JP7621073B2

JP7621073B2 - Zygote

Info

Publication number: JP7621073B2
Application number: JP2020138527A
Authority: JP
Inventors: 貴道小川
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2020-08-19
Filing date: 2020-08-19
Publication date: 2025-01-24
Anticipated expiration: 2040-08-19
Also published as: JP2022034701A

Description

本発明は、接合体に関する。 The present invention relates to a joint.

半導体を製造する際に使用され、支持した半導体ウェハーを加熱するための給電パッドを備えるセラミック基板構造体が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたセラミック基板構造体は、セラミック基体に埋設された給電パッドと、電源に接続されて電力を供給するための給電端子と、の間に配置され、給電パッドと給電端子とを電気的に接続する緩衝部材を備えている。この緩衝部材は、外周面全面が金属により被膜されており、この金属が給電パッドよりも先に酸化することにより、給電パッドの酸化を抑制する。 There is known a ceramic substrate structure that is used in manufacturing semiconductors and includes a power supply pad for heating a supported semiconductor wafer (see, for example, Patent Document 1). The ceramic substrate structure described in Patent Document 1 includes a buffer member that is disposed between the power supply pad embedded in the ceramic base and a power supply terminal that is connected to a power source to supply power, and electrically connects the power supply pad and the power supply terminal. The entire outer peripheral surface of the buffer member is coated with a metal, and this metal oxidizes before the power supply pad, thereby suppressing oxidation of the power supply pad.

特開２０１９－１６５１２６号公報JP 2019-165126 A

特許文献１に記載の構成では、緩衝部材の接合面と側面とが同じ部材で構成されているため、ろう材が接合面とは異なる側面に回り込んでしまう場合がある。このような場合、接合面のろう材が不足して、給電パッドと緩衝部材との接合強度が低下する。また、緩衝部材を被膜する金属が酸化していると、ろう材が酸化被膜を介して緩衝部材と接合される。このような場合、金属である緩衝部材と金属であるろう材の接合であるにも関わらず、緩衝部材とろう材との間の酸化被膜により緩衝部材とろう材との接合強度が低下する。そのため、特許文献１に記載のセラミック基板構造体において、給電パッドと緩衝部材との接合部における接合強度を向上させることが望まれていた。なお、セラミック基板構造体は接合体とも呼ばれ、緩衝部材は応力緩和部とも呼ばれ、給電パッドは受電電極とも呼ばれる。 In the configuration described in Patent Document 1, the joint surface and the side surface of the buffer member are made of the same material, so the brazing material may wrap around to a side surface different from the joint surface. In such a case, the brazing material on the joint surface is insufficient, and the joint strength between the power supply pad and the buffer member is reduced. In addition, if the metal coating the buffer member is oxidized, the brazing material is joined to the buffer member via an oxide coating. In such a case, even though the joint is between the buffer member, which is a metal, and the brazing material, which is a metal, the oxide coating between the buffer member and the brazing material reduces the joint strength between the buffer member and the brazing material. Therefore, in the ceramic substrate structure described in Patent Document 1, it has been desired to improve the joint strength at the joint between the power supply pad and the buffer member. The ceramic substrate structure is also called a joint body, the buffer member is also called a stress relief part, and the power supply pad is also called a power receiving electrode.

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、接合部の接合強度を向上させた接合体を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a joint with improved joint strength.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現できる。接合体であって、受電電極を有するセラミックス部材と、導電性を有する金属端子と、前記セラミックス部材と前記金属端子との間に配置される応力緩和部と、を備え、前記応力緩和部は、第１面において、ろう材を介して前記受電電極に接合されると共に、前記第１面に接続していない第２面において、ろう材を介して前記金属端子に接合される本体部であって、Ｗ（タングステン）を主成分とし、結合相としてＮｉ（ニッケル）と、Ｆｅ（鉄）と、Ｃｕ（銅）とを少なくとも一種類含むタングステン基焼結合金で形成される本体部と、前記第１面と前記第２面とを接続する前記本体部の側面を被覆する酸化物保護膜と、を有し、前記酸化物保護膜の厚さが１００ｎｍ以上かつ１０００ｎｍ以下である、ことを特徴とする、接合体。そのほか、本発明は、以下の形態としても実現可能である。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and can be realized in the following form: A joined body comprising a ceramic member having a power receiving electrode, a metal terminal having electrical conductivity, and a stress relaxation part disposed between the ceramic member and the metal terminal, the stress relaxation part being a main body part joined to the power receiving electrode via a brazing material at a first surface and joined to the metal terminal via a brazing material at a second surface not connected to the first surface, the main body part being formed of a tungsten-based sintered alloy containing W (tungsten) as a main component and at least one of Ni (nickel), Fe (iron), and Cu (copper) as a bonding phase , and an oxide protective film covering a side surface of the main body part connecting the first surface and the second surface, the oxide protective film having a thickness of 100 nm or more and 1000 nm or less. The present invention can also be realized in the following form.

（１）本発明の一形態によれば、接合体が提供される。この接合体は、受電電極を有するセラミックス部材と、導電性を有する金属端子と、前記セラミックス部材と前記金属端子との間に配置される応力緩和部と、を備え、前記応力緩和部は、第１面において、ろう材を介して前記受電電極に接合されると共に、前記第１面に接続していない第２面において、ろう材を介して前記金属端子に接合される本体部と、前記第１面と前記第２面とを接続する前記本体部の側面を被覆する酸化物保護膜と、を有する。 (1) According to one aspect of the present invention, a joint is provided. The joint includes a ceramic member having a power receiving electrode, a conductive metal terminal, and a stress relief portion disposed between the ceramic member and the metal terminal. The stress relief portion has a main body portion that is joined to the power receiving electrode via a brazing material on a first surface and joined to the metal terminal via a brazing material on a second surface that is not connected to the first surface, and an oxide protective film that covers the side surface of the main body portion that connects the first surface and the second surface.

