CN106068251B - 接合体的制造方法 - Google Patents

Abstract

在工序(a)中，将保护环(60)按照由陶瓷基体(12)(第2部件)的接合面(13)堵住贯通孔(61)的一侧开口方式配置于陶瓷基体(12)上。在工序(b)中，将包含金属的钎料(56)、包含热膨胀系数比钎料(56)小的材料的粉末(54)、供电端子(40)插入于贯通孔(61)的内部，使得陶瓷基体(12)的接合面(13)与供电端子(40)的接合面(43)对置且钎料(56)和粉末(54)位于陶瓷基体(12)与供电端子(40)之间。在工序(c)中，使钎料(56)熔融，使钎料(56)含浸于粉末(54)之间而形成包含钎料(56)和粉末(54)的接合层，介由接合层将接合面(13)与接合面(43)进行接合。

Description

接合体的制造方法

技术领域

本发明涉及接合体的制造方法。

背景技术

以往，已知有介由接合层将包含陶瓷的部件与包含金属的的部件进行接合的接合体的制造方法。例如，在专利文献1中记载了具有凹部的陶瓷部件与具有凸部的金属部件的接合方法。在专利文献1的接合方法中，首先，在陶瓷部件的凹部铺满微粒状的物质，在其上配置钎料，进一步在其上插入金属部件的凸部。而后，使钎料熔融并含浸于微粒状的物质，形成包含钎料与微粒状的物质的接合层，利用该接合层将陶瓷部件与金属部件进行接合。关于这样的接合方法，例如，在静电卡盘等半导体用基座中，在将埋设有电极的陶瓷制的基材与用于对电极进行通电的金属制的供电端子进行接合时使用。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3792440号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，专利文献1中记载的接合方法是利用陶瓷部件的凹部进行接合的方法，在例如将金属部件接合于陶瓷部件中没有凹部的平坦部分时是不适合的。具体而言，假如使用专利文献1中记载的接合方法，则即使在平板状的陶瓷部件上配置微粒状的物质，微粒状的物质也在陶瓷部件的表面上扩散，导致无法进行恰当的接合。

本发明为了解决这样的课题而完成，其主要目的在于，无论包含陶瓷的第1部件是否具有自接合面起的立设壁部，都能够制造将第1部件与包含金属的的第2部件接合而得到的接合体。

用于解决问题的方法

本发明的接合体的制造方法是介由接合层将包含陶瓷的第1部件的接合面与包含金属的的第2部件的接合面进行接合的接合体的制造方法，其包含如下工序：

(a)将具有能够将前述第2部件插入的贯通孔的插入夹具，按照由前述第1部件的前述接合面堵住该贯通孔的一侧开口的方式配置于该第1部件上的工序，

(b)将包含热膨胀系数比前述第1部件大的金属的钎料、包含热膨胀系数比该钎料小的材料的粉末、前述第2部件配置于前述贯通孔的内部的工序，

(c)使前述钎料熔融，使该钎料含浸于前述粉末之间而形成包含该钎料和该粉末的接合层，介由该接合层将前述第1部件的接合面与前述第2部件的接合面进行接合的工序。

在本发明的接合体的制造方法中，当将包含陶瓷的第1部件与包含金属的的第2部件进行接合时，在第1部件上配置具有贯通孔的插入夹具。此时，通过按照由第1部件的接合面堵住贯通孔的一侧开口的方式将插入夹具配置于第1部件上，从而形成以第1部件的接合面为底面且以插入夹具的贯通孔的内周面为侧面的凹部。因此，即使在第1部件不具有自接合面起的立设壁部(第1部件不具有以接合面为底面的凹部)的情况下，也能够向由第1部件和插入夹具形成的凹部中插入钎料、粉末及第2部件。其结果是，能够在凹部的内部形成包含钎料和粉末的接合层，从而将第1部件与第2部件进行接合。这样，无论第1部件是否具有自接合面起的立设壁部，都能够制造将第1部件与第2部件接合而得到的接合体。另外，由于使用热膨胀系数比第1部件大的钎料与包含热膨胀系数比钎料小的材料的粉末来形成接合层，因而与例如仅由钎料形成接合层时相比，能够更加抑制当接合体发生温度变化时在第1部件的裂纹的产生。予以说明的是，插入夹具在工序(c)之后卸下即可。予以说明的是，在前述工序(b)中，优选按照使前述第2部件的接合面与前述第1部件的接合面对置的方式配置第2部件。另外，在前述工序(b)中，优选按照前述钎料能够在前述工序(c)中含浸于前述粉末的方式配置该钎料和该粉末。例如，也可以按照前述钎料与前述粉末接触的方式配置该钎料和该粉末。

在本发明的接合体的制造方法中，在前述工序(b)中，前述贯通孔的内径与前述第2部件的侧面的外径之差即余隙(clearance)可设为1mm以下，其中，所述侧面为所述第2部件中与贯通孔的内周面对置的面。如果这样做，则能够更加抑制因余隙大而导致配置于贯通孔内部的粉末过度地扩散到与第2部件的侧面相比的外侧。

