外側とは、完全に隔離された状態となっている。
従って、底板の貫通孔から引き出された導電線２３０を管状の部材で保護することにより、ホットプレート１０の周囲が反応性ガスやハロゲンガス等を含む雰囲気となっており、これら反応性ガス等が支持容器の内部に入り込み易い状態であっても、筒状保護セラミック体１７の内部の配線等が腐食しにくい構造となっている。
【００５１】
また、第一の本発明においては、スルーホール１３、１３′がセラミック基板１１の内部に埋設され、スルーホール１３、１３′の一部を露出させるねじ溝を有する円柱形状の有底孔１９に外部端子２３（端子部品２３ａ）がねじ込まれて固定されているため、接続部は、周囲の雰囲気ガスから遮断され、万が一、筒状保護セラミック体１７の内部に腐食性ガスが少量入り込んだ場合であっても、接続部に腐食が発生することがない。
【００５２】
筒状保護セラミック体１７は、セラミック基板１１をしっかりと支持する働きも有しているので、セラミック基板１１が高温に加熱された際にも、自重により反るのを防止することができ、その結果、シリコンウエハ等の被処理物の破損を防止するとともに、該被処理物を均一な温度になるように加熱することもできる。
【００５３】
第一の本発明のセラミック接合体におけるセラミック基板の形状は、図２に示すように、円板形状であるが、その直径は、２００ｍｍ以上が望ましく、２５０ｍｍ以上がより望ましい。上記セラミック接合体を、ホットプレートや静電チャックとして用いた場合、このような大きな直径を持つ基板は、大口径の半導体ウエハを載置することができるからである。また、大きな直径を持つホットプレートほど、昇温および降温時に発生する熱応力が大きくなるため、第一の本発明の構成が有効に機能するからである。
【００５４】
また、上記セラミック基板の厚さは、２５ｍｍ以下であることが望ましい。上記セラミック基板の厚さが２５ｍｍを超えると温度追従性が低下するからである。また、その厚さは、０．５ｍｍ以上であることが望ましい。０．５ｍｍより薄いと、セラミック基板の強度自体が低下するため破損しやすくなる。より望ましくは、１．５を超え５ｍｍ以下である。５ｍｍより厚くなると、熱が伝搬しにくくなり、加熱の効率が低下する傾向が生じ、一方、１．５ｍｍ以下であると、セラミック基板中を伝搬する熱が充分に拡散しないため加熱面に温度ばらつきが発生することがあり、また、セラミック基板の強度が低下して破損する場合があるからである。
【００５５】
また、図３に示すように、セラミック基板１１には、被加熱物を載置する加熱面１１ａの反対側から加熱面１１ａに向けて有底孔１４を設けるとともに、有底孔１４の底を抵抗発熱体１２よりも相対的に加熱面１１ａに近く形成し、この有底孔１４に熱電対等の測温素子１８０を設けることが望ましい。
測温素子１８０により抵抗発熱体１２の温度を測定し、そのデータをもとに電圧、電流量を変えて、温度を制御することができるからである。
【００５６】
また、有底孔１４の底と加熱面１１ａとの距離は、０．１ｍｍ〜セラミック基板の厚さの１／２であることが望ましい。
これにより、測温場所が抵抗発熱体１２よりも加熱面１１ａに近くなり、より正確な半導体ウエハの温度の測定が可能となるからである。
有底孔１４の底と加熱面１１ａとの距離が０．１ｍｍ未満では、放熱してしまい、加熱面１１ａに温度分布が形成され、厚さの１／２を超えると、抵抗発熱体の温度の影響を受けやすくなり、温度制御できなくなり、やはり加熱面１１ａに温度分布が形成されてしまうからである。
【００５７】
有底孔１４の直径は、０．３ｍｍ〜５ｍｍであることが望ましい。これは、大きすぎると放熱性が大きくなり、また小さすぎると加工性が低下して加熱面１１ａとの距離を均等にすることができなくなるからである。
有底孔１４は、図２に示したように、セラミック基板１１の中心に対して対称で、かつ、十字を形成するように複数配列することが望ましい。これは、加熱面全体の温度を測定することができるからである。
上記測温素子としては、例えば、熱電対、白金測温抵抗体、サーミスタ等が挙げられる。
【００５８】
また、上記熱電対としては、例えば、ＪＩＳ−Ｃ−１６０２（１９８０）に挙げられるように、Ｋ型、Ｒ型、Ｂ型、Ｓ型、Ｅ型、Ｊ型、Ｔ型熱電対等が挙げられるが、これらのなかでは、Ｋ型熱電対が好ましい。また、熱電対が一端部が閉鎖された細い筒状体に挿入され、２種の金属が接続された部分が上記一端部付近まで達し、その周囲がアルミナ等の酸化物粉末の充填物により満たされたシース熱電対を使用してもよい。
【００５９】
上記熱電対の接合部の大きさは、素線の径と同じか、または、それよりも大きく、０．５ｍｍ以下であることが望ましい。これは、接合部が大きい場合は、熱容量が大きくなって応答性が低下してしまうからである。なお、素線の径より小さくすることは困難である。
【００６０】
上記測温素子は、金ろう、銀ろうなどを使用して、有底孔１４の底に接着してもよく、有底孔１４に挿入した後、耐熱性樹脂、セラミック（シリカゲル等）等で封止してもよく、両者を併用してもよい。
上記耐熱性樹脂としては、例えば、熱硬化性樹脂、特にはエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００６１】
上記金ろうとしては、３７〜８０．５重量％：Ａｕ−６３〜１９．５重量％：Ｃｕ合金、８１．５〜８２．５重量％：Ａｕ−１８．５〜１７．５重量％：Ｎｉ合金から選ばれる少なくとも１種が望ましい。これらは、溶融温度が、９００℃以上であり、高温領域でも溶融しにくいためである。
銀ろうとしては、例えば、Ａｇ−Ｃｕ系のものを使用することができる。
【００６２】
さらに、第一の本発明に係るホットプレート１０の測温手段として、サーモビュア等の光学的な手段を用いた測温手段を用いることも可能である。
上記サーモビュアを用いた場合には、セラミック基板１１の加熱面１１ａの温度を測定することができるほか、シリコンウエハ等の被加熱物表面の温度を直接測定することができるため、被加熱物の温度制御の精度が向上する。
第一の本発明のセラミック接合体において、セラミック基板を形成するセラミックの材質は、第一の本発明の電極構造で説明したセラミック部材と同様のものを用いることができる。従って、ここでは、その詳しい説明を省略する。
【００６３】
第一の本発明のセラミック接合体における筒状保護セラミック体の形状は、図３に示すように、円筒形状であるが、その内径は、３０ｍｍ以上であることが望ましい。
３０ｍｍ未満であると、セラミック基板をしっかりと支持することが困難になり、セラミック基板が高温に加熱された際、セラミック基板が自重によって反ってしまうおそれがあるからである。
また、上記筒状保護セラミック体の厚さは、３〜２０ｍｍであることが望ましい。３ｍｍ未満であると、上記筒状保護セラミック体の厚さが薄すぎるため、機械的強度が乏しくなり、昇温と降温とを繰り返すことによって、上記筒状保護セラミック体が破損してしまうおそれがあり、２０ｍｍを超えると、上記保護セラミック体の厚さが厚すぎるため、熱容量が大きくなり、昇温速度が低下するおそれがあるからである。
【００６４】
また、上記筒状保護セラミック体を形成するセラミックとしては、上述したセラミック基板と同様のものを用いることができる。なお、上記筒状保護セラミック体と上記セラミック基板とを接合する方法については、後で詳述することにする。
【００６５】
また、セラミック基板の内部に形成される抵抗発熱体のパターンとしては、図２に示した同心円形状のほか、渦巻き形状、偏心円形状、同心円形状と屈曲線形状との組み合わせなどを挙げることができる。また、抵抗発熱体１２の厚さは、１〜５０μｍが望ましく、その幅は、５〜２０μｍが望ましい。抵抗発熱体１２の厚さや幅を変化させることにより、その抵抗値を変化させることができるが、この範囲が最も実用的だからである。抵抗発熱体１２の抵抗値は、その厚さが薄く、また、その幅が狭くなるほど大きくなる。
抵抗発熱体１２は、断面が方形、楕円形、紡錘形、蒲鉾形状のいずれでもよいが、偏平なものであることが望ましい。偏平の方が加熱面１１ａに向かって放熱しやすいため、加熱面１１ａへの熱伝搬量を多くすることができ、加熱面１１ａの温度分布ができにくいからである。なお、抵抗発熱体１２は螺旋形状でもよい。ホットプレート１０において、抵抗発熱体１２からなる回路の数は１以上であれば特に限定されないが、加熱面１１ａを均一に加熱するためには、複数の回路が形成されていることが望ましい。
【００６６】
また、抵抗発熱体１２の形成位置は、セラミック基板１１の内部であれば、特に限定されないが、セラミック基板１１の底面１１ｂからその厚さの６０％までの位置に少なくとも１層形成されていることが好ましい。加熱面１１ａまで熱が伝搬する間に拡散し、加熱面１１ａでの温度が均一になりやすいからである。
【００６７】
また、抵抗発熱体１２を形成する際には、金属や導電性セラミックからなる導体ペーストを用いることが好ましい。即ち、セラミック基板１１の内部に抵抗発熱体１２を形成する際には、グリーンシート上に導体ペースト層を形成した後、グリーンシートを積層、焼成することにより、内部に抵抗発熱体１２を作製する。上記導体ペーストとしては特に限定されないが、導電性を確保するため金属粒子または導電性セラミックが含有されているほか、樹脂、溶剤、増粘剤などを含むものが好ましい。
【００６８】
上記金属粒子としては、例えば、貴金属（金、銀、白金、パラジウム）、鉛、タングステン、モリブデン、ニッケル等が好ましい。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの金属は、比較的酸化しにくく、発熱するに充分な抵抗値を有するからである。
上記導電性セラミックとしては、例えば、タングステン、モリブデンの炭化物などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これら金属粒子または導電性セラミック粒子の粒径は、０．１〜１００μｍが好ましい。０．１μｍ未満と微細すぎると、酸化されやすく、一方、１００μｍを超えると、焼結しにくくなり、抵抗値が大きくなるからである。
【００６９】
上記金属粒子の形状は、球状であっても、リン片状であってもよい。これらの金属粒子を用いる場合、上記球状物と上記リン片状物との混合物であってよい。
上記金属粒子がリン片状物、または、球状物とリン片状物との混合物の場合は、金属粒子間の金属酸化物を保持しやすくなり、抵抗発熱体１２とセラミック基板１１との密着性を確実にし、かつ、抵抗値を大きくすることができるため有利である。
【００７０】
導体ペーストに使用される樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。また、溶剤としては、例えば、イソプロピルアルコール等が挙げられる。増粘剤としては、セルロース等が挙げられる。
【００７１】
また、基板の内部に導体回路１８を形成する際には、上述した抵抗発熱体１２を形成する際に使用した金属や導電性セラミックからなる導体ペーストを用いることができるほか、電極等を形成する際に通常に用いられる導体ペースト等を用いることができる。
導体回路１８の大きさは特に限定されず、幅は０．１〜５０ｍｍ、厚さは０．１〜５００μｍが好ましく、長さは、抵抗発熱体１２の端部からセラミック基板１１の中央付近に接合された筒状保護セラミック体１７の内側までの距離に合わせて適宜調整される。
【００７２】
また、スルーホールの材質は、電気の良導体であれば特に限定されず、例えば、貴金属（金、銀、白金、パラジウム）、鉛、タングステン、モリブデン、ニッケル等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、タングステン、モリブデンの炭化物等の導電性セラミックからなるものであってもよい。
【００７３】
第一の本発明のセラミック接合体では、端子部品２３ｂと接続されている導電線２３０は、他の導電線２３０との間の短絡等を防止するために、耐熱性の絶縁部材で被覆されていることが望ましい。
このような絶縁性部材としては、筒状保護セラミック体１７と同様の窒化アルミニウムや、その他、アルミナ、シリカ、ムライト、コージェライト等の酸化物セラミック、窒化珪素、および、炭化珪素等が挙げられる。
【００７４】
また、図２〜４に示したホットプレート１０では、通常、セラミック基板１１が支持容器（図示せず）の上部に嵌合されているが、他の実施の形態においては、基板が上端に基板受け部を有する支持容器の上面に載置され、ボルト等の固定部材により固定されていてもよい。
【００７５】