この構成によれば、受電電極と金属端子との間に応力緩和部が装填されることにより、受電電極と金属端子との材質の違いに起因する熱膨張率の差によって生じる熱応力を減衰させることができる。また、本構成の接合体では、本体部の側面は、酸化物保護膜により被覆されている。これにより、ろう材が応力緩和部の側面にはい上がることが抑制され、この結果、はい上がりによる接合面でのろう材の減少によって生じる接合強度の低下を抑制できる。さらに、酸化物保護膜は、受電電極と本体部との接合部、および、本体部と金属端子との接合部には形成されていない。つまり、本体部とろう材とは酸化物保護膜を介することなく接合しているため、金属である本体部とろう材との間には接合強度の低下を引き起こす可能性がある酸化物保護膜がない。これにより、本体部とろう材との接合強度を確保することができる。すなわち、本構成の接合体によれば、本体部の酸化を抑制した上で、応力緩和部と受電電極との接合部、および、応力緩和部と金属端子との接合部の接合強度を向上させることができる。 According to this configuration, the stress relaxation portion is loaded between the power receiving electrode and the metal terminal, so that the thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient due to the difference in the materials between the power receiving electrode and the metal terminal can be attenuated. In addition, in the joint of this configuration, the side of the main body is covered with an oxide protective film. This prevents the brazing material from creeping up to the side of the stress relaxation portion, and as a result, it is possible to prevent a decrease in the joint strength caused by a decrease in the brazing material at the joint surface due to the creeping up. Furthermore, the oxide protective film is not formed at the joint between the power receiving electrode and the main body, and at the joint between the main body and the metal terminal. In other words, since the main body and the brazing material are joined without an oxide protective film, there is no oxide protective film between the main body, which is a metal, and the brazing material, which may cause a decrease in the joint strength. This ensures the joint strength between the main body and the brazing material. In other words, according to the joint of this configuration, it is possible to improve the joint strength of the joint between the stress relaxation portion and the power receiving electrode, and the joint between the stress relaxation portion and the metal terminal, while suppressing the oxidation of the main body.

（２）上記態様の接合体において、前記酸化物保護膜は、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ａｌ，Ｖ，Ｔａの酸化物を１種類以上含んでいてもよい。
この構成によれば、酸化物保護膜が高温環境でも比較的安定であるため接合体の高温耐久性が向上する。 (2) In the bonded body of the above aspect, the oxide protective film may contain one or more oxides of Cr, Ti, Zr, Hf, Nb, Al, V, and Ta.
According to this configuration, the oxide protective film is relatively stable even in a high-temperature environment, and therefore the high-temperature durability of the bonded body is improved.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、接合体、基板保持装置、半導体製造装置、セラミックスヒータ、およびこれらを備える部品、およびこれらの製造方法等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms, such as a bonded body, a substrate holding device, a semiconductor manufacturing device, a ceramic heater, and components including these, and a manufacturing method for these.

本発明の実施形態としての接合体を備える基板保持部材の概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a substrate holding member including a bonded body according to an embodiment of the present invention. 受電電極と第２給電ロッドとの接合についての説明図である。10A and 10B are explanatory diagrams illustrating a joining between the power receiving electrode and the second power supply rod. 応力緩和部の保護膜が異なる接合体の実施例１～８および比較例１～３の評価試験結果について説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing the evaluation test results of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3 of joined bodies having different protective films in the stress relaxation portions. 接合体の製造方法のフローチャートである。1 is a flowchart of a method for producing a bonded body. セラミックス部材の製造方法のフローチャートである。4 is a flowchart of a method for manufacturing a ceramic member. 応力緩和部の製造方法のフローチャートである。4 is a flowchart of a method for manufacturing a stress relaxation portion. 変形例の応力緩和部および保護膜についての説明図である。13A and 13B are explanatory views of a stress relaxation portion and a protective film according to a modified example.

＜実施形態＞
図１は、本発明の実施形態としての接合体１０を備える基板保持部材１００の概略断面図である。基板保持部材１００は、プラズマエッチングやイオン注入、電子ビーム露光等を行う半導体製造装置の一部である。基板保持部材１００は、半導体ウェハーＷ（以下、単に「ウェハーＷ」とも呼ぶ）の固定・平面度矯正・搬送等を行い、かつ、ウェハーＷを所定の温度に加熱する加熱装置として利用される。 <Embodiment>
1 is a schematic cross-sectional view of a substrate holding member 100 including a bonded body 10 according to an embodiment of the present invention. The substrate holding member 100 is a part of a semiconductor manufacturing apparatus that performs plasma etching, ion implantation, electron beam exposure, etc. The substrate holding member 100 holds, corrects flatness, transports, etc., a semiconductor wafer W (hereinafter also simply referred to as "wafer W"), and is used as a heating device that heats the wafer W to a predetermined temperature.

図１に示されるように、基板保持部材１００は、載置面１０ＦでウェハーＷを保持する接合体１０と、接合体１０の載置面１０Ｆの反対側に接続されている中空のシャフト２０と、を備えている。接合体１０は、セラミックスを含む受電電極（図１では不図示）を有するセラミックス部材１１と、セラミックス部材１１内に配置された抵抗発熱体１３と、受電電極１２に電力を供給するための導電性の第２給電ロッド（金属端子）１５と、を備えている。 As shown in FIG. 1, the substrate holding member 100 includes a joint 10 that holds a wafer W on a mounting surface 10F, and a hollow shaft 20 that is connected to the opposite side of the mounting surface 10F of the joint 10. The joint 10 includes a ceramic member 11 having a power receiving electrode (not shown in FIG. 1) that includes ceramics, a resistive heating element 13 disposed within the ceramic member 11, and a conductive second power supply rod (metal terminal) 15 for supplying power to the power receiving electrode 12.