在本发明的接合体的制造方法中，前述插入夹具可以是包含碳的插入夹具。由于碳对钎料(金属)的润湿性比较低，因而通过这样设定，从而在形成接合层之后容易卸下插入夹具。

在本发明的接合体的制造方法中，前述粉末可以设为包含与前述第1部件相同的陶瓷材料的粉末。如果这样的话，则第1部件与粉末的热膨胀系数变得大致相同，因而能够更加抑制当接合体发生温度变化时在第1部件的裂纹的产生。

本发明的接合体的制造方法，在前述工序(b)中，前述第1部件的接合面、前述第2部件的接合面以及前述粉末中的1个以上可以由与相对应的前述第1部件的接合面自身、前述第2部件的接合面自身以及前述粉末自身相比对前述钎料的润湿性高的材料被覆。通过由对钎料的润湿性高的材料被覆，从而经被覆的物质变得容易被钎料润湿，因而能够提高接合体的接合强度。在此情况下，优选将前述第1部件的接合面、前述第2部件的接合面以及前述粉末中的2个以上进行被覆，更优选对它们都进行被覆。

在本发明的接合体的制造方法中，前述第1部件可以不具有自前述接合面起的立设壁部。换言之，第1部件可以不具有以接合面为底面的凹部。对于本发明的接合体的制造方法而言，即使是不具有自接合面起的立设壁部的第1部件，也可以与第2部件进行接合，因而适用本发明的意义大。

在本发明的接合体的制造方法中，前述第2部件可以具有在前述接合面和除前述接合面以外的面开口的排气孔。如果这样的话，则在工序(c)中，存在于粉末的颗粒之间的气体(例如空气等)能够通过该排气孔向外部流出，因而钎料变得容易含浸于粉末的颗粒之间。在此情况下，前述排气孔也可以在前述第2部件中的前述接合面以及与前述贯通孔的内周面对置的侧面开口。如果这样的话，则在工序(c)中，当存在不含浸于粉末中而沿着第2部件的侧面上升这样的钎料时，能够使钎料通过该排气孔而返回至第2部件的接合面侧。由此，能够使钎料充分地含浸于粉末中。

附图说明

图1为将静电卡盘10沿着中心轴切断时的截面图。

图2为陶瓷基体12与供电端子40的接合部分的放大截面图。

图3为静电卡盘10的制造工序的说明图。

图4为陶瓷基体12与供电端子40的接合工序的说明图。

图5为陶瓷基体12与供电端子40的接合工序的说明图。

图6为陶瓷基体12与供电端子40的接合工序的说明图。

图7为陶瓷基体12与供电端子40的接合工序的说明图。

图8为陶瓷基体12与供电端子40的接合工序的说明图。

图9为陶瓷基体12与供电端子40的接合工序的说明图。

图10为陶瓷基体12与供电端子40的接合工序的说明图。

图11为图10的A-A截面图。

图12为图10的B-B截面图。

图13为陶瓷基体12与供电端子40的接合工序的说明图。

图14为陶瓷基体12与变形例的供电端子140的接合部分的放大截面图。

图15为图14的C-C截面图。

图16为陶瓷基体12与变形例的供电端子240的接合部分的放大截面图。

图17为陶瓷基体12与变形例的供电端子240的接合部分的放大截面图。

图18为粉末54与钎料56的配置的其他例子的放大截面图。

图19为接合层50所具有的接合层50a、50b的说明图。

具体实施方式

接着，使用附图来说明本发明的实施方式。图1是将作为本发明接合体的一个实施方式的静电卡盘10沿着中心轴切断时的截面图。图2是图1的陶瓷基体12与供电端子40的接合部分的放大截面图。予以说明的是，图2以与图1上下相反的方式显示。

本实施方式的静电卡盘10中，在形成有能够载置晶片W的晶片载置面12a的陶瓷基体12中，按照与晶片载置面12a平行的方式埋设有静电电极14以及加热器电极15。

陶瓷基体12是例如以氧化铝、氮化铝等陶瓷材料为主要成分的圆盘状的部件。陶瓷基体12的厚度虽然并非特别限定于此，但例如为1mm～30mm。特别是对于无法设置沉孔那样的薄的结构而言，本发明是有效的。

静电电极14是直径比陶瓷基体12小的圆盘状薄层电极。静电电极14可以是平板，也可以是将细的金属线编织成网状并制成片状而得到的网状物。在该静电电极14的中心连接有导电性的片体(tablet)16。该片体16露出于沉孔18的底面，所述沉孔18按照从陶瓷基体12的背面12b到达片体16的方式钻设。另外，陶瓷基体12中静电电极14与晶片载置面12a之间的部分作为静电卡盘60的介电体层而发挥功能。在沉孔18中插入有供电端子20，该供电端子20与沉孔18的底面(图1中的上侧的面)接合从而与片体16导通。供电端子20是金属制的部件，作为材料，例如可列举Mo、Ti、可伐合金(Kovar)等。