なお、上述した第一の本発明に係るホットプレート１０は、１００℃以上で使用することが望ましく、２００℃以上で使用することがより望ましい。
第一の本発明のセラミック接合体を構成するセラミック基板は、半導体の製造や半導体の検査を行うために用いられるものであり、具体的には、例えば、静電チャック、サセプタ、ホットプレート（セラミックヒータ）等が挙げられる。
上述したホットプレートは、セラミック基板の内部に抵抗発熱体のみが設けられた装置であり、これにより、シリコンウエハ等の被処理物をセラミック基板の表面に載置または離間させて保持し、所定の温度に加熱したり洗浄を行うことができる。
【００７６】
上述した第一の本発明に係るホットプレート１０では、ねじ溝が形成された有底孔１９に外部端子２３（端子部品２３ａ）がねじ込まれることにより、スルーホール１３、１３′と外部端子２３とが接続されている場合について説明したが、第一の本発明のセラミック接合体では、外部端子が、バネ等の弾性部材により有底孔に押し付けられて、スルーホールと接続されていてもよい。
また、第一の本発明のセラミック接合体では、スルーホールがセラミック基板の底面に露出するとともに、ねじ孔が設けられ、このスルーホールのねじ孔に、その先端にねじ部を有する外部端子をねじ込むとともに、スルーホールのセラミック基板の底面に露出している部分を外部端子に当接させることにより、スルーホールと外部端子との接続部を外部の雰囲気から遮断させるように構成されていてもよい。
【００７７】
図１３は、第一の本発明のセラミック接合体（ホットプレート）の一例を模式的に示した部分拡大断面図である。
ホットプレート２１０を構成するセラミック基板２１１の内部には、抵抗発熱体２１２が形成されており、抵抗発熱体２１２の直下にはスルーホール２１３が形成されている。また、セラミック基板２１１の中心方向に向かって延びる導体回路２１８の端部の直下には、スルーホール２１３′が形成されている。
【００７８】
スルーホール２１３、２１３′の直下には、スルーホール２１３、２１３′の一部を露出させる円柱形状の有底孔２１９が形成されている。
これらの有底孔２１９には、円柱形状の係止部２２３ａが設けられた外部端子２２３が嵌合されている。また、筒状保護セラミック体２１７の内部には、支持部２１７ａが形成されており、外部端子２２３の係止部２２３ａとの間には、バネ２１５が介装されている。
バネ２１５は、上方に付勢するように介装されており、これにより、外部端子２２３が、有底孔２１９の底部に押し付けられている。
【００７９】
このホットプレート１０では、スルーホール２１３、２１３′がセラミック基板２１１の内部に埋設され、スルーホール２１３、２１３′の一部を露出させる有底孔２１９に外部端子２２３が嵌合され、バネ２１５により押し付けられて固定されているため、接続部は、周囲の雰囲気ガスから遮断され、万が一、筒状保護セラミック体２１７の内部に腐食性ガスが少量入りこんだ場合であっても、接続部に腐食が発生することがない。
【００８０】
図１４は、第一の本発明のセラミック接合体（ホットプレート）の一例を模式的に示した部分拡大断面図である。
ホットプレート４１０を構成するセラミック基板４１１の内部には、抵抗発熱体４１２が形成されており、抵抗発熱体４１２の直下にはスルーホール４１３が形成されている。また、セラミック基板４１１の中心方向に向かって延びる導体回路４１８の端部の直下には、スルーホール４１３′が形成されている。
【００８１】
スルーホール４１３、４１３′は、その一部がセラミック基板４１１の底面に露出しており、また、セラミック基板４１１の底面に露出している部分に、ねじ孔４１９が設けられている。
また、このねじ孔４１９に接続される外部端子４２３は、ねじ部４２３ａと、本体部４２３ｂとからなり、本体部４１３ｂは、スルーホール４１３と同じ幅を有している。
【００８２】
この外部端子４２３のねじ部４２３ａが、スルーホール４１３、４１３′に設けられたねじ孔４１９にねじ込まれることにより、外部端子４２３がセラミック基板４１１に堅固に固定される。また、このとき、外部端子４２３の本体部４２３ｂの上面が、スルーホール４１３、４１３′がセラミック基板４１１の底面に露出している部分に当接しており、これにより、スルーホール４１３、４１３′と外部端子４２３との接続部は、周囲の雰囲気ガスから遮断され、万が一、筒状保護セラミック体４１７の内部に腐食性ガスが少量入りこんだ場合であっても、接続部に腐食が発生することがない。
【００８３】
第一の本発明のセラミック接合体を構成するセラミック基板の内部に形成された導電体が静電電極および導体回路である場合には、上記セラミック接合体は、静電チャックとして機能する。
図５は、このような静電チャックを模式的に示す縦断面図であり、図６は、その部分拡大断面図であり、図７は、静電チャックを構成する基板に形成された静電電極付近を模式的に示す水平断面図である。
【００８４】
この静電チャック３０を構成するセラミック基板３１の内部には、半円形状のチャック正負極静電層３２ａ、３２ｂが対向して配設され、これらの静電電極上にセラミック誘電体膜３４が形成されている。また、セラミック基板３１の内部には、抵抗発熱体３２０が設けられ、シリコンウエハ等の被処理物を加熱することができるようになっている。なお、セラミック基板３１には、必要に応じて、ＲＦ電極が埋設されていてもよい。
【００８５】
上記静電電極は、貴金属（金、銀、白金、パラジウム）、鉛、タングステン、モリブデン、ニッケル等の金属、または、タングステン、モリブデンの炭化物等の導電性セラミックからなるものであることが好ましい。また、これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
この静電チャック３０は、図５、図６に示した通り、セラミック基板３１中に静電電極３２ａ、３２ｂが形成され、静電電極３２ａ、３２ｂの端部の直下にスルーホール３３が形成され、静電電極３２上にセラミック誘電体膜３４が形成されている以外は、上述したホットプレート１０と同様に構成されている。
【００８６】
筒状保護セラミック体３７の内側の上方には、スルーホール３３、３３０が形成されており、これらのスルーホール３３、３３０は、静電電極３２ａ、３２ｂ、抵抗発熱体３２０に接続されるとともに、有底孔３９０にねじ込まれた端子部品３６０ａに接続され、この端子部品３６０ａのねじ孔３２４には、先端にねじ部を有する端子部品３６０ｂがねじ込まれることにより、接続されている。なお、端子部品３６０ａと端子部品３６０ｂとから外部端子３６０が構成される。
そして、この端子部品３６０ｂに接続された導電線３３１が貫通孔より外部に引き出されている。
【００８７】
また、筒状保護セラミック体３７の外側に端部を有する抵抗発熱体３２０の場合には、図２〜４に示したホットプレート１０の場合と同様に、バイアホール３９、導体回路３８０およびスルーホール３３０′を形成することより、抵抗発熱体３２０の端部を筒状保護セラミック体３７の内側に延設している（図６参照）。従って、スルーホール３３０′を露出させる有底孔３９０に外部端子３６０（端子部品３６０ａ）をねじ込んで接続することにより、筒状保護セラミック体３７の内側に外部端子３６０を格納することができる。
このような静電チャック３０を作動させる場合には、抵抗発熱体３２０および静電電極３２に、それぞれ電圧を印加する。これにより、静電チャック３０上に載置されたシリコンウエハが所定温度に加熱されるとともに、静電的にセラミック基板３１に吸着されることになる。なお、この静電チャックは、必ずしも、抵抗発熱体３２０を備えていなくてもよい。
【００８８】
図８は、他の静電チャックの基板に形成された静電電極を模式的に示した水平断面図である。基板７１の内部に半円弧状部７２ａと櫛歯部７２ｂとからなるチャック正極静電層７２と、同じく半円弧状部７３ａと櫛歯部７３ｂとからなるチャック負極静電層７３とが、互いに櫛歯部７２ｂ、７３ｂを交差するように対向して配置されている。
【００８９】
また、図９は、更に別の静電チャックの基板に形成された静電電極を模式的に示した水平断面図である。この静電チャックでは、基板８１の内部に円を４分割した形状のチャック正極静電層８２ａ、８２ｂとチャック負極静電層８３ａ、８３ｂが形成されている。また、２枚のチャック正極静電層８２ａ、８２ｂおよび２枚のチャック負極静電層８３ａ、８３ｂは、それぞれ交差するように形成されている。
なお、円形等の電極が分割された形態の電極を形成する場合、その分割数は特に限定されず、５分割以上であってもよく、その形状も扇形に限定されない。
【００９０】
次に、第一の本発明のセラミック接合体の製造方法の一例として、ホットプレートの製造方法について、図１０を参照しながら説明する。
図１０（ａ）〜（ｅ）は、第一の本発明に係るホットプレートの製造方法の一例を模式的に示した断面図である。
【００９１】
（１）グリーンシートの作製工程
まず、窒化物セラミック等のセラミックの粉末をバインダ、溶剤等と混合してペーストを調製し、これを用いてグリーンシート５０を作製する。
上述した窒化物等のセラミック粉末としては、窒化アルミニウム等を使用することができ、必要に応じて、イットリア等の焼結助剤、Ｎａ、Ｃａを含む化合物等を加えてもよい。
【００９２】
また、バインダとしては、アクリル系バインダ、エチルセルロース、ブチルセロソルブ、ポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも１種が望ましい。
さらに溶媒としては、α−テルピネオール、グリコールから選ばれる少なくとも１種が望ましい。
【００９３】
これらを混合して得られるペーストをドクターブレード法でシート状に成形してグリーンシート５０を作製する。
グリーンシート５０の厚さは、０．１〜５ｍｍが好ましい。
【００９４】
次に、抵抗発熱体と導体回路とを接続するためのバイアホールとなる部分６３０を形成したグリーンシートと、導体回路と外部端子とを接続するためのスルーホールとなる部分６３、６３′を形成したグリーンシートとを作製する。
【００９５】
また、必要に応じて、シリコンウエハを運搬するためのリフターピンを挿入する貫通孔となる部分、シリコンウエハを支持するための支持ピンを挿入する貫通孔となる部分、熱電対などの測温素子を埋め込むための有底孔となる部分等を形成する。なお、貫通孔や有底孔は、後述するグリーンシート積層体を形成した後、または、上記積層体を形成し、焼成した後に上記加工を行ってもよい。
【００９６】
なお、バイアホールとなる部分６３０、および、スルーホールとなる部分６３、６３′には、上記ペースト中にカーボンを加えておいたものを充填してもよい。グリーンシート中のカーボンは、スルーホール中に充填されたタングステンやモリブデンと反応し、これらの炭化物が形成されるからである。
【００９７】
（２）グリーンシート上に導体ペーストを印刷する工程
バイアホールになる部分６３０を形成したグリーンシート上に、金属ペーストまたは導電性セラミックを含む導体ペーストを印刷し、導体ペースト層６２を形成する。
これらの導体ペースト中には、金属粒子または導電性セラミック粒子が含まれている。
【００９８】
上記金属粒子であるタングステン粒子またはモリブデン粒子等の平均粒径は、０．１〜５μｍが好ましい。平均粒子が０．１μｍ未満であるか、５μｍを超えると、導体ペーストを印刷しにくいからである。
【００９９】
このような導体ペーストとしては、例えば、金属粒子または導電性セラミック粒子８５〜８７重量部；アクリル系、エチルセルロース、ブチルセロソルブ、ポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも１種のバインダ１．５〜１０重量部；および、α−テルピネオール、グリコールから選ばれる少なくとも１種の溶媒を１．５〜１０重量部混合した組成物（ペースト）が挙げられる。
【０１００】
また、スルーホールとなる部分６３、６３′を形成したグリーンシート上に、静電電極等を形成するときに通常使用される導体ペーストを印刷して、導体ペースト層６８を形成する。
【０１０１】
（３）グリーンシートの積層工程
導体ペースト層６２を印刷したグリーンシート上に、導体ペーストを印刷していないグリーンシート５０を複数積層し、その下に、導体ペースト層６８を形成したグリーンシートを重ねる。そして、このグリーンシートの下に、更に、何も印刷していないグリーンシート５０を複数積層する（図１０（ａ））。
【０１０２】
このとき、導体ペースト層６２を印刷したグリーンシートの上側に積層するグリーンシート５０の数を下側に積層するグリーンシート５０の数よりも多くして、製造する抵抗発熱体の形成位置を底面側の方向に偏芯させる。