セラミックス部材１１は、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、ＹＡＧ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、イットリア、スピネル、ムライト、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウムといったセラミックスにより形成されている。受電電極は、Ｗ（タングステン）とセラミックスとで形成されている。抵抗発熱体１３は、ビア導体（図１では不図示）と受電電極と第２給電ロッド１５とを介して電力が供給され、接合体１０が保持しているウェハーＷを加熱するためのヒータ電極として機能する。図１では分割して示されている抵抗発熱体１３は、電気的に直列に接続されている。なお、図１に示される矩形状の抵抗発熱体１３は、簡略化されて示されたものである。 The ceramic member 11 is formed of ceramics such as alumina, aluminum nitride, YAG, silicon nitride, silicon carbide, magnesium oxide, zirconium oxide, yttria, spinel, mullite, calcium titanate, and barium titanate. The power receiving electrode is formed of W (tungsten) and ceramics. The resistance heating element 13 is supplied with power through a via conductor (not shown in FIG. 1), the power receiving electrode, and the second power supply rod 15, and functions as a heater electrode for heating the wafer W held by the bonded body 10. The resistance heating elements 13, which are shown divided in FIG. 1, are electrically connected in series. Note that the rectangular resistance heating element 13 shown in FIG. 1 is shown in a simplified form.

第２給電ロッド１５は、シャフト２０内に配置されて、一端が抵抗発熱体１３に接続されて、他端が図示されていないヒータ電源に接続されている。なお、図１では、第２給電ロッド１５と抵抗発熱体１３との接続の詳細について図示されていないが、接続の詳細については、受電電極およびビア導体の形状も合わせて、図２と共に説明する。 The second power supply rod 15 is disposed within the shaft 20, one end of which is connected to the resistive heating element 13, and the other end of which is connected to a heater power source (not shown). Note that although FIG. 1 does not show the details of the connection between the second power supply rod 15 and the resistive heating element 13, the details of the connection, including the shapes of the power receiving electrode and the via conductor, will be described in conjunction with FIG. 2.

図２は、受電電極１２と第２給電ロッド１５との接合についての説明図である。図２には、図１のＸ１部を拡大した概略断面図である。図２に示されるように、接合体１０は、受電電極１２と、受電電極１２と抵抗発熱体１３とを電気的に接続しているビア導体１４と、セラミックス部材１１と第２給電ロッド１５との間に配置された応力緩和部１６と、を備えている。応力緩和部１６は、セラミックス部材１１と第２給電ロッド１５とを電気的に接続する。図２に示されるように、応力緩和部１６は、電極対向面（第１面）１６１Ｆ１が第１ろう材１７を介して受電電極１２に接合されると共に、電極対向面１６１Ｆ１とは接続していないロッド対向面（第２面）１６１Ｆ２が第２ろう材１８を介して第２給電ロッド１５に接合されている。なお、図２では、抵抗発熱体１３の図示を省略し、抵抗発熱体１３側のビア導体１４の一部の図示を省略している。 2 is an explanatory diagram of the joining of the power receiving electrode 12 and the second power supply rod 15. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an enlarged portion X1 of FIG. 1. As shown in FIG. 2, the joint 10 includes the power receiving electrode 12, a via conductor 14 electrically connecting the power receiving electrode 12 and the resistance heating element 13, and a stress relief portion 16 disposed between the ceramic member 11 and the second power supply rod 15. The stress relief portion 16 electrically connects the ceramic member 11 and the second power supply rod 15. As shown in FIG. 2, the stress relief portion 16 has an electrode facing surface (first surface) 161F1 joined to the power receiving electrode 12 via a first brazing material 17, and a rod facing surface (second surface) 161F2 not connected to the electrode facing surface 161F1 joined to the second power supply rod 15 via a second brazing material 18. In FIG. 2, the resistive heating element 13 is not shown, and some of the via conductors 14 on the resistive heating element 13 side are not shown.

図２に示されるように、応力緩和部１６の一部は、セラミックス部材１１に凹むように形成された凹部１１Ｍに挿入されている。凹部１１Ｍおよび応力緩和部１６の中心軸ＯＬに対する横断面は、略円形状である。応力緩和部１６の横断面は凹部１１Ｍの横断面よりも小さいため、応力緩和部１６と、凹部１１Ｍとの間には間隙が形成されている。 As shown in FIG. 2, a portion of the stress relief portion 16 is inserted into a recess 11M formed in the ceramic member 11 so as to be recessed. The cross sections of the recess 11M and the stress relief portion 16 relative to the central axis OL are substantially circular. Because the cross section of the stress relief portion 16 is smaller than the cross section of the recess 11M, a gap is formed between the stress relief portion 16 and the recess 11M.

図２に示されるように、応力緩和部１６は、受電電極１２および第２給電ロッド１５に接合される本体部１６１と、本体部１６１の外周側の側面１６１Ｓを被覆する保護膜（酸化物保護膜）１６２と、を備えている。本実施形態の本体部１６１は金属材料であり、Ｗを主成分とし、結合相としてＮｉ（ニッケル）と、鉄と、銅とを少なくとも一種類含むタングステン基焼結合金である。本実施形態の保護膜１６２は、Ｃｒ（クロム），Ｔｉ（チタン），Ｚｒ（ジルコニウム），Ｈｆ（ハフニウム），Ｎｂ（ニオブ），Ａｌ（アルミニウム），Ｖ（バナジウム），Ｔａ（タンタル）の酸化物を１種類以上含む酸化物保護膜である。なお、本実施形態における本体部１６１の側面１６１Ｓは、電極対向面１６１Ｆ１とロッド対向面１６１Ｆ２とを接続する面ともいえる。保護膜１６２の厚さは、１００ｎｍ～１０００ｎｍが好ましい。 2, the stress relaxation portion 16 includes a main body portion 161 joined to the power receiving electrode 12 and the second power supply rod 15, and a protective film (oxide protective film) 162 covering the outer peripheral side surface 161S of the main body portion 161. The main body portion 161 of this embodiment is a metal material, and is a tungsten-based sintered alloy containing W as a main component and at least one of Ni (nickel), iron, and copper as a bonding phase. The protective film 162 of this embodiment is an oxide protective film containing one or more oxides of Cr (chromium), Ti (titanium), Zr (zirconium), Hf (hafnium), Nb (niobium), Al (aluminum), V (vanadium), and Ta (tantalum). Note that the side surface 161S of the main body portion 161 in this embodiment can also be said to be a surface that connects the electrode facing surface 161F1 and the rod facing surface 161F2. The thickness of the protective film 162 is preferably 100 nm to 1000 nm.