加热器电极15按照如下方式形成：从陶瓷基体12的中心附近的一端出发，按照一笔画的方式在陶瓷基体12的整面遍布，然后到达中心附近的另一端。该加热器电极15中，在一端以及另一端分别连接有导电性的片体22。虽然并非特别限定于此，但片体22的直径例如为3mm以下。作为片体22的材料，例如可列举Mo、NbC、WC、Pt、Nb。片体22不同于片体16，不会露出于沉孔(凹部)的底面，而是直接露出于陶瓷基体12的背面12b。供电端子40与在陶瓷基体12的背面12b接合，使供电端子40与片体22导通。

对供电端子40进行详细说明。供电端子40是在中心形成有排气孔45的大致圆筒状的部件，其具备小直径部41以及直径比小直径部41大的大直径部42。虽然并非特别限定于此，但大直径部42的外径例如为3～12mm。排气孔45是在供电端子40的两端(图2中的上下端)开口的贯通孔，作为贯通大直径部42的第1孔45a、贯通小直径部41的第2孔45b以及第3孔45c相连通的孔而构成。关于第1孔45a，虽省略了图示，但在内周面切出有螺旋状的槽，使得介由供电端子40向加热器电极15供给电力的棒状电极的端部可以旋入。供电端子40中小直径部41侧的端面(图2中的下表面)成为接合面43。予以说明的是，本实施方式中，由于排气孔45贯通供电端子40，因而接合面43的形状是环状。该接合面43介由接合层50与陶瓷基体12的接合面13接合。供电端子40是金属制的部件，作为材料，例如可列举Mo、Ti、可伐合金等。接合层50是大致圆柱状的部件。关于接合层50，如后所述。接合面13是陶瓷基体12的背面12b的一部分，是与接合层50的下表面接触的大致圆形的区域。予以说明的是，片体22露出于背面12b中的接合面13内，通过介由接合层50将片体22与供电端子40进行接合，从而使片体22与供电端子40导通。

关于本实施方式的静电卡盘10的制造方法，使用图3在以下进行说明。首先，在陶瓷烧结体111a上形成薄膜114，在薄膜114的中心粘接片体16，进一步在其上形成陶瓷成形体(将陶瓷粉体进行成形而得到的陶瓷成形体)111b，从而制成第1中间体127(参照图3(a))。在此，薄膜114是包含静电电极14的原料的电极糊剂。

另一方面，在第1中间体127以外，另外形成陶瓷烧结体111c，在该陶瓷烧结体111c中与加热器电极15的一端和另一端对应的部位设置有底的孔。而后，使片体22沾上浆糊并将其嵌入各个有底的孔中，自其上利用丝网印刷或刮刀制作图案115，制成第2中间体128(参照图3(b))。予以说明的是，图案115是成为加热器电极15的图案，例如使用与静电电极14相同的原料来制作。

接着，在第1中间体127的陶瓷成形体111b上配置第2中间体128，以使图案115与陶瓷成形体111b接触，进行单轴加压成形而一体化，制成层叠体129(参照图3(c))。其后，通过热压烧成而将层叠体129制成内置电极的烧结体130(参照图3(d))。由此，陶瓷烧结体111a、陶瓷成形体111b及陶瓷烧结体111c成为一个烧结体(陶瓷基体12)，薄膜114成为静电电极14，图案115成为加热器电极15。

接着，对内置电极的烧结体130的背面侧(图3(d)的下表面侧)进行磨削加工，使片体22的表面露出于背面12b(参照图3(e))。予以说明的是，优选通过对内置电极的烧结体130的表面侧(图3(d)的上表面侧)也实施磨削加工，从而使晶片载置面12a的表面粗糙度Ra成为0.01～3μm，使平坦度设为0～10μm，使从静电电极14的上表面到晶片载置面12a的距离成为0.2～1mm。

而后，在内置电极的烧结体130的背面12b的中心设置沉孔18从而使片体16露出(参照图3(f))。而后，在沉孔18中插入供电端子20，将供电端子20与沉孔18的底面接合，从而使片体16与供电端子20导通。另外，将供电端子40与陶瓷基体12的背面12b接合，从而使片体22与供电端子40导通。由此，完成静电卡盘10(参照图3(g))。

在此，对于将陶瓷基体12与供电端子40进行接合来制造作为接合体的静电卡盘10的方法进行详细说明。图4～图13是陶瓷基体12与供电端子40的接合工序的说明图。

首先，作为工序(a)，将作为陶瓷基体12的背面12b的一部分的预定范围设为接合面13(参照图4)，用基体被覆层52将该接合面13被覆(参照图5)。予以说明的是，接合面13按照在接合面13内的中央露出片体22的方式决定。基体被覆层52对后述的钎料56的润湿性比陶瓷基体12对钎料56的润湿性高。作为这样的基体被覆层52的材料，例如可列举Ni、Au。基体被覆层52的厚度虽然没有特别限定，但例如为1～6μm。关于该基体被覆层52，在将背面12b中除了接合面13以外的部分掩蔽的状态下，通过例如化学镀、溅射来形成。