具体的には、上側のグリーンシート５０の積層数は２０〜５０枚が、下側のグリーンシート５０の積層数は５〜２０枚が好ましい。
【０１０３】
（４）グリーンシート積層体の焼成工程
グリーンシート積層体の加熱、加圧を行い、グリーンシート５０および内部の導体ペースト層６２、６８等を焼結させ、セラミック基板１１、抵抗発熱体１２および導体回路１８等を製造する。
加熱温度は、１０００〜２０００℃が好ましく、加圧の圧力は、１０〜２０ＭＰａが好ましい。加熱は、不活性ガス雰囲気中で行う。不活性ガスとしては、例えば、アルゴン、窒素等を使用することができる。
【０１０４】
次に、セラミック基板１１の底面１１ｂに、測温素子を挿入するための有底孔を設ける（図示せず）。上記有底孔は、表面研磨後に、ドリル加工やサンドブラストなどのブラスト処理等を行うことにより形成することができる。なお、上記有底孔や凹部は、後述するセラミック基板１１と保護セラミック体１７とを接合した後に設けてもよく、グリーンシート５０に予め有底孔となる部分を設けておき、グリーンシート５０を積層、焼成すると同時に形成してもよい。
【０１０５】
また、内部の抵抗発熱体１２と接続するためのスルーホール１３、１３′を露出させるために、有底孔１９を形成する（図１０（ｂ））。
次に、小径グラインダー等を用いて、有底孔１９にねじ溝を形成する（図１０（ｃ））。
【０１０６】
（５）筒状保護セラミック体の製造
窒化アルミニウム粉末等を円筒形状の成形型に入れて成形し、必要に応じて切断加工する。これを加熱温度１０００〜２０００℃、常圧で焼結させて筒状保護セラミック体１７を製造する。上記焼結は、不活性ガス雰囲気中で行う。不活性ガスとしては、例えば、アルゴン、窒素等を使用することができる。
また、筒状保護セラミック体１７の大きさは、セラミック基板の内部に形成したスルーホール１３，１３′がその内側に収まるように調整する。
次いで、筒状保護セラミック体１７の端面を研磨して平坦化する。
【０１０７】
（６）セラミック基板と筒状保護セラミック体との接合
セラミック基板１１の底面１１ｂの中央付近と筒状保護セラミック体１７の端面とを接触させた状態で、セラミック基板１１と筒状保護セラミック体１７とを加熱して、これらを接合する。このとき、筒状保護セラミック体１７の内径の内側にセラミック基板１１内のスルーホール１３，１３′が収まるようにし、筒状保護セラミック体１７をセラミック基板１１の底面１１ｂに接合する。
【０１０８】
具体的には、図１１に示すような開口９１を設けたマスク９０をセラミック基板１１の底面に載置した後、開口９１に筒状保護セラミック体１７を嵌め込み、加熱することで、セラミック基板１１と筒状保護セラミック体１７とを接合する。なお、セラミック基板１１と筒状保護セラミック体１７とを接合する方法として、金ろう、銀ろう等を用いてろう付けする方法、酸化物系ガラス等の接着剤を用いて接合する方法等を用いることができる。
【０１０９】
また、セラミック基板１１および筒状保護セラミック体１７を形成するセラミックと主成分が同じセラミックペーストを塗布し、これを焼結させる方法、セラミック基板や筒状保護セラミック体の接合面に焼結助剤を含有する溶液を塗布する方法によっても、セラミック基板１１と筒状保護セラミック体１７とを接合することができる。
【０１１０】
（７）端子等の取り付け
筒状保護セラミック体１７の内径の内側に形成した、ねじ溝を有する有底孔１９に、外周部にねじが切られているとともに内部にねじ孔２４を有する端子部品２３ａをねじ込み、端子部品２３ａをスルーホール１３、１３′に接続する（図１０（ｄ））。
次に、この端子部品２３ａに、先端にねじ部を有する端子部品２３ｂをねじ込み、これにより外部端子２３をスルーホール１３、１３′に接続する（図３、図１０（ｅ）参照）。
更に、測温素子としての熱電対等を、形成した有底孔に挿入し、耐熱性樹脂等で封止することで、その底面に筒状保護セラミック体を備えたホットプレートを製造することができる。
【０１１１】
このホットプレートでは、その上にシリコンウエハ等の半導体ウエハを載置するか、または、シリコンウエハ等をリフターピンや支持ピン等で保持させた後、シリコンウエハ等の加熱や冷却を行いながら、洗浄等の操作を行うことができる。上記ホットプレートを製造する際に、セラミック基板の内部に静電電極を設けることにより静電チャックを製造することができる。ただし、この場合は、静電電極と外部端子とを接続するためのスルーホールを形成する必要があるが、支持ピンを挿入するための貫通孔を形成する必要はない。
セラミック基板の内部に電極を設ける場合には、抵抗発熱体を形成する場合と同様にグリーンシートの表面に静電電極となる導体ペースト層を形成すればよい。
【０１１２】
次に、第二の本発明のセラミック接合体について説明する。
第二の本発明のセラミック接合体は、その内部に導電体が設けられた円板形状のセラミック基板の底面に、保護セラミック体が接合されるとともに、上記導電体がスルーホールを介して外部端子と接続されたセラミック接合体であって、
上記スルーホールは、上記セラミック基板内部の上記導電体に電気的に接続されるとともに、上記スルーホールを露出するための有底孔が形成され、上記有底孔に配設される上記外部端子と上記スルーホールとが半田またはろう材を介して接続されていることを特徴とする。
【０１１３】
上記外部端子の形状は、内部に形成されたスルーホールと半田またはろう材を介して接続することが可能なものであれば特に限定されず、例えば、円柱状、角柱状のものが挙げられる。
第二の本発明のセラミック接合体において、上記半田としては、第二の本発明の電極構造で説明した半田と同様のものを用いることができる。
また、上記ろう材も、第二の本発明の電極構造で説明したものと同様のものを用いることができる。
【０１１４】
さらに、スルーホールと外部端子との接続方法についても、第二の本発明の電極構造における内部電極をスルーホールとし、外部電極を外部端子とした場合の接続方法と同様の方法を採用することができる。
さらにまた、第二の本発明のセラミック接合体が備える導電体、セラミック基板、スルーホール等の各種の部材の材質や形状等は、第一の本発明のセラミック接合体と同様のものを用いることができる。
従って、ここでは、これらの詳しい説明を省略する。
【０１１５】
【実施例】
（実施例１）
静電チャックの製造（図５〜６参照）
（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径１．１μｍ）１００重量部、イットリウム（平均粒径０．４μｍ）４重量部、アクリル系樹脂バインダ１２重量部、分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノールとからなるアルコール５３重量部を混合した組成物を用い、ドクターブレード法を用いて成形することにより厚さ０．４７ｍｍのグリーンシートを得た。
【０１１６】
（２）次に、このグリーンシートを８０℃で５時間乾燥した後、何も加工を施していないグリーンシートと、パンチングを行い、抵抗発熱体と導体回路とを接続するためのバイアホール用貫通孔を設けたグリーンシートと、導体回路と外部端子とを接続するためのスルーホール用貫通孔を設けたグリーンシートと、静電電極と外部端子とを接続するためのスルーホール用貫通孔を設けたグリーンシートとを作製した。
【０１１７】
（３）平均粒子径１μｍのタングステンカーバイド粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部、分散剤０．３重量部を混合して導体ペーストを調製した。
【０１１８】
（４）バイアホール用貫通孔を設けたグリーンシートの表面に、導体ペーストをスクリーン印刷法により印刷し、抵抗発熱体となる導体ペースト層を印刷した。また、導体回路と外部端子とを接続するためのスルーホール用貫通孔を設けたグリーンシートの表面に、上記導電性ペーストをスクリーン印刷法により印刷し、導体回路となる導体ペースト層を印刷した。更に、何も加工を施していないグリーンシートに図７に示した形状の静電電極パターンからなる導体ペースト層を形成した。
【０１１９】
更に、抵抗発熱体と導体回路とを接続するためのバイアホール用貫通孔と、外部端子を接続するためのスルーホール用貫通孔とに導体ペーストを充填した。
【０１２０】
次に、上記処理の終わった各グリーンシートを積層した。
まず、抵抗発熱体となる導体ペースト層が印刷されたグリーンシートの上側（加熱面側）に、スルーホール３３となる部分のみが形成されたグリーンシートを３４枚積層し、そのすぐ下側（底面側）に導体回路となる導体ペースト層が印刷されたグリーンシートを積層し、さらに、その下側にスルーホール３３、３３０、３３０′となる部分が形成されたグリーンシートを６枚積層し、さらに、その下側に何の加工もしていないグリーンシートを６枚積層した。
【０１２１】
このように積層したグリーンシートの最上部に、静電電極パターンからなる導体ペースト層を印刷したグリーンシートを積層し、さらにその上に何の加工もしていないグリーンシートを２枚積層し、これらを１３０℃、８ＭＰａの圧力で圧着して積層体を形成した。
【０１２２】
（５）次に、得られた積層体を窒素ガス中、６００℃で５時間脱脂し、その後、１８９０℃、圧力１５ＭＰａの条件で３時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍの窒化アルミニウム板状体を得た。
これを直径２３０ｍｍの円板状に切り出し、内部に、厚さが５μｍ、幅が２．４ｍｍの抵抗発熱体３２０、厚さが２０μｍ、幅が１０ｍｍの導体回路３８０および厚さ６μｍのチャック正極静電層３２ａ、チャック負極静電層３２ｂを有するセラミック基板３１とした。
【０１２３】
（６）次に、（５）で得られたセラミック基板３１を、ダイヤモンド砥石で研磨した後、マスクを載置し、ガラスビーズによるブラスト処理で表面に熱電対のための有底孔３００を設け、さらに、セラミック基板３１の底面３１ｂで、スルーホール３３、３３′が形成されている部分の下側の一部を、ドリルを用いて穿孔して有底孔を形成し、さらに、小径グラインダーを用いて、ねじ溝を有する孔１９を形成した。
【０１２４】
（７）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径１．１μｍ）１００重量部、アクリル系樹脂バインダ１１．５重量部、分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノールとからなるアルコール５３重量部を混合した組成物を用い、スプレードライ法により顆粒を製造し、この顆粒をパイプ状の金型に入れ、常圧、１８９０℃で焼結させ、長さ２００ｍｍ、外径４５ｍｍ、内径３５ｍｍの筒状保護セラミック体３７を製造した。
【０１２５】
（８）セラミック基板３１の底面３１ｂであって、有底孔３９０がその内径の内側に収まるような位置に、筒状保護セラミック体３７の端面を接触させ、１８９０℃に加熱することで、セラミック基板３１と筒状保護セラミック体３７とを接合した。
具体的には、図１１に示すような開口９１を設けたマスク９０をセラミック基板３１の底面に載置した後、開口９１に筒状保護セラミック体３７を嵌め込み、加熱することで、セラミック基板３１と筒状保護セラミック体３７とを接合した。
【０１２６】
（９）次に、筒状保護セラミック体３７の内部の、ねじ溝を有する有底孔３９０に、外周部にねじが切られているとともに内部にねじ孔を有する端子部品３６０ａを取り付けた。そして、先端にねじ部を有する端子部品３６０ｂを外部端子３６０にねじ込んで接続した。そして、温度制御のための熱電対を有底孔３００に挿入し、バネで固定した。
【０１２７】
（実施例２）
ホットプレートの製造（図２〜３、図１０参照）
（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径１．１μｍ）１００重量部、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３：イットリア、平均粒径０．４μｍ）４重量部、アクリル系樹脂バインダ１１．５重量部、分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノールとからなるアルコール５３重量部を混合したペーストを用い、ドクターブレード法により成形を行って、厚さ０．４７ｍｍのグリーンシートを作製した。
【０１２８】