受電電極１２は、凹部１１Ｍで一部が露出していて、第１ろう材１７により電極対向面１６１Ｆ１で応力緩和部１６と接合されている。一方で、応力緩和部１６は、中心軸ＯＬに沿って第１ろう材１７の反対側のロッド対向面１６１Ｆ２で、第２ろう材１８により第２給電ロッド１５に接合されている。本実施形態の第２給電ロッド１５は、柔軟性のある純ニッケルで形成されている。 The power receiving electrode 12 is partially exposed in the recess 11M and is joined to the stress relief portion 16 at the electrode facing surface 161F1 by the first solder material 17. Meanwhile, the stress relief portion 16 is joined to the second power supply rod 15 by the second solder material 18 at the rod facing surface 161F2 on the opposite side of the first solder material 17 along the central axis OL. The second power supply rod 15 in this embodiment is made of flexible pure nickel.

本実施形態の第１ろう材１７およびろう材２としては、Ｎｉ系ろう材箔（例えば日立金属・Ｍｅｔｇｌａｓ（登録商標）のアルモルファスＮｉろう材箔）や金系ろう材箔（例えばＪＩＳ規格のＢＡｕ－４）が用いられる。 In this embodiment, the first brazing material 17 and brazing material 2 are made of Ni-based brazing material foil (e.g., amorphous Ni brazing material foil from Hitachi Metals/Metglas (registered trademark)) or gold-based brazing material foil (e.g., BAu-4 according to the JIS standard).

図３は、応力緩和部１６の保護膜１６２が異なる接合体１０の実施例１～８および比較例１～３の評価試験結果について説明図である。図３には、実施例１～８および比較例１～３における本体部１６１および保護膜１６２の材質と、３つの評価試験結果とが示されている。なお、図３に示されていない接合体１０を構成する各材質は同じである。例えば、受電電極１２の材質は、タングステンと、セラミックスとしての窒化アルミとの混合物である。 Figure 3 is an explanatory diagram showing the evaluation test results of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3 of the joint 10 in which the protective film 162 of the stress relaxation portion 16 is different. Figure 3 shows the materials of the main body 161 and the protective film 162 in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3, and the three evaluation test results. Note that the materials constituting the joint 10 that are not shown in Figure 3 are the same. For example, the material of the power receiving electrode 12 is a mixture of tungsten and aluminum nitride as a ceramic.

図３に示される評価試験では、接合体１０の接合強度と、ろう材のはい上がりと、高温耐久性との３つが評価される。接合強度の評価試験では、実施例８種類と比較例３種類との計１１種類の接合体におけるそれぞれのサンプル１０個に対して引張強度試験を行った。サンプル１０個の内、２０ＭＰａ以上で１つも破壊されなかった接合体１０を「○」と評価し、１つでも破壊された接合体１０を「×」と評価した。 In the evaluation test shown in FIG. 3, three things were evaluated: the joint strength of the joint 10, the creeping of the brazing material, and high-temperature durability. In the joint strength evaluation test, a tensile strength test was performed on 10 samples of each of 11 types of joints, including 8 examples and 3 comparative examples. Among the 10 samples, joints 10 that did not break at 20 MPa or more were evaluated as "○", and joints 10 that broke at least one were evaluated as "×".

ろう材のはい上がりの評価試験では、第１ろう材１７および第２ろう材１８の接合後に、第１ろう材１７と第２ろう材１８との少なくとも一方が保護膜１６２にはい上がっていない接合体１０を「○」と評価し、はい上がっている接合体１０を「×」と評価した。なお、図３における比較例２は、本体部１６１の側面１６１Ｓに加えて、電極対向面１６１Ｆ１とロッド対向面１６１Ｆ２とにも酸化クロムが被覆された、すなわち、本体部１６１の全面が被覆された接合体である。比較例２では、第１ろう材１７および第２ろう材１８によりろう付けできず、ろう材のはい上がりの評価ができなかったため、評価結果が「－」と示されている。 In the evaluation test for the brazing material creeping up, the assembly 10 in which at least one of the first brazing material 17 and the second brazing material 18 did not creep up into the protective film 162 after the first brazing material 17 and the second brazing material 18 were joined was evaluated as "○", and the assembly 10 in which at least one of them did not creep up into the protective film 162 was evaluated as "×". In addition, in Comparative Example 2 in FIG. 3, in addition to the side surface 161S of the main body 161, the electrode opposing surface 161F1 and the rod opposing surface 161F2 are also coated with chromium oxide, that is, the entire surface of the main body 161 is coated. In Comparative Example 2, brazing with the first brazing material 17 and the second brazing material 18 was not possible, and the brazing material creeping up could not be evaluated, so the evaluation result is shown as "-".

高温耐久性の評価試験では、６００℃、１０００時間（ｈ）の空気中で接合体１０を放置した後の状態を評価した。第２給電ロッド１５と応力緩和部１６とが外れるなどの不具合があった場合には「×」と評価し、不具合がなかった場合には「○」と評価した。なお、放置後の比較例３の応力緩和部に色の変化があったため、応力緩和部に酸化が進行したと判定して「×」と評価した。 In the high-temperature durability evaluation test, the condition of the joint 10 after being left in air at 600°C for 1000 hours (h) was evaluated. If there was a defect such as the second power supply rod 15 and the stress relief part 16 coming apart, it was rated as "X", and if there was no defect, it was rated as "O". Note that since there was a color change in the stress relief part of Comparative Example 3 after being left, it was determined that oxidation had progressed in the stress relief part and was rated as "X".