接着，将具有能够将供电端子40插入的贯通孔61的保护环60，按照由陶瓷基体12的接合面13堵住贯通孔61的一侧开口的方式配置于陶瓷基体12上(参照图6、图7)。保护环60是圆筒状的部件，贯通孔61是沿着图6的上下方向贯通保护环60的孔。保护环60在将陶瓷基体12与供电端子40接合之后卸下，优选包含对后述钎料56的润湿性低的材料。本实施方式中，将保护环60设为碳制。保护环60中的轴向长度(图6的上下方向长度)例如为3mm～30mm。予以说明的是，如图7所示，基体被覆层52优选形成为可容纳于保护环60的开口内的大小。

如以上那样进行工序(a)之后，接着，进行工序(b)。在工序(b)中，首先，向保护环60的贯通孔61内加入粉末54，并在接合面13上(基体被覆层52上)铺满(图8)。该粉末54包含热膨胀系数比后述钎料56小的材料。粉末54包含例如氧化铝、氮化铝等陶瓷。粉末54的平均粒径例如为10μm～500μm，优选为20μm～100μm。该粉末54优选设为包含与陶瓷基体12相同的陶瓷材料的粉末。另外，粉末54的至少一部分颗粒由颗粒被覆层55被覆(参照图8的放大部分)。颗粒被覆层55对钎料56的润湿性比粉末54的颗粒对钎料56的润湿性高。作为这样的颗粒被覆层55的材料，例如可列举Ni、Au。颗粒被覆层55的厚度虽然并非特别限定于此，但例如为1～3μm。颗粒被覆层55例如可通过化学镀来形成。配置在贯通孔61内的粉末54的颗粒的被覆率优选设为40～60％。予以说明的是，粉末54的被覆率是指在粉末54的颗粒中被颗粒被覆层55被覆的颗粒的比例。例如，粉末54的被覆率为40％，是指预先对粉末54的颗粒中的40％形成颗粒被覆层55而对剩余的60％不形成颗粒被覆层55，并将两者进行了混合的状态。通过将该被覆率设为上述范围的下限值以上，从而使粉末54变得容易被钎料56润湿，能够更加提高接合后的接合层50的导电性。另外，通过将被覆率设为上限值以下，从而能够更加抑制当接合后的静电卡盘10发生温度变化时因接合层50与陶瓷基体12之间的热膨胀系数之差而导致的在陶瓷基体12的裂纹的产生。

接着，准备钎料56和供电端子40(参照图9)。钎料56例如包含以铝、Au等为主要成分且热膨胀系数比陶瓷基体12大的金属。本实施方式中钎料56的形状设为大致圆柱状。供电端子40是如上所述的形状。予以说明的是，钎料56成形为能够从供电端子40的接合面43侧的开口插入至第3孔45c内的大小。另外，对于供电端子40，预先用端子被覆层58将接合面43侧的端部(图9的下端部)进行被覆。端子被覆层58具有底部被覆层58a和侧部被覆层58b。底部被覆层58a将供电端子40的小直径部41的底面即接合面43被覆。侧部被覆层58b将供电端子40的侧面(在插入保护环60后与贯通孔61的内周面对置的面)被覆。底部被覆层58a与侧部被覆层58b在供电端子40的接合面43与侧面之间的角部连续，两者形成为一体。端子被覆层58对钎料56的润湿性比供电端子40对钎料56的润湿性高。作为这样的端子被覆层58的材料，例如可列举Ni、Au。端子被覆层58的厚度虽然并非特别限定于此，但例如为1～6μm。对于该端子被覆层58，例如在将供电端子40的侧面中不形成侧部被覆层58b的部分、第3孔45c的内周面等掩蔽的状态下，通过化学镀、溅射来形成。

接着，将该钎料56和供电端子40依序插入至保护环60的贯通孔61内(参照图9)。此时，钎料56被插入至供电端子40的第3孔45c内。当这样向贯通孔61插入完毕时，则陶瓷基体12的接合面13与供电端子40的接合面43成为对置的状态(参照图10)。图11是图10的A-A截面图，图12是图10的B-B截面图。在图10的状态下，粉末54与钎料56接触。另外，粉末54与钎料56以及端子被覆层58(底部被覆层58a)接触。进一步，在被插入的供电端子40的侧面与贯通孔61的内周面之间形成有间隙。更具体而言，在小直径部41的侧面与贯通孔61的内周面之间形成有间隙62，在大直径部42的侧面与贯通孔61的内周面之间形成有比间隙62小的间隙63。余隙优选为1mm以下，所述余隙为贯通孔61的内径与供电端子40中与贯通孔61的内周面对置的面即侧面的外径之差。即，本实施方式中，在图10的状态下，供电端子40中的小直径部41、大直径部42的侧面(外周面)与贯通孔61的内周面对置，因而贯通孔61的内径与小直径部41、大直径部42的外径之差均优选为1mm以下。余隙例如也可以设为0.01mm以上，还可以设为0.1mm以上，只要有正好能够将供电端子40插入至贯通孔61的间隙，下限值就不特别限于它们。予以说明的是，供电端子40的侧面的一部分也可以与贯通孔61的内周面接触。但，关于上述余隙，为了避免因后述工序(c)中的热膨胀而导致保护环60与供电端子40的至少一方发生破损，还要考虑保护环60与供电端子40的热膨胀系数之差来决定。

