JPH088330A - 静電チャック - Google Patents

静電チャック

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JPH088330A
JPH088330A JP17625594A JP17625594A JPH088330A JP H088330 A JPH088330 A JP H088330A JP 17625594 A JP17625594 A JP 17625594A JP 17625594 A JP17625594 A JP 17625594A JP H088330 A JPH088330 A JP H088330A
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JP
Japan
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ceramic
intermediate layer
metal
electrostatic chuck
alloy
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Application number
JP17625594A
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English (en)
Inventor
Yoshiaki Tatsumi
良昭 辰己
Seiichiro Miyata
征一郎 宮田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MIYATA GIKEN KK
SOUZOU KAGAKU KK
Original Assignee
MIYATA GIKEN KK
SOUZOU KAGAKU KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 誘電体セラミックと基材金属の接合部の熱伝
達性と耐剥離性に優れた静電チャックの構造に係わる。 【構成】 金属基材とセラミック誘電体の板の間に金属
の中間層を挿入し、軟ろうを用いて冶金的に接合一体化
した構造の静電チャックであって、該中間層の材質は、
線膨脹係数が該誘電体セラミックの線膨脹係数の0.4
〜1.7倍の範囲にある材料であって、かつ該セラミッ
クは(Sn,In)の中から選ばれた一種あるいは二種
の元素と活性金属を必須成分とする合金でメタライズさ
れてなると共に該中間層に複数の貫通孔が穿孔され、該
孔に軟ろうが充填され、該メタライズ合金と融合一体化
されてなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基材金属と誘電体セラ
ミックが冶金的に接合一体化された構造の静電チャック
に係わるものである。
【0002】
【従来の技術】静電チャックは半導体シリコンウエハー
の吸着固定に多く利用されている。構造的には熱伝導に
優れた金属基材(代表的にはアルミニウム)の上に誘電
体セラミックの円盤が貼着され、特別な場合を除き、基
盤材料の裏面は水冷されている。必要とされる特性は、
温度に影響されない吸着性と共に吸着力の応答性、消去
性つまり、電圧の印加に対して速やかに吸着力が発生
し、電圧を切った時速やかに消えることが必要とされ
る。これらの誘電特性は温度に非常に敏感であるので、
誘電体の部分の温度変化は好ましくない。常に一定温度
に冷却されていることが必要である。現状の静電チャッ
クでは、基材金属と誘電体セラミックは接着剤で貼着さ
れているために、接着部で熱伝達が阻害され、十分な冷
却効果は得られていない。また、使用中に接着部が剥離
する欠点もある。
【0003】
【発明が解決する課題】本発明は、かかる状況に鑑みて
なされたもので、その目的とするところは、熱伝達性と
耐久性に優れた誘電体セラミックと基材金属の新しい接
合構造を提供せんとするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記問題に関
して鋭意研究を行い次の知見を得た。すなわち、上記熱
伝達の問題を解決する為には誘電体セラミックと基材金
属を冶金的に接合することで解決できるが、通常使用さ
れている静電チャックは150mmφ,200mmφの
様にかなり大きなものであり、誘電体セラミックと基材
金属を冶金的に接合した際、熱応力によって割れること
が判明した。例え軟ろうを用いて接合しても熱応力によ
って割れることがあることが判明した。そこで本発明者
はこの問題を解決するためには、膨脹係数が大きく違っ
ても熱応力で割れず、しかも熱伝導を阻害しないような
新しい接合構造を作り出す必要があることに思い至っ
た。本発明はこの様な経緯から生まれたもので、次の構
成からなる。 1. 金属基材とセラミック誘電体が軟ろうを用いて冶
金的に接合一体化された構造の静電チャックであって、
該セラミックは(Sn,In)の中から選ばれた一種あ
るいは二種の元素と活性金属を必須成分とする合金でメ
タライズされてなると共に該合金が基材金属との接合に
使用する軟ろうと融合一体化されてなることを特徴とす
る静電チャック。 2. 金属基材とセラミック誘電体の板の間に金属の中
間層を挿入し、軟ろうを用いて冶金的に接合一体化した
構造の静電チャックであって、該中間層の材質は、線膨
脹係数が該誘電体セラミックの線膨脹係数の0.4〜