図３に示される実施例１～８のように、本体部１６１の側面１６１Ｓを被覆している保護膜１６２が酸化物保護膜の場合には、３つの評価試験の結果が良好であった。一方で、比較例１のように保護膜１６２がない接合体と、比較例２のように側面１６１Ｓに加えて電極対向面１６１Ｆ１およびロッド対向面１６１Ｆ２も酸化物保護膜で被覆されている接合体と、および比較例３のように側面１６１Ｓが窒化物保護膜で被覆されている接合体とでは、３つの評価試験の内の少なくとも１つで不具合が発生している。 As shown in Figure 3, in Examples 1 to 8, when the protective film 162 covering the side surface 161S of the main body 161 was an oxide protective film, the results of the three evaluation tests were good. On the other hand, in a joint without a protective film 162 as in Comparative Example 1, a joint in which the electrode facing surface 161F1 and the rod facing surface 161F2 in addition to the side surface 161S are covered with an oxide protective film as in Comparative Example 2, and a joint in which the side surface 161S is covered with a nitride protective film as in Comparative Example 3, a defect occurred in at least one of the three evaluation tests.

図４は、接合体１０の製造方法のフローチャートである。図４に示される接合体１０の製造フローでは、初めに、受電電極１２を有するセラミックス部材１１が作製される（ステップＳ１０）。次に、受電電極１２とセラミックス部材１１とに接合される応力緩和部１６が作成される（ステップＳ２０）。作製されたセラミックス部材１１内の受電電極１２と、応力緩和部１６と、第２給電ロッド１５とが接合されて（ステップＳ３０）、接合体１０が製造される。 Figure 4 is a flowchart of a method for manufacturing the joined body 10. In the manufacturing flow of the joined body 10 shown in Figure 4, first, a ceramic member 11 having a power receiving electrode 12 is fabricated (step S10). Next, a stress relief portion 16 is created to be bonded to the power receiving electrode 12 and the ceramic member 11 (step S20). The power receiving electrode 12 in the fabricated ceramic member 11, the stress relief portion 16, and the second power supply rod 15 are bonded (step S30) to manufacture the joined body 10.

図５は、セラミックス部材１１の製造方法のフローチャートである。図５に示されるように、セラミックス部材１１の製造フローでは、初めに、セラミックス部材１１の元となるグリーンシート用のスラリーが作製される（ステップＳ１１）。本実施形態では、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末１００重量部に、酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃（イットリア））粉末０．５重量部と、アクリル系バインダ２０重合部と、適量の分散剤および可塑剤とが加えられた混合物に、有機溶剤（例えばトルエン）が加えられる。この混合物が、ボールミルにて２０時間混合されることにより、グリーンシート用スラリーが作製される。 5 is a flow chart of the method for manufacturing the ceramic member 11. As shown in FIG. 5, in the manufacturing flow of the ceramic member 11, first, a slurry for a green sheet that is the base of the ceramic member 11 is prepared (step S11). In this embodiment, an organic solvent (e.g., toluene) is added to a mixture of 100 parts by weight of aluminum nitride (AlN) powder, 0.5 parts by weight of yttrium oxide (Y ₂ O ₃ (yttria)) powder, 20 parts by weight of an acrylic binder, and an appropriate amount of a dispersant and a plasticizer. This mixture is mixed in a ball mill for 20 hours to prepare a slurry for a green sheet.

キャスティング装置により、作製されたスラリーがシート上に成形され、乾燥させられてグリーンシートが作製される（ステップＳ１２）。作製されたグリーンシートに設けられた貫通孔に電極用ペーストが印刷されることにより、グリーンシートにビア導体１４が形成される（ステップＳ１３）。 The slurry is cast onto a sheet by a casting device and dried to produce a green sheet (step S12). The electrode paste is printed into the through holes provided in the produced green sheet to form via conductors 14 in the green sheet (step S13).

ビア導体１４が形成されたグリーンシートには、ヒータや分配等の電極パターンを有する受電電極１２が形成される（ステップＳ１４）。受電電極１２は、メタライズ層の印刷および貫通孔を設けた後のビアの印刷により形成される。メタライズ層の印刷に用いられるペーストは、例えば、ＷやＭｏの粉末と、窒化アルミニウム粉末と、アクリル系バインダと、テルピネオール等の有機溶剤とを混合したペーストである。なお、ペーストとして混合される窒化アルミニウム粉末の量は、ＷおよびＭｏの量に対して調整される。 On the green sheet on which the via conductors 14 are formed, a power receiving electrode 12 having an electrode pattern such as a heater or a distributor is formed (step S14). The power receiving electrode 12 is formed by printing a metallization layer and printing vias after providing through holes. The paste used for printing the metallization layer is, for example, a paste made by mixing powder of W or Mo, aluminum nitride powder, an acrylic binder, and an organic solvent such as terpineol. The amount of aluminum nitride powder mixed into the paste is adjusted according to the amount of W and Mo.

受電電極１２が形成された複数（例えば２０枚）のグリーンシートが積層されることにより、グリーンシート積層体（例えば厚さ８ｍｍ）が作製される（ステップＳ１５）。グリーンシート積層体は、複数のグリーンシートが圧着され、必要に応じて外周が切断されることにより作製される。グリーンシート積層体は、マシニングにより周囲が切削加工されて、円板状の成形体として作製される。 A green sheet laminate (e.g., 8 mm thick) is produced by stacking multiple (e.g., 20) green sheets on which the power-receiving electrodes 12 are formed (step S15). The green sheet laminate is produced by pressing multiple green sheets together and cutting the outer periphery as necessary. The green sheet laminate is cut around the periphery by machining to produce a disk-shaped molded body.

作製された成形体の積層体は、４５０℃～６００℃の範囲で脱脂された後、焼成される（ステップＳ１６）。これにより、受電電極１２を有するセラミックス部材１１が作製され、セラミックス部材１１の製造フローが終了する。 The laminate of the produced molded bodies is degreased at temperatures between 450°C and 600°C and then fired (step S16). This produces a ceramic member 11 having a power-receiving electrode 12, completing the manufacturing flow for the ceramic member 11.