如上所示进行了工序(b)之后，接着，进行工序(c)。在工序(c)中，使钎料56熔融，并使钎料56含浸于粉末54之间。由此，形成包含钎料56和粉末54的接合层50，介由接合层50将陶瓷基体12的接合面13与供电端子40的接合面43接合(参照图13)。另外，通过接合层50内的钎料56的成分，使供电端子40(接合面43)与片体22导通。予以说明的是，如图13所示，对于基体被覆层52、颗粒被覆层55、端子被覆层58也可以进行熔融，使其含浸于粉末54之间而形成接合层50的一部分。使钎料56熔融的温度例如为比钎料56的熔点高10℃～150℃的温度，优选为高100℃～150℃的温度。另外，该温度的保持时间例如为5分钟～90分钟，优选为10分钟～30分钟。关于接合时的气氛，例如优选设为1×10^-4Torr以下的真空度高的气氛，更优选设为2×10^-5Torr以下。也可以在将供电端子40、保护环60朝向陶瓷基体12按压的状态下进行接合。

予以说明的是，当供电端子40具备侧部被覆层58b时，钎料56润湿该侧部被覆层58b的表面。因此，在接合后的状态下，有时钎料56的一部分沿着贯通孔61与供电端子40的侧面之间上升，直至存在侧部被覆层58b的区域(参照图13的虚线部)的上端附近。即，有时钎料56的一部分不含浸于粉末54而润湿供电端子40的侧面。通过使钎料56如此润湿供电端子40的侧面，能够调节钎料56含浸于粉末54的量(比例)。予以说明的是，关于钎料56沿着供电端子40的侧面上升的量(不含浸于粉末54的钎料56的量)，可以通过侧部被覆层58b被覆供电端子40的面积、间隙62的大小、贯通孔61的内径与小直径部41的外径之差等来进行调节。

如上所示进行工序(c)而形成接合层50后，卸下保护环60，从而可制造图2所示的将供电端子40接合在陶瓷基体12上得到的接合体(静电卡盘10)。予以说明的是，供电端子40存在2根，均通过进行上述的工序(a)～工序(c)来进行接合。另外，关于供电端子20与沉孔18的底面的接合(参照图1)，不使用保护环60而替代地使用沉孔18，与上述的工序(a)～工序(c)同样地进行即可。或者，也可以在沉孔18内插入保护环60，与上述的工序(a)～工序(c)同样地操作，从而将供电端子20与沉孔18的底面进行接合。

以下简单说明本实施方式的静电卡盘10的使用例。在该静电卡盘10的晶片载置面12a上载置晶片W，介由静电电极14的供电端子20对静电电极14施加直流高电压而产生静电性的力，由此将晶片W吸附于晶片载置面12a。另外，将加热器电源连接于加热器电极15的2个供电端子40、40，通过控制所供给的电力，从而将晶片W调节成所希望的温度。在该状态下，对晶片W实施等离子体CVD成膜或者实施等离子体蚀刻。具体而言，在未图示的真空腔内介由供电端子20对静电电极14施加高频电压，在由设置于真空腔内上方的未图示的对置水平电极和埋设于静电卡盘10的静电电极14构成的平行平板电极之间产生等离子体，利用该等离子体对晶片W实施CVD成膜或者实施蚀刻。

在此，明确本实施方式的构成要素与本发明的构成要素的对应关系。本实施方式的陶瓷基体12相当于本发明的第1部件，供电端子40相当于第2部件，保护环60相当于插入夹具，钎料56相当于钎料，粉末54相当于粉末，接合层50相当于接合层。

根据以上说明的本实施方式的静电卡盘10的制造方法，在工序(a)中，当将包含陶瓷的陶瓷基体12与包含金属的的供电端子40进行接合时，在陶瓷基体12上配置具有贯通孔61的保护环60。此时，按照由陶瓷基体12的接合面13堵住贯通孔61的一侧开口的方式将保护环60配置于陶瓷基体12上，从而形成以陶瓷基体12的接合面13为底面且以保护环60的贯通孔61的内周面为侧面的凹部。因此，即使在陶瓷基体12不具有自接合面13起的立设壁部(陶瓷基体12不具有以接合面13为底面的凹部)的情况下，也能够将钎料56、粉末54及供电端子40插入至由陶瓷基体12和保护环60形成的凹部。其结果是，能够在凹部的内部形成包含钎料56和粉末54的接合层50，从而将陶瓷基体12与供电端子40进行接合。另外，由于使用钎料56和包含热膨胀系数比钎料56小的材料的粉末54来形成接合层50，因而与例如仅由钎料56形成接合层50时相比，能够更加抑制当静电卡盘10发生温度变化时在陶瓷基体12的裂纹的产生。