1.7倍の範囲にある材料であって、かつ該セラミック
の接合面は(Sn,In)の中から選ばれた一種あるい
は二種の元素と活性金属を必須成分とする合金で接合さ
れてなることを特徴とする静電チャック。 3. 上記中間層の材料がSn,Inと合金を形成しな
い材料からなることを特徴とする上記2項に記載の静電
チャック。 4. 上記中間層がMoである上記3項に記載の静電チ
ャック。 5. 金属基材とセラミック誘電体の板の間に金属の中
間層を挿入し、軟ろうを用いて冶金的に接合一体化した
構造の静電チャックであって、該中間層の材質は、線膨
脹係数が該誘電体セラミックの線膨張係数の0.4〜
1.7倍の範囲にある材料であって、かつ該セラミック
は(Sn,In)の中から選ばれた一種あるいは二種の
元素と活性金属を必須成分とする合金でメタライズされ
てなると共に該中間層に複数の貫通孔が穿孔され、該孔
に軟ろうが充填され、該メタライズ合金と融合一体化さ
れてなることを特徴とする静電チャック。
【0005】
【作用】セラミックと金属は本来熱膨張係数はかなり違
うために接合すると当然熱応力が発生する。熱応力を緩
和する為にはろう材に軟ろう(半田)を使用して応力を
緩和することが非常に有効な手段であるが、通常セラミ
ックの接合では、先ずセラミックの接合面をCu,A
g,Niと活性金属の合金、Mo−Mn法、銀ペースト
焼付け、等でメタライズし、メタライズ面にNi、Cu
等をメッキした後、ろう付けしている。このさい、N
i、Cu等のメッキ金属、あるいはメタライズ金属が半
田中に溶け込み半田層の融点が上昇する。また、Ni、
Cu等メッキ金属、あるいはメタライズ金属の溶け込み
によって半田層が硬化する。接合部はこの融点上昇、半
田層の硬化の影響で熱応力が大きくなる。静電チャック
のように大きな物の接合では、この熱応力の増大は非常
に深刻でセラミックの割れを引き起こす。本発明で、セ
ラミックの接合界面部の融着合金に(Sn,In)の中
から選ばれた一種あるいは二種の元素と活性金属を必須
成分とする合金を使用するのは、Ni、Cu等のメッキ
金属、あるいは高融点のメタライズ金属の半田中への溶
け込みをなくす為である。また、接合界面部に直接融着
する層を軟らかい合金にすることによってこの部分の熱
応力が大きく軽減され、セラミックが破壊されることは
ない。合金の成分組成は、Sn,InあるいはSn−I
nをベースとし、これにTiZr,Nb,Y等の活性金
属を1〜10%の範囲で含み、これらの総量が90%以
上からなり、融点を大きく変えない範囲で、 Ag,A
u,Cu,Ni,AL,Znやその他の元素を概ね10
%以下の範囲で添加できる。熱応力の緩和手段として接
合部に中間的な熱膨張係数を有する剛性の高い材料を挿
入するのは有効であるが、本発明の目的の為にはこの材
料の線膨脹係数はセラミック誘電体の線膨脹係数の0.
4〜1.7倍の範囲にある材料が好ましい。誘電体材料
がアルミナ、炭化ケイ素、窒化アルミの場合で、ニッケ
ル、鉄、からモリブデン、タングステンの範囲の材料で
ある。これらの材料の中で特に好ましいのは上記したセ
ラミックに融着する部分の合金の基本成分であるSn,
Inと合金を形成しない材料が好ましい。この時融着合
金から中間層の金属へ活性金属成分のみが拡散し、中間
層金属から融着金属層への成分の溶け込みは起こらな
い。この結果、融着合金層の融点上昇および溶け込みに
よる硬化が防止できる。接合部の剪断テストでは、セラ
ミックでの破壊は起こらない。融着金属層の部分が塑性
変形して破断される。中間層の形態として、表面に複数
の貫通孔を穿孔すると熱応力が小さくなる効果がある。
特に中心部を穿孔すると最も効果があり、この貫通孔に
軟ろうを充填して金属基材からセラミックの接合部に直
接連通する部分を形成すると熱応力がさらに軽減される
効果がある。中間層を挟む場合、接合面は中間層の裏表
二面となり、溶着不良が発生する確率が高くなる上に、
超音波やX線による非破壊検査もセラミックの接合面し
か検査できない。金属基材と中間層の接合部の検査はで
きない。適当な間隔で中間層に穿孔孔を設け、この孔の
部分も軟ろうで充填されるように接合すると溶着不良を
完全になくすことができる。
【0006】
【実施例】
実施例1 誘電体:アルミナ系の誘電体セラミック(φ150×2
t)を使用。電極は双極方式で、セラミック焼成前に、
グリーンシートにタングステンペーストでプラス、マイ
ナス二つのパターンを印刷して形成し、この印刷面にさ
らに同じグリーンシートを重ねて同時焼成したものを使
った。 基材 :水冷用の溝を内蔵したアルミニウム基材を使用
した。 <セラミックのメタライズ>Sn−5%Ag−5%Ti
合金のペーストを接合面に塗布し、これを10−5To
rrの真空中、870℃で10分加熱して融着させた。
約100ミクロンの銀色の軟らかいメタライズ膜が形成
された。 <基材との接合>基材のアルミニウムの接合面をSn−
Zn半田で濡らして200ミクロンメッキした後、セラ
ミックと重ね合わせ、これを270℃に加熱して接合し
た。 <結果>セラミック部分に割れは認められず、接合面の
95%が接合されていた。 使用状況 従来の接着剤を使用した場合に比較してセラミック接合
面の表面温度は約30℃低下することが確認できた。 実施例2 誘電体:実施例と同じアルミナ系の誘電体セラミック
(φ150×2t)を使用。 基材 :水冷用の溝を内蔵したアルミニウム基材を使用
した。 中間層:セラミックと同じ径(φ150)で、厚さ0.