（２）次に、このグリーンシートを８０℃で５時間乾燥させた後、図２に示すようなシリコンウエハを運搬等するためのリフターピンを挿入するための貫通孔１５となる部分、バイアホールとなる部分６３０、および、スルーホールとなる部分６３、６３′をパンチングにより形成した。
【０１２９】
（３）平均粒径１μｍのタングステンカーバイト粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部および分散剤０．３重量部を混合して導体ペーストを調整した。
【０１３０】
この導体ペーストをバイアホールとなる部分６３０を形成したグリーンシート上にスクリーン印刷で印刷し、抵抗発熱体用の導体ペースト層６２を形成した。印刷パターンは、図２に示したような同心円パターンとし、導体ペースト層６２の幅を１０ｍｍ、その厚さを１２μｍとした。
【０１３１】
続いて、導体ペーストをスルーホールとなる部分６３′を形成したグリーンシート上にスクリーン印刷で印刷し、導体回路用の導体ペースト層６８を形成した。印刷の形状は帯状とした。
【０１３２】
また、導体ペーストを、バイアホールとなる部分６３０およびスルーホールとなる部分６３、６３′に充填した。
【０１３３】
上記処理の終わった導体ペースト層６２を印刷したグリーンシートの上に、導体ペーストを印刷していないグリーンシートを３７枚重ね、その下に、導体ペースト層６８を印刷したグリーンシートを重ねた後、更にその下に、導体ペーストを印刷していないグリーンシートを１２枚重ねて、１３０℃、８ＭＰａの圧力で積層した。
【０１３４】
（４）次に、得られた積層体を窒素ガス中、６００℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５ＭＰａで１０時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍの窒化アルミニウム板状体を得た。
これを２３０ｍｍの円板状に切り出し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの抵抗発熱体１２、厚さ２０μｍ、幅１０ｍｍの導体回路１８、バイアホール１３０およびスルーホール１３、１３′を有するセラミック基板１１とした。
【０１３５】
（５）次に、（４）で得られたセラミック基板１１を、ダイヤモンド砥石で研磨した後、マスクを載置し、ガラスビーズによるブラスト処理で表面に熱電対のための有底孔１４を設け、セラミック基板１１の底面１１ｂで、スルーホール１３、１３′が形成されているの下側の一部を、ドリルを用いて穿孔し、さらに、小径グラインダーを用いて、ねじ溝を有する孔１９を形成した。
【０１３６】
（６）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径１．１μｍ）１００重量部、Ｙ２Ｏ３（平均粒径０．４μｍ）４重量部、アクリル系樹脂バインダ１１．５重量部、分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノールとからなるアルコール５３重量部を混合した組成物を用い、スプレードライ法により顆粒を製造し、この顆粒を円筒状の金型に入れ、常圧、１８９０℃で焼結させ、筒状保護セラミック体１７を製造した。
【０１３７】
（７）図１１に示すような開口９１を設けたマスク９０をセラミック基板１１の底面に載置した後、開口９１に筒状保護セラミック体１７を嵌め込み、加熱することで、セラミック基板１１と筒状保護セラミック体１７とを接合した。
なお、接合方法は、実施例１と同様である。
【０１３８】
（８）次に、筒状保護セラミック体１７の内部の、ねじ溝を有する孔１９に、外周部にねじが切られているとともに内部にねじ孔を有する端子部品２３ａを取り付けた。次に、先端にねじ部を有する端子部品２３ｂを端子部品２３ａにねじ込んで接続した。そして、温度制御のための熱電対を有底孔１４に挿入し、バネで固定した。
【０１３９】
（実施例３）
以下の工程を実施したほかは、実施例１と同様の方法で、セラミック接合体を製造した。
（６）において、孔１４にねじ溝を形成せず、（９）において、ねじ部およびねじ溝を有さず、外周部が平滑な外部端子３６０を用いて、外部端子３６０と有底孔３９０との間に、Ａｕ／Ｎｉろう（Ａｕ：８２重量％、Ｎｉ：１８重量％）を介装し、その後、１０００℃で加熱してリフローすることにより、外部端子３６０とスルーホール３３、３３０、３３０′とを接続した。
【０１４０】
（実施例４）
以下の工程を実施したほかは、実施例２と同様の方法で、セラミック接合体を製造した。
（５）において、孔１９にねじ溝を形成せず、（８）において、ねじ部およびねじ溝を有さず、外周部が平滑な第一の外部端子２３を用いて、第一の外部端子２３と有底孔１９との間に、Ａｕ／Ｎｉろう（Ａｕ：８２重量％、Ｎｉ：１８重量％）を介装し、その後、１０００℃で加熱してリフローすることにより、第一の外部端子２３とスルーホール１３、１３′とを接続した。
実施例１〜４に係るセラミック接合体について、以下の評価試験を行った。その結果を下記の表１に示す。
【０１４１】
（比較例１）
工程（１）〜（３）は実施例１と同様の方法で行った。
工程（４）において、グリーンシートを積層する際に、導体回路となる導体ペースト層が印刷されたグリーンシートの下側に、スルーホール３３、３３０、３３０′となる部分が形成されたグリーンシートを６枚積層し、さらに、その下側に何の加工もしていないグリーンシート６枚を用いる代りに、スルーホール３３、３３０、３３０′となる部分が形成されたグリーンシートを１２枚積層することにより、セラミック基板３１の底面３１ｂに、スルーホール３３、３３０、３３０′が露出したセラミック基板３１を製造した。ただし、最下層のグリーンシートには、酸化を防止するために、ニッケルを含有するペーストを塗布した。
工程（５）、（６）、（９）は実施例１と同様の方法で行い、セラミック基板を製造した。なお、工程（７）、（８）は行ず、セラミック基板には筒状保護セラミック体を接合しなかった。
【０１４２】
評価方法
（１）接続部の接続不良等の発生の有無
実施例に係るセラミック接合体および比較例に係るセラミック基板を支持容器に取り付け、ＣＦ４ガス雰囲気で２００℃まで昇温した後、１０時間放置し、その後、抵抗発熱体に印加した電流の変化を測定し、接続不良が発生しているか否かを調べた。
【０１４３】
（２）接続部、配線等の腐食の有無
実施例に係るセラミック接合体および比較例に係るセラミック基板を支持容器に取り付け、ＣＦ４ガス雰囲気で２００℃まで昇温した後、１００時間ＣＦ４ガス雰囲気に置き、その後、さらに常温まで低下させた。その後、実施例に係るセラミック接合体を構成するセラミック基板および比較例に係るセラミック基板を切断し、顕微鏡によりセラミック基板の配線やスルーホール等の腐食状態を観察した。
【０１４４】
【表１】
上記表１に示した結果より明らかなように、実施例に係るセラミック接合体では、スルーホールと外部端子との接続部に腐食や接続不良が発生していなかった。
【０１４６】
【発明の効果】
以上のように、第一および第二の本発明の電極構造によれば、外部電極と内部電極との接続部が上記セラミック部材の内部に形成され、内部電極を露出させる有底孔に外部電極が嵌合されているため、接続部は外部の雰囲気から遮断されており、接続部を反応性ガスやハロゲンガス等の腐食性ガスから保護することができ、接続の信頼性を大きく向上させることができる。
また、第一および第二の本発明のセラミック接合体によれば、外部端子とスルーホールとの接続部が上記セラミック基板の内部に形成され、スルーホールを露出させる有底孔に外部端子が嵌合されているため、接続部は外部の雰囲気から遮断されており、接続部を反応性ガスやハロゲンガス等の腐食性ガスから保護することができ、セラミック接合体の接続の信頼性を大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の本発明の電極構造の一例を模式的に示す部分拡大断面図である。
【図２】第一の本発明のセラミック接合体の一例であるホットプレートの一例を模式的に示す底面部である。
【図３】図２に示したホットプレートの断面図である。
【図４】図２に示したホットプレートを構成するセラミック基板を模式的に示した部分拡大断面図である。
【図５】第一の本発明のセラミック接合体の一例である静電チャックを構成するセラミック基板を模式的に示す縦断面図である。
【図６】図５に示した静電チャックを構成するセラミック基板を模式的に示した部分拡大断面図である。
【図７】セラミック基板に埋設されている静電電極の一例を模式的に示す水平断面図である。
【図８】セラミック基板に埋設されている静電電極の別の一例を模式的に示す水平断面図である。
【図９】セラミック基板に埋設されている静電電極の更に別の一例を模式的に示す水平断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、第一の本発明のセラミック接合体の一例であるホットプレートの製造方法の一例を模式的に示す断面図である。
【図１１】セラミック基板と保護セラミック体との接合方法の一例を模式的に示す斜視図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明のセラミック接合体を構成する柱状体の例を示す斜視図である。
【図１３】第一の本発明のセラミック接合体の一例であるホットプレートの他の一例を模式的に示した部分拡大断面図である。
【図１４】第一の本発明のセラミック接合体の一例であるホットプレートの更に他の一例を模式的に示した部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１ セラミック部材
２ 導電体
３ 内部電極
４ 有底孔
５ 外部電極
６ 接続部
１０ ホットプレート
１１、３１、７１、８１ セラミック基板
１１ａ 加熱面
１１ｂ 底面
１２、３２０ 抵抗発熱体
１２ａ 抵抗発熱体端部
１３、１３′、３３、３３０ スルーホール
４、１９０ 有底孔
１５ 貫通孔
１６ 界面
１７ 筒状保護セラミック体
１８、３８０ 導体回路
１９ 有底孔
２３、３６０ 外部端子
３０ 静電チャック
３２ａ、８２ａ、８２ｂ チャック正極静電層
３２ｂ、８３ａ、８３ｂ チャック負極静電層
３４ セラミック誘電体膜
１３０ バイアホール
１８０ 測温素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrode structure for electrical connection between an electric device having an electric conductor inside a ceramic member and the outside, and a hot plate used in semiconductor manufacturing, inspection, optical fields, etc. The present invention relates to a bonded body in which a protective ceramic body is bonded to the bottom surface of a ceramic substrate that is used in a ceramic heater), an electrostatic chuck, a susceptor, etc., and in which a conductor is provided.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in semiconductor manufacturing / inspection equipment including etching equipment and chemical vapor deposition equipment, nitride ceramics and carbide ceramics having high thermal conductivity and high strength have been used as substrates. A ceramic substrate provided with a resistance heating element formed by sintering metal particles on the surface of a plate-like body has been used (see, for example, Patent Document 1).