另外，在工序(b)中，余隙为1mm以下，所述余隙为贯通孔61的内径与供电端子40中与贯通孔61的内周面对置的面即侧面的外径之差。因此，能够更加抑制配置于贯通孔61内部的粉末54过度地扩散到与供电端子40的侧面相比的外侧。

进一步，保护环60包含碳，对钎料56(金属)的润湿性比较低，因而在形成接合层50之后容易卸下保护环60。

而且，通过将粉末54设为包含与陶瓷基体12相同的陶瓷材料的粉末，从而陶瓷基体12与粉末54的热膨胀系数变得大致相同，因而能够更加抑制当静电卡盘10发生温度变化时在陶瓷基体12的裂纹的产生。

另外，陶瓷基体12的接合面13、供电端子40的接合面43、粉末54都分别被包含与相应的它们自身相比对钎料56的润湿性高的材料的基体被覆层52、端子被覆层58、颗粒被覆层55所被覆。因此，经被覆的接合面13、接合面43、粉末54容易被钎料56润湿，能够提高静电卡盘10的接合强度。

此外，陶瓷基体12由于不具有自接合面13起的立设壁部，因此适用本发明的意义大。在此，若例如使得片体22露出于形成在背面12b的沉孔(凹部)的底面，则陶瓷基体12的厚度将额外需要沉孔的高度部分，从而难以将陶瓷基体12变薄。在静电卡盘10等半导体基座中，要求比较薄的基体，例如将陶瓷基体12的厚度制成1mm等。在这样的情况下，通过适用本发明，从而即使不将接合面13设为沉孔的底面，也能够将陶瓷基体12与供电端子40进行接合，因而容易将陶瓷基体12变薄。

此外，供电端子40具有在接合面43和除接合面43以外的面(与接合面43相反的一侧的面即供电端子40的上表面)开口的排气孔45。由此，在工序(c)中，存在于粉末的颗粒之间的气体(例如空气等)能够通过该排气孔45向外部流出，使得钎料56容易含浸于粉末54的颗粒之间。

予以说明的是，不言而喻，本发明不受上述实施方式的任何限定，只要属于本发明的技术范围内就可以以各种形态实施。

例如，上述的实施方式中，形成了基体被覆层52、颗粒被覆层55、端子被覆层58，但也可以将它们中的1个以上省略。如果接合面13、接合面43、粉末54中的1个以上对钎料56的润湿性充分高，则即使省略所对应的被覆层，也可以使由接合层50所带来的陶瓷基体12与供电端子40的接合力变得充分。另外，也可以仅形成端子被覆层58中的底部被覆层58a，而省略侧部被覆层58b。即使没有侧部被覆层58b，也可以通过例如调节钎料56的量来调节钎料56向粉末54中含浸的量。

上述实施方式中，将排气孔45设为在供电端子40中的接合面43以及与接合面43相反的一侧的面开口的孔，但不限于此。例如，也可以在接合面43和供电端子40的侧面开口。图14是将陶瓷基体12与变形例的供电端子140的接合部分放大的截面图。图15是图14的C-C截面图。该供电端子140中，排气孔45具有与上述供电端子40相同的第1～第3孔45a～45c、以及第4孔45d。第4孔45d是与接合面43平行地贯通小直径部41的孔，在小直径部41的侧面以及第3孔45c的内周面开口。由此，排气孔45成为在接合面43、与接合面43相反的一侧的面、供电端子140的侧面开口的孔。通过排气孔45在接合面43和供电端子140的侧面开口，从而在工序(c)中，在存在不含浸于粉末54而沿着供电端子140的侧面上升的钎料56时，能够使钎料56通过该排气孔45(第4孔45d以及第3孔45c)返回到供电端子140的接合面43侧。由此，通过抑制钎料56过度地沿着供电端子140的侧面上升，从而能够使钎料56充分含浸于粉末54。予以说明的是，也可以不具备例如第2孔45b。在此情况下，第3孔45c以及第4孔45d成为排气孔。

上述实施方式中，设为存在贯通供电端子40的排气孔45的方式，但也可以设为不具备排气孔45的方式。例如，也可以设为供电端子40不具备第2孔45b而仅具备第1孔45a、第3孔45c的方式。在图14所示的变形例的供电端子140中也同样地，可以设为供电端子140不具备第2孔45b而仅具备第1孔45a、第3孔45c、第4孔45d的方式。