5mmのMoの板。片面(基材との接合面)には予めN
iをメッキし、セラミック側はそのままのものを使用。 <セラミックと中間層の接合>セラミックの接合面にI
n−3%Ag−5%Ti合金のペーストを接合面に塗布
し、これを10−5 Torrの真空中、850℃で1
0分加熱して融着させた。約50ミクロンの銀色の軟ら
かいメタライズ膜が形成された。 <基材の前処理>基材のアルミニウムの接合面をSn−
Zn半田で濡らして200ミクロンメッキ。後、セラミ
ックと重ね合わせ、これを200℃に加熱して接合し
た。 <結果>セラミック部分に割れは認められず、接合面の
98%接合されていた。 使用状況 接合面の温度は95℃で従来の接着剤を使用した場合に
比較してセラミック接合面の表面温度は約25℃低下す
ることが確認できた。 実施例3 誘電体:SiC系の誘電体セラミック(φ200×1.
3t)を使用。電極は単極方式で、焼成したセラミック
に、Sn−5%Ag−5%Ti合金のペーストを接合面
に塗布し、これを10−5 Torrの真空中、870
℃で10分加熱して融着させた。 基材 :水冷用の溝を内蔵したアルミニウム基材を使用
した。 中間層:セラミックと同じ径(φ200)で、厚さ0.
2mmのMoの板。両面に予めNiをメッキし、直径5
mmの貫通孔を穿孔(孔の中もNiメッキ)した板。貫
通孔の面積率10% <中間層の前処理>中間層の両面をIn−5%Ag合金
で濡らし、片肉50ミクロン肉盛した。 <接合>セラミック、中間層、基材を重ね合わせ200
℃に加熱して接合した。 <結果>セラミック部分に割れは認められず、接合面は
100%接合されていた。 使用状況 接合面の温度は90℃で従来の接着剤を使用した場合に
比較してセラミック接合面の表面温度は約30℃低下す
ることが確認できた。なお、中間層の効果を確認するた
めに、セラミックを従来の高融点金属(Ag−28%C
u−5%Ti合金)で20ミクロンメタライズした後、
Niを10ミクロンメッキし、この上をSn−5%Ag
半田で濡らして50ミクロン肉盛したものと上記処理と
同じ処理をした中間層、および基材金属を重ね合わせ、
同じく200℃で接合した。接合部は100%接合され
ており、セラミックに割れも見られ無かった。
【0007】
【発明の効果】
1.接合部の熱伝達性に優れている。 2.セラミック接合部の熱応力が小さく、割れが発生し
ない。 3.接合部の溶着不良が防止できる。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属基材とセラミック誘電体が軟ろうを
    用いて冶金的に接合一体化された構造の静電チャックで
    あって、該セラミックは(Sn,In)の中から選ばれ
    た一種あるいは二種の元素と活性金属を必須成分とする
    合金でメタライズされてなると共に該合金が基材金属と
    の接合に使用する軟ろうと融合一体化されてなることを
    特徴とする静電チャック。
  2. 【請求項2】 金属基材とセラミック誘電体の板の間に
    金属の中間層を挿入し、軟ろうを用いて冶金的に接合一
    体化した構造の静電チャックであって、該中間層の材質
    は、線膨脹係数が該誘電体セラミックの線膨脹係数の
    0.4〜1.7倍の範囲にある材料であって、かつ該セ
    ラミックの接合面は(Sn,In)の中から選ばれた一
    種あるいは二種の元素と活性金属を必須成分とする合金
    で接合されてなることを特徴とする静電チャック。
  3. 【請求項3】 上記中間層の材料がSn,Inと合金を
    形成しない材料からなることを特徴とする請求項1に記
    載の静電チャック。
  4. 【請求項4】 上記中間層がMoである請求項3に記載
    の静電チャック。
  5. 【請求項5】 金属基材とセラミック誘電体の板の間に
    金属の中間層を挿入し、軟ろうを用いて冶金的に接合一
    体化した構造の静電チャックであって、該中間層の材質
    は、線膨脹係数が核誘電体セラミックの線膨脹係数の
    0.4〜1.7倍の範囲にある材料であって、かつ該セ
    ラミックは(Sn,In)の中から選ばれた一種あるい
    は二種の元素と活性金属を必須成分とする合金でメタラ
    イズされてなると共に該中間層に複数の貫通孔が穿孔さ
    れ、該孔に軟ろうが充填され、該メタライズ合金と融合
    一体化されてなることを特徴とする静電チャック。
JP17625594A 1994-06-23 1994-06-23 静電チャック Pending JPH088330A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT411116B (de) * 1999-10-05 2003-09-25 Siemens Ag Oesterreich Kühldose zur flüssigkeitskühlung von elektrischen bauelementen
US7067200B2 (en) * 2002-07-23 2006-06-27 Ngk Insulators, Ltd. Joined bodies and a method of producing the same

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