In such a ceramic heater, since a ceramic substrate having high mechanical strength is used even at high temperatures, the thickness of the ceramic substrate can be reduced to reduce the heat capacity, and as a result, changes in voltage and current amount can be achieved. In contrast, the temperature of the ceramic substrate can be quickly followed.
[0003]
Moreover, in such a hot plate, as described in
[0004]
Further, as such a hot plate, for example, in
[0005]
Further, in
[0006]
However, in the ceramic heater described in
Therefore, it cannot be avoided that a slight gap is formed in the joint portion. When a corrosive gas such as a reactive gas or a halogen gas is present around the ceramic heater, it is caused by the corrosive gas. As a result, corrosion is likely to occur at the connecting portion of the terminal. When the corrosion occurs, there is a problem in that the connection between the terminal and the electrode member is poor in the joint portion, the resistance of the joint portion increases, and heat is generated due to the increase in resistance.
[0007]
Further, in the ceramic heater described in
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-4-324276
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 2525974
[Patent Document 3]
Japanese Patent No. 2783980
[Patent Document 4]
JP 2000-114355 A
[Patent Document 5]
Japanese Patent No. 2518962
[Non-Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 57-182893 (Actual Application No. 56-70256 Microfilm)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above-described problems, the present inventors have conducted intensive research. As a result, the through holes connected to the end portions of the conductor are embedded in the ceramic substrate and are arranged in the bottomed holes that expose the through holes. It has been found that by electrically connecting the provided external terminal and the through hole, corrosion of the connecting portion due to corrosive gas can be prevented, and the present invention has been completed.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
That is, the electrode structure of the first present invention is an electrode structure for connecting a conductor formed inside a ceramic member and an external electrode,
An internal electrode electrically connected to the conductor inside the ceramic member is formed, and a bottomed hole for exposing the internal electrode is formed, and the external electrode disposed in the bottomed hole And the internal electrode are mechanically connected.
[0011]
According to the electrode structure of the first aspect of the present invention, the connection portion between the internal electrode and the external electrode is not exposed on the surface of the ceramic member, and the external electrode is mechanically fitted into the bottomed hole. As a result, the connection portion is cut off from the external atmosphere. As a result, the connection portion is corroded by a corrosive gas such as a reactive gas or a halogen gas, and a connection failure may occur at the connection portion. The generation of heat can be prevented.
[0012]
The electrode structure of the second invention is an electrode structure for connecting a conductor formed inside the ceramic member and an external electrode,
An internal electrode electrically connected to the conductor inside the ceramic member is formed, and a bottomed hole for exposing the internal electrode is formed, and the external electrode disposed in the bottomed hole And the internal electrode are connected via a solder or brazing material.
[0013]
According to the electrode structure of the second aspect of the present invention, the connection portion between the internal electrode and the external electrode is not exposed on the surface of the ceramic member, and the external electrode is disposed in the bottomed hole. The connection part is cut off from the external atmosphere. As a result, the connection part is corroded by a corrosive gas such as a reactive gas or a halogen gas. It can be prevented from occurring.
[0014]
In the ceramic joined body of the first aspect of the present invention, the protective ceramic body is joined to the bottom surface of the disk-shaped ceramic substrate in which the conductor is provided, and the conductor is passed through the through hole. A ceramic joined body connected to an external terminal,
The through hole is electrically connected to the conductor inside the ceramic substrate, and has a bottomed hole for exposing the through hole, and the external terminal disposed in the bottomed hole The through holes are mechanically connected to each other.
[0015]
According to the ceramic joined body of the first aspect of the present invention, the connecting portion between the through hole and the external terminal is not exposed on the surface of the ceramic substrate, and the external terminal is mechanically fitted into the bottomed hole. As a result, the connection portion is cut off from the external atmosphere, and as a result, the connection portion is corroded by a corrosive gas such as a reactive gas or a halogen gas, resulting in a connection failure at the connection portion. Or generation of heat can be prevented.
[0016]
In the ceramic joined body of the second invention, a protective ceramic body is joined to a bottom surface of a ceramic substrate having a conductor provided therein, and the conductor is connected to an external terminal through a through hole. A ceramic joined body,
The through hole is electrically connected to the conductor inside the ceramic substrate and has a bottomed hole for exposing the through hole, and the external terminal disposed in the bottomed hole The through hole is connected via a solder or a brazing material.
[0017]
According to the ceramic joined body of the second aspect of the present invention, the connection portion between the through hole and the external terminal is not exposed on the surface of the ceramic substrate, and the external terminal is disposed in the bottomed hole. The connection part is cut off from the external atmosphere. As a result, the connection part is corroded by a corrosive gas such as a reactive gas or a halogen gas. Can be prevented.
In addition, the through hole as used in the field of this invention means the electrically-conductive member fitted or inserted in the through-hole etc. in order to connect the conductor formed inside the ceramic substrate, and an external terminal. The conductive member may be formed at the same time as the ceramic substrate by embedding it inside using conductive particles when manufacturing the ceramic substrate. The conductive member does not need to be completely filled inside, and a hollow portion may exist.
[0018]
The conductor is a heating element, and the ceramic joined body functions as a hot plate, or the conductor is an electrostatic electrode, and the ceramic joined body functions as an electrostatic chuck. It is desirable.
[0019]
The heating element may be a resistance heating element or a heating element such as a Peltier element. In the case where the heating element is a resistance heating element, the resistance heating element may be formed in a layer shape or a linear body.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the electrode structure of the first present invention will be described.
The electrode structure of the first present invention is an electrode structure for connecting a conductor formed inside a ceramic member and an external electrode,
An internal electrode electrically connected to the conductor inside the ceramic member is formed, a bottomed hole for exposing the internal electrode is formed, and an external electrode disposed in the bottomed hole; The internal electrode is mechanically connected.
[0021]
FIG. 1 is a partially enlarged sectional view schematically showing the electrode structure of the first invention.
An
The
[0022]
With such an electrode structure, the connection portion 6 between the
[0023]
In the electrode structure of the first aspect of the present invention, the material of the ceramic member is not particularly limited, but for example, a nitride ceramic, a carbide ceramic, an oxide ceramic or the like is desirable.
Nitride ceramics, carbide ceramics, and oxide ceramics have a smaller coefficient of thermal expansion than metals and have a much higher mechanical strength than metals. No distortion. Therefore, the ceramic member can be made thin and light.
[0024]
Furthermore, since the thermal conductivity of the ceramic member is high and the ceramic member itself is thin, the surface temperature of the ceramic member quickly follows the temperature change of the resistance heating element. That is, the surface temperature of the ceramic member can be controlled by changing the voltage and current values to change the temperature of the resistance heating element.
[0025]
Examples of the nitride ceramic include aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, and titanium nitride. These may be used alone or in combination of two or more.
Examples of the carbide ceramic include silicon carbide, zirconium carbide, titanium carbide, tantalum carbide, and tungsten carbide. These may be used alone or in combination of two or more.
Furthermore, examples of the oxide ceramic include alumina, zirconia, cordierite, and mullite. These may be used alone or in combination of two or more.
Among these, aluminum nitride which is a nitride ceramic is most preferable. This is because the thermal conductivity is the highest, 180 W / m · K, and the temperature followability is excellent.
[0026]
The ceramic member may contain a sintering aid. Examples of the sintering aid include alkali metal oxides, alkaline earth metal oxides, rare earth oxides, and the like. Among these sintering aids, CaO, Y 2 O 3 , Na 2 O, Li 2 O, Rb 2 O is preferred. As these content, 0.1 to 20 weight% is preferable. Moreover, you may contain the alumina.
[0027]
Moreover, it is desirable that the ceramic member contains carbon and the content thereof is 200 to 5000 ppm. This is because the electrode can be concealed and blackbody radiation can be easily used.
[0028]
In addition, it is desirable that the ceramic member has a lightness based on the JIS Z 8721 standard and is N6 or less. This is because the lightness of this level is excellent in the amount of radiant heat and concealment, and when the electrode structure is applied to a ceramic heater, a high-performance heater can be realized.
Here, the lightness N is 0 for the ideal black lightness and 10 for the ideal white lightness, and the perception of the lightness of the color is between these black lightness and white lightness. Each color is divided into 10 so as to have a uniform rate, and is displayed with symbols N0 to N10.
Actual measurement is performed by comparing with color charts corresponding to N0 to N10. In this case, the first decimal place is 0 or 5.
[0029]
The ceramic member having such characteristics can be obtained by containing 100 to 5000 ppm of carbon in the ceramic. There are amorphous and crystalline carbons. Amorphous carbon can suppress a decrease in volume resistivity at high temperature of the substrate, and crystalline carbon is at high temperature of the substrate. Since a decrease in thermal conductivity can be suppressed, the type of carbon can be appropriately selected according to the purpose of the substrate to be manufactured.
Amorphous carbon can be obtained, for example, by calcining a hydrocarbon consisting only of C, H, and O, preferably a saccharide in the air. As crystalline carbon, graphite powder or the like is used. be able to.
Carbon can be obtained by thermally decomposing an acrylic resin under an inert atmosphere and then applying heat and pressure. By changing the acid value of this acrylic resin, the crystallinity (non-crystalline) can be obtained. It is also possible to adjust the degree.
[0030]
Further, the porosity of the ceramic member is preferably 0 or 5% or less. The porosity is measured by the Archimedes method.