上述实施方式中，在工序(b)中，在钎料56被插入至供电端子40的第3孔45c内的状态下将其配置在贯通孔61内，但不限于此。例如，也可以在接合面13与接合面43之间配置钎料56和粉末54。图16为将陶瓷基体12与变形例的供电端子240的接合部分放大的截面图。如图16所示，供电端子240不同于供电端子40，是直径从上端到下端一直相同的圆柱状的部件。即，供电端子240相当于将供电端子40中的小直径部41与大直径部42设为相同直径而得到的供电端子。另外，供电端子240不同于供电端子40，不具有第2孔45b以及第3孔45c，第1孔45a成为有底的孔。供电端子240中，仅在作为下表面的接合面43形成有端子被覆层58(相当于上述实施方式中的底部被覆层58a)。将这样的供电端子240与接合面13接合时，在工序(b)中，如图16所示，在粉末54上载置板状(圆盘状等)的钎料56，进一步在其上配置供电端子240。其后，在工序(c)中使钎料56熔融，从而与上述实施方式同样地，形成包含粉末54和钎料56的接合层50，能够将陶瓷基体12与供电端子240进行接合(参照图17)。予以说明的是，在上述的实施方式中，在贯通孔61内铺满粉末54之后插入钎料56，但也可以如图18所示那样，先向贯通孔61内插入钎料56。予以说明的是，图18示出的是将图16中的粉末54和钎料56的插入顺序颠倒的情形。

上述实施方式中，供电端子20接合于陶瓷基体12中的沉孔18的底面，但不限于此。例如，也可以不形成沉孔18而使片体16的表面露出于陶瓷基体12的背面12b。在此情况下，与上述实施方式的陶瓷基体12与供电端子40的接合同样地操作，介由接合层50将包含片体16的露出面的背面12b与供电端子20进行接合即可。

在上述的实施方式中说明了如下宗旨：在工序(b)中，通过使余隙为1mm以下，能够更加抑制配置于贯通孔61内部的粉末54过度地扩散到与供电端子40的侧面相比的外侧，其中，所述余隙为贯通孔61的内径与供电端子40中与贯通孔61的内周面对置的面即侧面的外径之差。除此之外，通过使余隙为1mm以下，还可以获得能够更加抑制当接合体发生温度变化时在陶瓷基体12的裂纹产生这样的效果。对于其理由进行说明。图19是接合层50所具有的接合层50a、50b的说明图，是详细地表示图13的接合层50的说明图。在上述实施方式的图13中没有图示，但在工序(c)中钎料56的一部分沿着贯通孔61与供电端子40的侧面之间上升的情况下，如图19所示，在接合层50中，存在状态不同的接合层50a与接合层50b。接合层50b是接合层50中主要指接合面13与接合面43之间的区域。接合层50a是接合层50中主要指沿着贯通孔61与供电端子40的侧面之间上升而形成的区域。接合层50a与接合层50b相比，有粉末54的比例小且钎料56的比例大的倾向。因此，接合层50a有与接合层50b相比热膨胀系数大的倾向。由此，若接合层50a在直径方向上的厚度过大，则有因接合层50a与陶瓷基体12的热膨胀差而导致当接合体发生温度变化时在陶瓷基体12中容易产生裂纹的倾向。通过使如上所述的余隙设为1mm以下，从而接合层50a在直径方向上的厚度变小，能够更加抑制这样的裂纹的产生。

实施例

[实施例1]

作为实施例1，与上述图4～图13中所说明的制造方法同样地操作，制作陶瓷基体12与供电端子40的接合体。具体而言，首先，将纯度99.5％的氧化铝粉末烧成以使烧成后密度99.5％以上，进行磨削，制作外径300mm、厚度4mm的圆盘状的氧化铝烧结体，作为陶瓷基体12。予以说明的是，在实施例1中，预先在氧化铝粉末中埋设Mo制的片体22，将烧成后的陶瓷基体12磨削而使片体22的表面露出。而后，作为工序(a)，将该陶瓷基体12中直径5mm的区域(包含作为片体22的表面的直径2.0mm的区域)作为接合面13，将该接合面13以外的部分掩蔽，形成纯度99％、厚度约1μm的化学镀Ni层，制成被覆在接合面13上的直径5mm的基体被覆层52。接着，准备内径为6mm、轴向长度为10mm的碳制保护环60，将其按照由陶瓷基体12的接合面13堵住贯通孔61的一侧开口的方式配置于陶瓷基体12上。

接着，作为工序(b)，向保护环60的贯通孔61内加入粉末54，在接合面13上(基体被覆层52上)铺满。粉末54使用了氧化铝制的平均粒径为48μm的粉末。粉末54的粉末量设为20mg。予以说明的是，对于粉末54中的一半的颗粒，预先形成了厚度1μm的包含化学镀Ni层的颗粒被覆层55。即，粉末54的被覆率设为50％。接着，准备钎料56和供电端子40，在将钎料56插入至供电端子40的第3孔45c的状态下，将供电端子40(以及钎料56)插入至保护环60的贯通孔61内。钎料56是铝(A5005)，制成直径2.4mm、厚度2mm的圆盘状。供电端子40设为Mo制，小直径部41的外径设为5.15mm，小直径部41的轴向长度设为5mm，大直径部42的外径设为5.99mm，大直径部42的轴向长度设为16mm，第3孔45c的直径(大直径部42的内径)设为2.5mm。另外，在供电端子40上形成了包含底部被覆层58a以及侧部被覆层58b的端子被覆层58。关于端子被覆层58的形成，如下进行。首先，对于供电端子40，使用丙酮进行超声波洗涤5分钟，接着使用纯水进行超声波洗涤10分钟，其后在120℃进行氮气吹风10分钟，干燥去除表面的水分。接着，形成厚度1μm的包含化学镀Ni层的端子被覆层58。予以说明的是，侧部被覆层58b被覆如下区域，即，从小直径部41的接合面43侧的端部开始，朝向与接合面43相反的一侧直至3mm处为止的区域。