図６は、応力緩和部１６の製造方法のフローチャートである。図６に示されるように、応力緩和部１６の製造フローでは、応力緩和部１６の元となる本体部１６１の棒材を準備する（ステップＳ２１）。準備される本体部１６１の棒材は、横断面が接合体１０に用いられる場合と同じ形状に加工された材料である。 Figure 6 is a flow chart of a method for manufacturing the stress relief portion 16. As shown in Figure 6, in the manufacturing flow of the stress relief portion 16, a bar material for the main body portion 161 that is the base of the stress relief portion 16 is prepared (step S21). The bar material for the main body portion 161 that is prepared is a material that has been processed to have the same cross-section shape as when it is used for the joint 10.

準備された本体部１６１の棒材の表面が、保護膜１６２を形成する酸化物で被覆される（ステップＳ２２）。酸化物で被覆された本体部１６１の棒材は、応力緩和部１６としての所定の厚さに切断されることにより（ステップＳ２３）、保護膜１６２で被覆された応力緩和部１６が作成される。例えば、図３に示される実施例１の応力緩和部１６は、本体部１６１としてのタングステン合金の棒材に金属のクロムが被覆された後に酸化熱処理が行われ、所定の厚さに切断されて製造される。また、実施例２の応力緩和部１６は、４２アロイの棒材に金属のチタンがＰＶＤ（physical vapor deposition）等で被覆された後に酸化熱処理が行われ、所定の厚さに切断されて製造される。また、実施例３の応力緩和部１６は、ＳＵＳ４３０の棒材に酸化ジルコニウムがＰＶＤやＣＶＤ（chemical vapor deposition）等で被覆されて、所定の厚さに切断されて製造される。なお、実施例４～８の応力緩和部１６は、実施例３と同様の製造方法で材質を変えて製造される。 The surface of the prepared rod of the main body 161 is coated with an oxide that forms a protective film 162 (step S22). The rod of the main body 161 coated with the oxide is cut to a predetermined thickness as the stress relief portion 16 (step S23), thereby creating the stress relief portion 16 coated with the protective film 162. For example, the stress relief portion 16 of Example 1 shown in FIG. 3 is manufactured by coating a tungsten alloy rod as the main body 161 with metal chromium, then performing an oxidation heat treatment, and cutting it to a predetermined thickness. The stress relief portion 16 of Example 2 is manufactured by coating a 42 alloy rod with metal titanium by PVD (physical vapor deposition) or the like, then performing an oxidation heat treatment, and cutting it to a predetermined thickness. The stress relief portion 16 of Example 3 is manufactured by coating a SUS430 rod with zirconium oxide by PVD or CVD (chemical vapor deposition), etc., and cutting it to a predetermined thickness. The stress relief parts 16 in Examples 4 to 8 are manufactured using the same manufacturing method as Example 3, but with different materials.

図４のステップＳ３０では、作製されたセラミックス部材１１の受電電極１２と応力緩和部１６との間に第１ろう材１７（例えばＭＢＦ－６７）を挟み、かつ、応力緩和部１６と第２給電ロッド１５との間に第２ろう材１８（例えばＢＡｕ－４）を挟んだ状態で、加熱されることによりろう付けによる接合が行われる（ステップＳ３０）。加熱条件としては、例えば、真空中において、１０分間（ｍｉｎ）～３０分間で９５０℃～１１５０℃で加熱する。 In step S30 in FIG. 4, a first brazing material 17 (e.g., MBF-67) is sandwiched between the power receiving electrode 12 and the stress relief portion 16 of the fabricated ceramic member 11, and a second brazing material 18 (e.g., BAu-4) is sandwiched between the stress relief portion 16 and the second power supply rod 15, and then heated to perform brazing (step S30). Heating conditions include, for example, heating in a vacuum at 950°C to 1150°C for 10 minutes (min) to 30 minutes.

なお、受電電極１２と応力緩和部１６との間、および、応力緩和部１６と第２給電ロッド１５との間に、ろう材を挟む代わりに、ろう材ペーストを塗布してもよい。また、第１ろう材１７および第２ろう材１８は、同じ加熱条件でろう付けされなくてもよく、例えば、第１ろう材１７がろう付けされた後に、異なる加熱条件で第２ろう材１８がろう付けされてもよい。 In addition, instead of sandwiching a brazing material between the power receiving electrode 12 and the stress relief portion 16, and between the stress relief portion 16 and the second power supply rod 15, a brazing material paste may be applied. In addition, the first brazing material 17 and the second brazing material 18 do not have to be brazed under the same heating conditions. For example, after the first brazing material 17 is brazed, the second brazing material 18 may be brazed under different heating conditions.