[0031]
It does not specifically limit as said conductor, For example, a heat generating body, an electrode, etc. are mentioned.
The heating element may be a resistance heating element or a heating element such as a Peltier element.
When the heating element is a resistance heating element, the resistance heating element may be formed in a layer shape or a linear body.
[0032]
It does not specifically limit as said electrode, For example, an electrostatic electrode, a ground electrode, a guard electrode, etc. are mentioned. Note that the above electrodes refer to electrical conductors that have a certain function and provide an electric field around them, and the external electrodes and internal electrodes described below are for taking out electrical functions from conductors having various functions. The conductive component.
The material of the internal electrode and the external electrode is not particularly limited as long as it is a good electrical conductor, and examples thereof include metals such as tungsten, molybdenum, nickel, and kovar.
[0033]
Further, the shape of the external electrode is not particularly limited as long as it allows mechanical connection with the internal electrode formed inside, and examples thereof include a cylindrical shape, a prismatic shape, etc. Those that are threaded are preferred. A screw hole is provided in the bottomed hole for exposing the internal electrode and a hole communicating with the bottomed hole provided in the internal electrode, and the external electrode is screwed into the bottomed hole, so that the ceramic member is firmly fixed. Because it can be done.
[0034]
In the electrode structure of the first aspect of the present invention, the connection method between the internal electrode and the external terminal is not particularly limited as long as it is a mechanical connection method, and a screw groove is formed in the bottomed hole described above, and the tip portion is formed. In addition to the method of connecting an external terminal having a threaded portion, a method of connecting the external terminal by pressing the external terminal into the bottomed hole using a spring can be exemplified.
[0035]
Next, the electrode structure of the second invention will be described.
The electrode structure of the second aspect of the present invention is an electrode structure for connecting a conductor formed inside a ceramic member and an external electrode,
An internal electrode electrically connected to the conductor inside the ceramic member is formed, and a bottomed hole for exposing the internal electrode is formed, and the external electrode disposed in the bottomed hole And the internal electrode are mechanically connected.
[0036]
The shape of the external electrode is not particularly limited as long as it can be connected to the internal electrode formed inside through solder or brazing material, and examples thereof include a columnar shape and a prismatic shape. It is done.
[0037]
The solder is not particularly limited, and examples thereof include alloys such as silver-lead, lead-tin, and bismuth-tin.
The brazing material is not particularly limited, and examples thereof include gold brazing, silver brazing, palladium brazing, and aluminum brazing.
[0038]
As the gold solder, 37-80.5 wt%: Au-63-19.5 wt%: Cu alloy, 81.5-82.5 wt%: Au-18.5-17.5 wt%: Ni At least one selected from alloys is desirable. This is because the melting temperature is 900 ° C. or higher and it is difficult to melt even in a high temperature region.
As the silver solder, for example, an Ag-Cu-based solder can be used.
[0039]
In the electrode structure of the second aspect of the present invention, the method of connecting the internal electrode and the external electrode is not particularly limited as long as it is a method of connecting via solder or brazing material. For example, the connection between the external electrode and the internal electrode Examples include a method of interposing a solder or brazing material between them and then connecting them by heating and reflowing.
In the electrode structure of the second invention, the ceramic material forming the ceramic member can be the same as the ceramic member described in the electrode structure of the first invention. The shape and the like can be the same as those described in the electrode structure of the first invention. Therefore, detailed description thereof is omitted here.
[0040]
Next, the ceramic joined body of the first present invention will be described.
In the ceramic joined body of the first aspect of the present invention, a protective ceramic body is joined to the bottom surface of a disk-shaped ceramic substrate in which a conductor is provided, and the conductor is connected to an external terminal through a through hole. A ceramic joined body connected with
The through hole is electrically connected to the conductor inside the ceramic substrate, and has a bottomed hole for exposing the through hole, and the external terminal disposed in the bottomed hole The through holes are mechanically connected to each other.
[0041]
In the ceramic joined body according to the first aspect of the present invention, the protective ceramic body may be a columnar body or a plate-like body, or may be a hollow body such as a cylindrical body, and there is no cavity inside. Further, a solid body with a structure filled with ceramics may be used.
In the case of a columnar body, as shown in FIGS. 12A to 12C, it may be a triangular
Further, in the ceramic joined body of the first aspect of the present invention, the connection method between the through hole and the external terminal is not particularly limited as long as it is a mechanical connection method. For example, a screw groove is formed in the bottomed hole, and the tip Examples include a method of connecting an external terminal having a threaded portion to a portion, a method of connecting an external terminal by pressing the external terminal into a bottomed hole using a spring, and the like.
[0042]
In the ceramic joined body according to the first aspect of the present invention, the most preferable example is a ceramic in which a cylindrical cylindrical protective ceramic body is joined to the bottom surface of a disk-shaped ceramic substrate in which a conductor is provided. A joined body,
In the ceramic substrate, a through hole is formed immediately below the conductor, and a bottomed hole for exposing the through hole is formed. In the following, this ceramic joined body will be described.
[0043]
When the conductor formed inside the ceramic substrate constituting the ceramic joined body of the first invention is a resistance heating element and a conductor circuit, the ceramic joined body functions as a hot plate.
FIG. 2 is a plan view schematically showing an example of a hot plate as an example of the ceramic joined body of the first present invention, FIG. 3 is a sectional view thereof, and FIG. 4 is shown in FIG. It is the elements on larger scale near the protective ceramic body.
As shown in FIG. 3, in this
[0044]
Further, since the cylindrical protective
As shown in FIG. 2,
Further, as shown in FIG. 3, a
[0045]
The
When the resistance heating
[0046]
Then, a
Further, these
In addition, a
[0047]
On the other hand, a
Furthermore, a through
[0048]
The lifter pins can be moved up and down by placing an object to be processed such as a silicon wafer on the lifter pin. This allows the silicon wafer to be transferred to a transfer machine (not shown) or from the transfer machine to the silicon wafer. So that the silicon wafer can be placed on the
[0049]
Further, a through hole or a recess is provided in the
Note that a refrigerant introduction pipe or the like may be provided on the bottom plate of the support container. In this case, the temperature, the cooling rate, etc. of the
[0050]
As described above, in the
Therefore, by protecting the
[0051]
In the first aspect of the present invention, the through-
[0052]
Since the cylindrical protective
[0053]
The shape of the ceramic substrate in the ceramic joined body of the first aspect of the present invention is a disc shape as shown in FIG. 2, and the diameter is desirably 200 mm or more, and more desirably 250 mm or more. This is because when the ceramic joined body is used as a hot plate or an electrostatic chuck, a large-diameter semiconductor wafer can be placed on the substrate having such a large diameter. Further, the hot plate having a larger diameter has a larger thermal stress generated at the time of temperature increase and decrease, and therefore the configuration of the first aspect of the present invention functions effectively.
[0054]
The thickness of the ceramic substrate is preferably 25 mm or less. This is because if the thickness of the ceramic substrate exceeds 25 mm, the temperature followability deteriorates. Further, the thickness is preferably 0.5 mm or more. When the thickness is less than 0.5 mm, the strength of the ceramic substrate itself is lowered, so that it is easily damaged. More desirably, it is more than 1.5 and 5 mm or less. If it is thicker than 5 mm, heat will not easily propagate, and the heating efficiency will tend to be reduced. On the other hand, if it is 1.5 mm or less, the heat propagated in the ceramic substrate will not diffuse sufficiently, resulting in temperature variations on the heating surface. This is because the strength of the ceramic substrate may be reduced and broken.
[0055]
Further, as shown in FIG. 3, the
This is because the temperature of the
[0056]
Further, the distance between the bottom of the bottomed
This is because the temperature measurement place is closer to the
If the distance between the bottom of the bottomed
[0057]
The diameter of the bottomed
As shown in FIG. 2, it is desirable that a plurality of the bottomed
Examples of the temperature measuring element include a thermocouple, a platinum resistance temperature detector, a thermistor, and the like.
[0058]
Examples of the thermocouple include K-type, R-type, B-type, S-type, E-type, J-type, and T-type thermocouples as exemplified in JIS-C-1602 (1980). Of these, a K-type thermocouple is preferable. In addition, the thermocouple is inserted into a thin cylindrical body whose one end is closed, the portion where the two kinds of metals are connected reaches the vicinity of the one end, and the periphery is filled with a filler of oxide powder such as alumina. A sheathed thermocouple may be used.
[0059]
The size of the junction of the thermocouple is preferably the same as or larger than the diameter of the strand and 0.5 mm or less. This is because if the joint is large, the heat capacity increases and the responsiveness decreases. It is difficult to make the diameter smaller than the diameter of the strand.
[0060]
The temperature measuring element may be bonded to the bottom of the bottomed
Examples of the heat resistant resin include thermosetting resins, particularly epoxy resins, polyimide resins, bismaleimide-triazine resins, and the like. These resins may be used alone or in combination of two or more.
[0061]
As the gold solder, 37-80.5 wt%: Au-63-19.5 wt%: Cu alloy, 81.5-82.5 wt%: Au-18.5-17.5 wt%: Ni At least one selected from alloys is desirable. This is because the melting temperature is 900 ° C. or higher and it is difficult to melt even in a high temperature region.
As the silver solder, for example, an Ag-Cu-based solder can be used.
[0062]
Furthermore, as the temperature measuring means of the
When the thermoviewer is used, the temperature of the
In the ceramic joined body of the first aspect of the present invention, the ceramic material forming the ceramic substrate may be the same as the ceramic member described in the electrode structure of the first aspect of the present invention. Therefore, detailed description thereof is omitted here.
[0063]
As shown in FIG. 3, the cylindrical protective ceramic body in the ceramic joined body of the first aspect of the present invention has a cylindrical shape, and its inner diameter is preferably 30 mm or more.
When the thickness is less than 30 mm, it is difficult to support the ceramic substrate firmly, and when the ceramic substrate is heated to a high temperature, the ceramic substrate may be warped by its own weight.
The thickness of the cylindrical protective ceramic body is preferably 3 to 20 mm. If the thickness is less than 3 mm, the tubular protective ceramic body is too thin, so that the mechanical strength is poor, and the tubular protective ceramic body may be damaged by repeated heating and cooling. If the thickness exceeds 20 mm, the thickness of the protective ceramic body is too thick, so that the heat capacity increases and the rate of temperature rise may decrease.
[0064]
Moreover, as a ceramic which forms the said cylindrical protective ceramic body, the thing similar to the ceramic substrate mentioned above can be used. The method for joining the cylindrical protective ceramic body and the ceramic substrate will be described in detail later.
[0065]
In addition to the concentric circular shape shown in FIG. 2, examples of the resistance heating element pattern formed inside the ceramic substrate include a spiral shape, an eccentric circular shape, and a combination of a concentric circular shape and a bent line shape. . The thickness of the
The
[0066]
Further, the formation position of the
[0067]
Moreover, when forming the
[0068]
As the metal particles, for example, noble metals (gold, silver, platinum, palladium), lead, tungsten, molybdenum, nickel and the like are preferable. These may be used alone or in combination of two or more. This is because these metals are relatively difficult to oxidize and have sufficient resistance to generate heat.