以上説明したように、本実施形態の接合体１０は、セラミックス部材１１と第２給電ロッド１５との間に配置された応力緩和部１６を備えている。応力緩和部１６は、本体部１６１と、本体部１６１の側面１６１Ｓを被覆する保護膜１６Ｃと、を備えている。本体部１６１は、電極対向面１６１Ｆ１において第１ろう材１７を介して受電電極１２に接合され、ロッド対向面１６１Ｆ２において第２ろう材１８を介して第２給電ロッド１５に接合されている。受電電極１２と第２給電ロッド１５との間に応力緩和部１６が装填されることにより、低熱膨張の受電電極１２と高熱膨張の第２給電ロッド１５との材質の違いに起因する熱膨張率の差によって生じる熱応力を減衰させることができる。本体部１６１の側面１６１Ｓは、酸化物保護膜である保護膜１６２により被覆されている。保護膜１６２は、本体部１６１の酸化を抑制できる。さらに、第１ろう材１７および第２ろう材１８が応力緩和部１６の側面にはい上がることが抑制される。この結果、各ろう材１７，１８のはい上がりによるろう材の減少によって生じる接合部の接合強度の低下を抑制できる。また、保護膜１６２は、受電電極１２と本体部１６１との接合部、および、本体部１６１と第２給電ロッド１５との接合部には形成されていない。これにより、本体部１６１とろう材との接合強度を確保できる。すなわち、本実施形態の接合体１０によれば、本体部１６１の酸化を抑制した上で、応力緩和部１６と受電電極１２との接合部、および、応力緩和部１６と第２給電ロッド１５との接合部の接合強度を向上させることができる。 As described above, the joint 10 of this embodiment includes a stress relaxation portion 16 disposed between the ceramic member 11 and the second power supply rod 15. The stress relaxation portion 16 includes a main body portion 161 and a protective film 16C that covers the side surface 161S of the main body portion 161. The main body portion 161 is joined to the power receiving electrode 12 via the first brazing material 17 at the electrode facing surface 161F1, and is joined to the second power supply rod 15 via the second brazing material 18 at the rod facing surface 161F2. By loading the stress relaxation portion 16 between the power receiving electrode 12 and the second power supply rod 15, it is possible to attenuate thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient due to the difference in material between the power receiving electrode 12 with low thermal expansion and the second power supply rod 15 with high thermal expansion. The side surface 161S of the main body portion 161 is covered with a protective film 162, which is an oxide protective film. The protective film 162 can suppress oxidation of the main body portion 161. Furthermore, the first brazing material 17 and the second brazing material 18 are prevented from creeping up the side of the stress relief portion 16. As a result, the decrease in the joint strength of the joint caused by the decrease in the brazing material due to the creeping up of the brazing materials 17 and 18 can be prevented. In addition, the protective film 162 is not formed at the joint between the power receiving electrode 12 and the main body 161 and at the joint between the main body 161 and the second power supply rod 15. This ensures the joint strength between the main body 161 and the brazing material. That is, according to the joint 10 of this embodiment, the oxidation of the main body 161 is suppressed, and the joint strength of the joint between the stress relief portion 16 and the power receiving electrode 12 and the joint between the stress relief portion 16 and the second power supply rod 15 can be improved.

また、本実施形態の応力緩和部１６が有する保護膜１６２は、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ａｌ，Ｖ，Ｔａの酸化物を１種類以上含んでいる。そのため、図３に示される実施例１～８と比較例１～３の比較のように、接合体１０の高温耐久性が向上する。 In addition, the protective film 162 of the stress relaxation portion 16 of this embodiment contains one or more oxides of Cr, Ti, Zr, Hf, Nb, Al, V, and Ta. Therefore, the high-temperature durability of the bonded body 10 is improved, as shown in the comparison between Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3 in Figure 3.

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。 <Modifications of this embodiment>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be embodied in various forms without departing from the spirit and scope of the invention. For example, the following modifications are also possible.

上記実施形態では接合体１０の一例について説明したが、接合体１０は、セラミックス部材１１と第２給電ロッド１５との間に配置される応力緩和部１６を備え、本体部１６１の側面１６１Ｓが酸化物により形成された保護膜１６２で被覆されている範囲で変形可能である。例えば、セラミックス部材１１、第２給電ロッド１５、応力緩和部１６、第１ろう材１７、および第２ろう材１８の形状および材質については変形可能である。接合体１０の載置面１０Ｆには、ウェハーＷを保持しやすいような加工が施されていてもよい。図３に示される実施例１～８以外の本体部１６１の材質と保護膜１６２の材質との組み合わせであってもよく、本体部１６１がタングステン合金で形成され、保護膜１６２が酸化チタンで形成されていてもよい。 In the above embodiment, an example of the joint 10 has been described, but the joint 10 has a stress relief portion 16 disposed between the ceramic member 11 and the second power supply rod 15, and can be deformed to the extent that the side surface 161S of the main body 161 is covered with a protective film 162 formed of an oxide. For example, the shapes and materials of the ceramic member 11, the second power supply rod 15, the stress relief portion 16, the first brazing material 17, and the second brazing material 18 can be deformed. The mounting surface 10F of the joint 10 may be processed so as to make it easier to hold the wafer W. The material of the main body 161 and the material of the protective film 162 may be combined with those of Examples 1 to 8 shown in FIG. 3, and the main body 161 may be formed of a tungsten alloy and the protective film 162 may be formed of titanium oxide.

また、本体部１６１を被覆する保護膜１６２についても種々変形可能である。図７は、変形例の応力緩和部１６ａについての説明図である。図７には、上記実施形態の図２に示された部分に対応する変形例の接合体１０ａの拡大断面の概略図が示されている。変形例の接合体１０ａでは、上記実施形態の接合体１０と比較して、保護膜１６２ａが応力緩和部１６を被覆する部分が異なり、その結果、第１ろう材１７ａおよび第２ろう材１８ａが接合する接合部分が異なっている。なお、変形例では、上記実施形態と異なる形状等について説明し、同じ形状や材質等についての説明は省略する。 The protective film 162 covering the main body 161 can also be modified in various ways. Figure 7 is an explanatory diagram of the stress relief portion 16a of a modified example. Figure 7 shows a schematic diagram of an enlarged cross section of the modified joint 10a corresponding to the portion shown in Figure 2 of the above embodiment. In the modified joint 10a, the portion where the protective film 162a covers the stress relief portion 16 is different from the joint 10 of the above embodiment, and as a result, the joint portion where the first brazing material 17a and the second brazing material 18a are joined is different. Note that in the modified example, the shape and the like that are different from the above embodiment are described, and a description of the same shape, material, and the like is omitted.

図７に示されるように、変形例の保護膜１６２ａは、本体部１６１ａの側面１６１Ｓに加え、電極対向面１６１Ｆ１の外周側の一部と、ロッド対向面１６１Ｆ２の外周側の一部とを被覆している。このように、変形例の保護膜１６２ａは、本体部１６１ａの側面１６１Ｓのみに形成されていなくてもよく、側面１６１Ｓ以外の面に形成されていてもよい。保護膜１６２ａは、本体部１６１ａの表面の内、第１ろう材１７ａが接合されていない表面と、第２ろう材１８ａとが接合されていない表面とを被覆することが好ましい。 As shown in FIG. 7, the protective film 162a of the modified example covers the side surface 161S of the main body 161a, as well as a part of the outer circumferential side of the electrode opposing surface 161F1 and a part of the outer circumferential side of the rod opposing surface 161F2. In this way, the protective film 162a of the modified example does not have to be formed only on the side surface 161S of the main body 161a, and may be formed on surfaces other than the side surface 161S. It is preferable that the protective film 162a covers the surface of the main body 161a to which the first brazing material 17a is not joined and the surface to which the second brazing material 18a is not joined.

応力緩和部１６および第２給電ロッド１５の横断面は、円形状である必要はなく、矩形状であってもよいし、一方が矩形状で、他方が円形状であってもよい。また、保護膜が被覆する本体部の側面とは、第１ろう材１７により接合される面と、第２ろう材１８により接合される面とを接続する面をいい、上記実施形態の円周面の側面１６１Ｓと異なる形状の面であってもよい。例えば、本体部１６１は、多面体形状を有し、一の面で受電電極１２にろう材により接合され、かつ、他の一の面で第２給電ロッド１５にろう材により接合されている場合に、ろう材により接合されていない本体部１６１の他の全ての面を側面とみなしてもよい。保護膜１６２は、本体部の側面の全面を必ずしも被覆していなくてもよい。例えば、上記実施形態の応力緩和部１６の製造フローの切断時に（図６のステップＳ３３）、側面１６１Ｓに被覆されていた保護膜１６２の一部が削られた結果、削られた部分以外の側面を被覆していてもよい。保護膜１６２は、本体部１６１の側面１６１Ｓの９０％以上を被覆することが好ましく、側面１６１Ｓの９５％以上を被覆することがより好ましい。 The cross sections of the stress relaxation section 16 and the second power supply rod 15 do not have to be circular, but may be rectangular, or one may be rectangular and the other circular. The side of the main body covered by the protective film refers to a surface that connects the surface joined by the first brazing material 17 and the surface joined by the second brazing material 18, and may be a surface of a different shape from the side surface 161S of the circumferential surface in the above embodiment. For example, when the main body 161 has a polyhedral shape and is joined to the power receiving electrode 12 by brazing material on one surface and joined to the second power supply rod 15 by brazing material on the other surface, all other surfaces of the main body 161 that are not joined by brazing material may be considered as side surfaces. The protective film 162 does not necessarily cover the entire surface of the side of the main body. For example, when cutting in the manufacturing flow of the stress relaxation portion 16 of the above embodiment (step S33 in FIG. 6), a part of the protective film 162 that covered the side surface 161S may be scraped off, and the protective film 162 may cover the side surface other than the scraped part. It is preferable for the protective film 162 to cover 90% or more of the side surface 161S of the main body portion 161, and it is more preferable for the protective film 162 to cover 95% or more of the side surface 161S.

接合体１０を備える基板保持部材１００は、接合体１０を備える範囲で種々変形可能である。例えば、基板保持部材１００は、シャフト２０を備えていなくてもよい。 The substrate holding member 100 including the joint body 10 can be modified in various ways as long as it includes the joint body 10. For example, the substrate holding member 100 does not need to include the shaft 20.

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。 Although this aspect has been described above based on the embodiment and modified examples, the embodiment of the above-mentioned aspect is intended to facilitate understanding of this aspect and does not limit this aspect. This aspect may be modified or improved without departing from the spirit and scope of the claims, and equivalents are included in this aspect. Furthermore, if a technical feature is not described as essential in this specification, it may be deleted as appropriate.

１０，１０ａ…接合体
１０Ｆ…載置面
１１…セラミックス部材
１１Ｍ…凹部
１２…受電電極
１３…抵抗発熱体
１４…ビア導体
１５…第２給電ロッド（金属端子）
１６，１６ａ…応力緩和部
１６１…本体部
１６１Ｆ１…電極対向面（第１面）
１６１Ｆ２…ロッド対向面（第２面）
１６１Ｓ…本体部の側面
１６２，１６２ａ…保護膜（酸化物保護膜）
１７，１７ａ…第１ろう材
１８，１８ａ…第２ろう材
２０…シャフト
１００…基板保持部材
ＯＬ…中心軸
Ｗ…半導体ウェハー REFERENCE SIGNS LIST 10, 10a... Bonded body 10F... Mounting surface 11... Ceramic member 11M... Recess 12... Power receiving electrode 13... Resistance heating element 14... Via conductor 15... Second power supply rod (metal terminal)
16, 16a... Stress relaxation portion 161... Main body portion 161F1... Electrode facing surface (first surface)
161F2...Rod facing surface (second surface)
161S: Side surface of main body 162, 162a: Protective film (oxide protective film)
17, 17a: First brazing material; 18, 18a: Second brazing material; 20: Shaft; 100: Substrate holding member; OL: Central axis; W: Semiconductor wafer

Claims

A conjugate comprising:
a ceramic member having a power receiving electrode;
A metal terminal having electrical conductivity;
a stress relaxation portion disposed between the ceramic member and the metal terminal;
Equipped with
The stress relaxation portion is
a main body portion that is joined to the power receiving electrode via a brazing material at a first surface and is joined to the metal terminal via a brazing material at a second surface not connected to the first surface, the main body portion being made of a tungsten-based sintered alloy containing W (tungsten) as a main component and at least one of Ni (nickel), Fe (iron), and Cu (copper) as a binder phase;
an oxide protective film covering a side surface of the main body portion connecting the first surface and the second surface;
having
The thickness of the oxide protective film is 100 nm or more and 1000 nm or less.
A conjugate comprising:

The joint body according to claim 1 ,
1. A joint body, wherein the oxide protective film contains one or more oxides of Cr, Ti, Zr, Hf, Nb, Al, V, and Ta.