Examples of the conductive ceramic include tungsten and molybdenum carbides. These may be used alone or in combination of two or more. The particle diameter of these metal particles or conductive ceramic particles is preferably 0.1 to 100 μm. If it is too fine, less than 0.1 μm, it is easy to oxidize, while if it exceeds 100 μm, it becomes difficult to sinter and the resistance value increases.
[0069]
The metal particles may be spherical or flake shaped. When these metal particles are used, it may be a mixture of the sphere and the flakes.
When the metal particles are flakes or a mixture of spheres and flakes, it becomes easier to hold metal oxides between the metal particles, and the adhesion between the
[0070]
Examples of the resin used for the conductor paste include an epoxy resin and a phenol resin. Moreover, as a solvent, isopropyl alcohol etc. are mentioned, for example. A cellulose etc. are mentioned as a thickener.
[0071]
Further, when the
The size of the
[0072]
The material of the through hole is not particularly limited as long as it is a good electrical conductor, and examples thereof include noble metals (gold, silver, platinum, palladium), lead, tungsten, molybdenum, nickel, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Further, it may be made of a conductive ceramic such as tungsten or molybdenum carbide.
[0073]
In the ceramic joined body according to the first aspect of the present invention, the
Examples of such an insulating member include aluminum nitride similar to the cylindrical protective
[0074]
In the
[0075]
The
The ceramic substrate constituting the ceramic joined body of the first aspect of the present invention is used for manufacturing a semiconductor or inspecting a semiconductor. Specifically, for example, an electrostatic chuck, a susceptor, a hot plate (ceramic) Heater).
The above-described hot plate is an apparatus in which only a resistance heating element is provided inside a ceramic substrate, whereby a processing object such as a silicon wafer is placed on or separated from the surface of the ceramic substrate and held in a predetermined manner. It can be heated to temperature or washed.
[0076]
In the
In the ceramic joined body according to the first aspect of the present invention, the through hole is exposed on the bottom surface of the ceramic substrate, and a screw hole is provided, and an external terminal having a screw portion at the tip is screwed into the screw hole of the through hole. At the same time, the portion of the through hole exposed on the bottom surface of the ceramic substrate may be brought into contact with the external terminal, whereby the connecting portion between the through hole and the external terminal may be blocked from the external atmosphere.
[0077]
FIG. 13 is a partially enlarged cross-sectional view schematically showing an example of the ceramic joined body (hot plate) of the first present invention.
A
[0078]
A cylindrical bottomed
These bottomed
The
[0079]
In this
[0080]
FIG. 14 is a partial enlarged cross-sectional view schematically showing an example of the ceramic joined body (hot plate) of the first present invention.
A
[0081]
A part of each of the through
The
[0082]
The
[0083]
When the conductor formed inside the ceramic substrate constituting the ceramic joined body of the first invention is an electrostatic electrode and a conductor circuit, the ceramic joined body functions as an electrostatic chuck.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view schematically showing such an electrostatic chuck, FIG. 6 is a partial enlarged sectional view thereof, and FIG. 7 is an electrostatic diagram formed on a substrate constituting the electrostatic chuck. It is a horizontal sectional view showing the neighborhood of an electrode typically.
[0084]
Semicircular chuck positive and negative
[0085]
The electrostatic electrode is preferably made of a noble metal (gold, silver, platinum, palladium), lead, tungsten, molybdenum, nickel, or a conductive ceramic such as tungsten or molybdenum carbide. Moreover, these may be used independently and may use 2 or more types together.
As shown in FIGS. 5 and 6, the
[0086]
Through
The
[0087]
Further, in the case of the
When operating such an
[0088]
FIG. 8 is a horizontal sectional view schematically showing electrostatic electrodes formed on a substrate of another electrostatic chuck. A chuck positive
[0089]
FIG. 9 is a horizontal sectional view schematically showing electrostatic electrodes formed on a substrate of still another electrostatic chuck. In this electrostatic chuck, chuck positive
In addition, when forming the electrode of the form by which electrodes, such as a circle, were divided | segmented, the division | segmentation number is not specifically limited, Five or more division | segmentation may be sufficient and the shape is not limited to a fan shape.
[0090]
Next, as an example of the method for producing a ceramic joined body according to the first aspect of the present invention, a method for producing a hot plate will be described with reference to FIG.
FIGS. 10A to 10E are cross-sectional views schematically showing an example of a method for manufacturing a hot plate according to the first aspect of the present invention.
[0091]
(1) Green sheet production process
First, a ceramic powder such as nitride ceramic is mixed with a binder, a solvent, and the like to prepare a paste, and the
As the above-mentioned ceramic powder such as nitride, aluminum nitride or the like can be used, and if necessary, a sintering aid such as yttria, a compound containing Na, Ca, or the like may be added.
[0092]
The binder is preferably at least one selected from an acrylic binder, ethyl cellulose, butyl cellosolve, and polyvinyl alcohol.
Further, the solvent is preferably at least one selected from α-terpineol and glycol.
[0093]
A paste obtained by mixing these is formed into a sheet shape by a doctor blade method to produce a
The thickness of the
[0094]
Next, a green sheet having a via
[0095]
In addition, if necessary, a portion that becomes a through hole for inserting a lifter pin for transporting a silicon wafer, a portion that becomes a through hole for inserting a support pin for supporting the silicon wafer, a temperature measuring element such as a thermocouple A portion to be a bottomed hole for embedding is formed. The through holes and the bottomed holes may be processed after a green sheet laminate described later is formed or after the laminate is formed and fired.
[0096]
In addition, you may fill the part which added the carbon in the said paste to the
[0097]
(2) The process of printing the conductor paste on the green sheet
A conductor paste containing a metal paste or a conductive ceramic is printed on the green sheet on which the via
These conductor pastes contain metal particles or conductive ceramic particles.
[0098]
The average particle diameter of tungsten particles or molybdenum particles as the metal particles is preferably 0.1 to 5 μm. This is because when the average particle is less than 0.1 μm or exceeds 5 μm, it is difficult to print the conductor paste.
[0099]
Examples of such a conductive paste include 85 to 87 parts by weight of metal particles or conductive ceramic particles; 1.5 to 10 parts by weight of at least one binder selected from acrylic, ethyl cellulose, butyl cellosolve, and polyvinyl alcohol; and A composition (paste) in which 1.5 to 10 parts by weight of at least one solvent selected from α-terpineol and glycol is mixed.
[0100]
Also, a
[0101]
(3) Green sheet lamination process
A plurality of
[0102]
At this time, the number of the
Specifically, the number of the upper
[0103]
(4) Green sheet laminate firing process
The green sheet laminate is heated and pressurized to sinter the
The heating temperature is preferably 1000 to 2000 ° C., and the pressurizing pressure is preferably 10 to 20 MPa. Heating is performed in an inert gas atmosphere. As the inert gas, for example, argon, nitrogen or the like can be used.
[0104]
Next, a bottomed hole for inserting a temperature measuring element is provided on the
[0105]
Further, a bottomed
Next, a thread groove is formed in the bottomed
[0106]
(5) Manufacture of cylindrical protective ceramic body
Aluminum nitride powder or the like is placed in a cylindrical mold and molded, and cut if necessary. This is sintered at a heating temperature of 1000 to 2000 ° C. and normal pressure to produce a cylindrical protective
Further, the size of the cylindrical protective
Next, the end surface of the cylindrical protective
[0107]
(6) Joining of ceramic substrate and cylindrical protective ceramic body
In a state where the vicinity of the center of the
[0108]
Specifically, after the
[0109]
Also, a method of applying a ceramic paste having the same main component as the ceramic forming the
[0110]
(7) Attaching terminals
A
Next, a
Furthermore, a hot plate having a cylindrical protective ceramic body on its bottom surface can be manufactured by inserting a thermocouple or the like as a temperature measuring element into the formed bottomed hole and sealing with a heat resistant resin or the like. .
[0111]
In this hot plate, a semiconductor wafer such as a silicon wafer is placed on the hot plate, or the silicon wafer is held by a lifter pin or a support pin and then cleaned while heating or cooling the silicon wafer or the like. Etc. can be performed. When the hot plate is manufactured, an electrostatic chuck can be manufactured by providing an electrostatic electrode inside the ceramic substrate. However, in this case, it is necessary to form a through hole for connecting the electrostatic electrode and the external terminal, but it is not necessary to form a through hole for inserting the support pin.
When an electrode is provided inside the ceramic substrate, a conductive paste layer serving as an electrostatic electrode may be formed on the surface of the green sheet as in the case of forming a resistance heating element.
[0112]
Next, the ceramic joined body of the second present invention will be described.
In the ceramic joined body of the second invention, a protective ceramic body is joined to a bottom surface of a disk-shaped ceramic substrate in which a conductor is provided, and the conductor is connected to an external terminal through a through hole. A ceramic joined body connected with
The through hole is electrically connected to the conductor inside the ceramic substrate and has a bottomed hole for exposing the through hole, and the external terminal disposed in the bottomed hole The through hole is connected via a solder or a brazing material.
[0113]
The shape of the external terminal is not particularly limited as long as it can be connected to a through hole formed therein via solder or brazing material, and examples thereof include a cylindrical shape and a prismatic shape.
In the ceramic joined body of the second aspect of the present invention, as the solder, the same solder as described in the electrode structure of the second aspect of the present invention can be used.
The brazing material can be the same as that described in the electrode structure of the second aspect of the present invention.
[0114]
Furthermore, the connection method between the through hole and the external terminal may be the same method as the connection method when the internal electrode in the electrode structure of the second invention is a through hole and the external electrode is an external terminal. it can.
Furthermore, the materials, shapes, etc. of various members such as conductors, ceramic substrates, and through holes provided in the ceramic joined body of the second invention should be the same as those of the ceramic joined body of the first invention. Can do.
Therefore, detailed description thereof is omitted here.
[0115]
【Example】
(Example 1)
Manufacture of electrostatic chuck (see Figs. 5-6)
(1) Aluminum nitride powder (manufactured by Tokuyama, average particle size 1.1 μm) 100 parts by weight, yttrium (average particle size 0.4 μm) 4 parts by weight,
[0116]
(2) Next, after this green sheet was dried at 80 ° C. for 5 hours, a green sheet that had not been subjected to any processing was punched, and through holes for via holes for connecting a resistance heating element and a conductor circuit were formed. A green sheet provided with a hole, a green sheet provided with a through-hole for connecting a conductor circuit and an external terminal, and a through-hole for through-hole for connecting an electrostatic electrode and the external terminal A green sheet was prepared.
[0117]
(3) A conductor paste was prepared by mixing 100 parts by weight of tungsten carbide particles having an average particle diameter of 1 μm, 3.0 parts by weight of an acrylic binder, 3.5 parts by weight of α-terpineol solvent, and 0.3 parts by weight of a dispersant. .
[0118]
(4) A conductor paste was printed by a screen printing method on the surface of the green sheet provided with through holes for via holes, and a conductor paste layer serving as a resistance heating element was printed. Further, the conductive paste was printed by a screen printing method on the surface of the green sheet provided with through-holes for through-holes for connecting the conductor circuits and external terminals, and a conductor paste layer to be a conductor circuit was printed. Further, a conductive paste layer made of an electrostatic electrode pattern having the shape shown in FIG. 7 was formed on a green sheet that had not been processed.
[0119]
Further, a via paste for filling the via hole for connecting the resistance heating element and the conductor circuit and a through hole for connecting the external terminal were filled with a conductor paste.
[0120]
Next, the green sheets after the above treatment were laminated.
First, on the upper side (heating surface side) of the green sheet on which the conductive paste layer serving as a resistance heating element is printed, 34 green sheets on which only the portions to be the through
[0121]
A green sheet printed with a conductive paste layer made of an electrostatic electrode pattern is laminated on the uppermost part of the laminated green sheet, and two green sheets that have not been processed are further laminated thereon. A laminated body was formed by pressure bonding at 130 ° C. and a pressure of 8 MPa.
[0122]
(5) Next, the obtained laminate was degreased in nitrogen gas at 600 ° C. for 5 hours, and then hot-pressed under conditions of 1890 ° C. and
This was cut into a disk shape having a diameter of 230 mm, and a
[0123]
(6) Next, after polishing the
[0124]
(7) 100 parts by weight of aluminum nitride powder (manufactured by Tokuyama, average particle size 1.1 μm), 11.5 parts by weight of an acrylic resin binder, 0.5 parts by weight of a dispersant, and alcohol 53 comprising 1-butanol and ethanol Granules are produced by spray-drying using a composition mixed with parts by weight, and the granules are put into a pipe-shaped mold and sintered at normal pressure at 1890 ° C., length 200 mm, outer diameter 45 mm,
[0125]
(8) The end surface of the cylindrical protective
Specifically, after a
[0126]
(9) Next, a
[0127]
(Example 2)
Manufacture of hot plate (see Fig. 2-3, Fig. 10)
(1) 100 parts by weight of aluminum nitride powder (manufactured by Tokuyama Corporation, average particle size 1.1 μm), yttrium oxide (Y 2 O 3 : Yttria, average particle size 0.4 μm) 4 parts by weight, acrylic resin binder 11.5 parts by weight, dispersant 0.5 part by weight and 1-butanol and ethanol mixed alcohol 53 parts by weight The green sheet having a thickness of 0.47 mm was formed by the doctor blade method.
[0128]
(2) Next, the green sheet is dried at 80 ° C. for 5 hours, and then a portion that becomes a through
[0129]
(3) A conductor paste was prepared by mixing 100 parts by weight of tungsten carbide particles having an average particle diameter of 1 μm, 3.0 parts by weight of an acrylic binder, 3.5 parts by weight of α-terpineol solvent and 0.3 parts by weight of a dispersant. did.
[0130]
This conductor paste was printed by screen printing on a green sheet on which a via
[0131]
Subsequently, the conductor paste was printed by screen printing on the green sheet on which the through hole 63 'was formed, thereby forming a
[0132]
In addition, the conductor paste was filled in the
[0133]
On the green sheet on which the above-described
[0134]
(4) Next, the obtained laminate was degreased in nitrogen gas at 600 ° C. for 5 hours, and hot-pressed at 1890 ° C. and a pressure of 15 MPa for 10 hours to obtain an aluminum nitride plate having a thickness of 3 mm.
This is cut into a 230 mm disk shape, and a
[0135]
(5) Next, after polishing the
[0136]
(6) 100 parts by weight of aluminum nitride powder (Tokuyama, average particle size 1.1 μm), Y 2 O 3 (Average particle size 0.4 μm) 4 parts by weight, 11.5 parts by weight of an acrylic resin binder, 0.5 parts by weight of a dispersant, and 53 parts by weight of an alcohol composed of 1-butanol and ethanol were used. Granules were produced by spray drying, and the granules were placed in a cylindrical mold and sintered at 1890 ° C. under normal pressure to produce a cylindrical protective
[0137]
(7) After the
The joining method is the same as that in the first embodiment.
[0138]
(8) Next, a
[0139]
(Example 3)
A ceramic joined body was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the following steps were performed.
In (6), no thread groove is formed in the
[0140]
(Example 4)
A ceramic joined body was manufactured in the same manner as in Example 2 except that the following steps were performed.
In (5), a screw groove is not formed in the
The following evaluation tests were performed on the ceramic joined bodies according to Examples 1 to 4. The results are shown in Table 1 below.
[0141]
(Comparative Example 1)
Steps (1) to (3) were performed in the same manner as in Example 1.
In the step (4), when the green sheets are laminated, a green sheet in which portions to be the through
Steps (5), (6), and (9) were performed in the same manner as in Example 1 to produce a ceramic substrate. Steps (7) and (8) were not performed, and the cylindrical protective ceramic body was not bonded to the ceramic substrate.
[0142]
Evaluation methods
(1) Presence or absence of poor connection at the connection
The ceramic joined body according to the example and the ceramic substrate according to the comparative example are attached to the support container, and the CF 4 After raising the temperature to 200 ° C. in a gas atmosphere, it was left for 10 hours, and then the change in the current applied to the resistance heating element was measured to examine whether or not a connection failure occurred.
[0143]
(2) Presence or absence of corrosion of connecting parts and wiring
The ceramic joined body according to the example and the ceramic substrate according to the comparative example are attached to the support container, and the CF 4 After raising the temperature to 200 ° C in a gas atmosphere, CF for 100 hours 4 It was placed in a gas atmosphere and then further lowered to room temperature. Then, the ceramic substrate which comprises the ceramic joined body which concerns on an Example, and the ceramic substrate which concerns on a comparative example were cut | disconnected, and the corrosion states, such as a wiring of a ceramic substrate and a through hole, were observed with the microscope.
[0144]
[Table 1]
As is clear from the results shown in Table 1 above, in the ceramic joined body according to the example, no corrosion or poor connection occurred in the connection portion between the through hole and the external terminal.
[0146]
【The invention's effect】
As described above, according to the electrode structures of the first and second aspects of the present invention, the connection part between the external electrode and the internal electrode is formed inside the ceramic member, and the external electrode is formed in the bottomed hole exposing the internal electrode. Since the connection is cut off from the outside atmosphere, the connection can be protected from corrosive gases such as reactive gas and halogen gas, greatly improving the connection reliability. Can do.
Further, according to the ceramic joined body of the first and second inventions, the connection portion between the external terminal and the through hole is formed inside the ceramic substrate, and the external terminal is fitted into the bottomed hole exposing the through hole. As a result, the connection part is cut off from the external atmosphere, and the connection part can be protected from corrosive gases such as reactive gas and halogen gas, greatly improving the connection reliability of the ceramic joint. Can be made.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially enlarged cross-sectional view schematically showing an example of an electrode structure of the first present invention.
FIG. 2 is a bottom view schematically showing an example of a hot plate as an example of the ceramic joined body of the first present invention.
3 is a cross-sectional view of the hot plate shown in FIG.
4 is a partially enlarged sectional view schematically showing a ceramic substrate constituting the hot plate shown in FIG. 2;
FIG. 5 is a longitudinal sectional view schematically showing a ceramic substrate constituting an electrostatic chuck which is an example of the ceramic joined body of the first present invention.
6 is a partial enlarged cross-sectional view schematically showing a ceramic substrate constituting the electrostatic chuck shown in FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a horizontal sectional view schematically showing an example of an electrostatic electrode embedded in a ceramic substrate.
FIG. 8 is a horizontal sectional view schematically showing another example of the electrostatic electrode embedded in the ceramic substrate.
FIG. 9 is a horizontal sectional view schematically showing still another example of the electrostatic electrode embedded in the ceramic substrate.
FIGS. 10A to 10D are cross-sectional views schematically showing an example of a method for manufacturing a hot plate as an example of the ceramic joined body of the first present invention.
FIG. 11 is a perspective view schematically showing an example of a method for joining a ceramic substrate and a protective ceramic body.
12A to 12C are perspective views showing examples of columnar bodies constituting the ceramic joined body of the present invention.
FIG. 13 is a partially enlarged sectional view schematically showing another example of a hot plate as an example of the ceramic joined body of the first present invention.
FIG. 14 is a partially enlarged sectional view schematically showing still another example of a hot plate as an example of the ceramic joined body of the first present invention.
[Explanation of symbols]
1 Ceramic material
2 Conductor
3 Internal electrodes
4 Bottomed hole
5 External electrode
6 connections
10 Hot plate
11, 31, 71, 81 Ceramic substrate
11a Heating surface
11b Bottom
12, 320 Resistance heating element
12a Resistance heating element end
13, 13 ', 33, 330 Through hole
4, 190 Bottomed hole
15 Through hole
16 Interface
17 Cylindrical protective ceramic body
18, 380 conductor circuit
19 Bottomed hole
23, 360 External terminal
30 Electrostatic chuck
32a, 82a, 82b Chuck positive electrode electrostatic layer
32b, 83a, 83b Chuck negative electrode electrostatic layer
34 Ceramic dielectric film
130 Viahole
180 Temperature sensor
Claims (7)
前記セラミック部材内部の前記導電体に電気的に接続される内部電極が形成されるとともに、前記内部電極を露出させるための有底孔が形成され、
前記有底孔に配設された前記外部電極と前記内部電極とが機械的に接続されていることを特徴とする電極構造。An electrode structure for connecting a conductor formed inside a ceramic member and an external electrode,
An internal electrode electrically connected to the conductor inside the ceramic member is formed, and a bottomed hole for exposing the internal electrode is formed,
An electrode structure, wherein the external electrode and the internal electrode disposed in the bottomed hole are mechanically connected.
前記セラミック部材内部の前記導電体に電気的に接続される内部電極が形成されるとともに、前記内部電極を露出させるための有底孔が形成され、
前記有底孔に配設された前記外部電極と前記内部電極とが半田またはろう材を介して接続されていることを特徴とする電極構造。An electrode structure for connecting a conductor formed inside a ceramic member and an external electrode,
An internal electrode electrically connected to the conductor inside the ceramic member is formed, and a bottomed hole for exposing the internal electrode is formed,
An electrode structure characterized in that the external electrode and the internal electrode disposed in the bottomed hole are connected via solder or brazing material.
前記導電体がスルーホールを介して外部端子と接続されたセラミック接合体であって、
前記スルーホールは、前記セラミック基板内部の前記導電体に電気的に接続されるとともに、前記スルーホールを露出させるための有底孔が形成され、前記有底孔に配設された前記外部端子と前記スルーホールとが機械的に接続されていることを特徴とするセラミック接合体。A protective ceramic body is bonded to the bottom surface of the ceramic substrate provided with a conductor therein, and
A ceramic joined body in which the conductor is connected to an external terminal through a through hole,
The through hole is electrically connected to the conductor inside the ceramic substrate, and has a bottomed hole for exposing the through hole, and the external terminal disposed in the bottomed hole A ceramic joined body, wherein the through hole is mechanically connected.
前記導電体がスルーホールを介して外部端子と接続されたセラミック接合体であって、
前記スルーホールは、前記セラミック基板内部の前記導電体に電気的に接続されるとともに、前記スルーホールを露出するための有底孔が形成され、前記有底孔に配設された前記外部端子と前記スルーホールとが半田またはろう材を介して接続されていることを特徴とするセラミック接合体A protective ceramic body is bonded to the bottom surface of the ceramic substrate provided with a conductor therein, and
A ceramic joined body in which the conductor is connected to an external terminal through a through hole,
The through-hole is electrically connected to the conductor inside the ceramic substrate and has a bottomed hole for exposing the through-hole, and the external terminal disposed in the bottomed hole The ceramic joined body, wherein the through hole is connected via a solder or a brazing material
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