而后，作为工序(c)，将在工序(b)中配置好的状态的陶瓷基体12、保护环60、供电端子40、钎料56、粉末54投入至烧成炉进行加热，形成接合层50，从而将陶瓷基体12与供电端子40进行接合。加热条件设为温度700℃±20℃、保持时间10分钟、真空度5×10^-5Torr以下。予以说明的是，在烧成炉中，使供电端子40处于通过125gf的重物朝向陶瓷基体12进行按压的状态。

在工序(c)的接合后，从烧成炉取出接合体，卸下保护环60，进行吹风以去除多余的粉末54。通过以上操作，制作实施例1的接合体。

[比较例1]

不使用保护环60以及粉末54，而用钎料56将陶瓷基体12与供电端子40进行接合，除此以外，与实施例1同样地操作而制作接合体，作为比较例1。

关于实施例1的接合体，对陶瓷基体12与供电端子40在使其分离的方向上施加力以测定接合强度，结果接合强度为30kgf，是作为静电卡盘10而能够充分实用的值。予以说明的是，关于接合强度的测定，使用拉伸强度试验机(岛津制作所制，Autograph)来进行。

使用外部加热加热器，将实施例1以及比较例1的接合体以5℃/秒的速度从室温升温至100℃，其后通过自然冷却而使其回到室温。将此工序反复进行1000次。其后，确认有无接合体的裂纹。在实施例1的接合体中没有确认到裂纹，但在比较例1的接合体中，在陶瓷基体12产生了裂纹。

[比较例2]

试图不使用保护环60，除此以外，与实施例1同样地操作来制作接合体。然而，粉末54在陶瓷基体12的表面扩散，尽管利用烧成炉进行加热，也无法将陶瓷基体12与供电端子40接合。

[实施例2～9]

将供电端子40的小直径部41与大直径部42设为相同的直径(5.0mm)，按照保护环60的贯通孔61的内径与供电端子40的外径之间的余隙成为表1所示的值的方式调节贯通孔61的内径，按照使接合层50a如图19那样被填充至贯通孔61与供电端子40之间的空间的方式调节钎料56的量，除此以外，与实施例1同样地操作而制作接合体，作为实施例2～9。关于实施例2～9，作为初始特性，测定了制作当初的接合体的断裂强度与裂纹的有无。另外，还测定了热循环试验后的接合体的断裂强度与裂纹的有无。关于热循环试验，使用外部加热加热器，将实施例2～9的接合体以5℃/秒的速度从室温升温至100℃，其后通过自然冷却而使其回到室温。将此工序反复进行1000次。予以说明的是，在各实施例中分别制作多个接合体，对不同的接合体分别进行初始特性的测定和热循环试验后的测定。

将实施例2～9的制作时的保护环60的贯通孔61的内径与供电端子40的外径之间的余隙、制作当初的接合体的断裂强度以及裂纹的有无、热循环试验后的接合体的断裂强度以及裂纹的有无汇总示于表1。在表1中，裂纹的指数是指，A：没有确认到裂纹，B：虽然确认到裂纹，但其程度是轻微的，不影响接合特性。予以说明的是，在实施例2～9中，不存在C：可确认到影响接合特性的裂纹这样评价的实施例。

表1

根据表1可知，关于保护环60的贯通孔61的内径与供电端子40的外径之间的余隙为1mm以下的实施例2～7，与余隙超过1mm的实施例8、9相比，初始以及热循环后的断裂强度倾向于高。实施例2～7中，初始以及热循环后的断裂强度均为30kgf以上，是能够充分用作静电卡盘10的值。另外，在实施例8、9中，确认到程度轻微的裂纹，但在实施例2～7中无论在初始还是在热循环后均未确认到裂纹。可认为由于余隙为1mm以下，因而接合层50中钎料56比例大的沿着供电端子40侧面上升的区域(图19中的接合层50a)在直径方向上的厚度变小，结果能够抑制由钎料56与陶瓷基体12的热膨胀差导致的裂纹的产生。

予以说明的是，本发明不限于上述实施例1～9。

本申请将在2014年3月7日申请的日本国专利申请第2014-044945号作为优先权主张的基础，通过引用将其全部内容包含于本说明书中。

产业上的可利用性

本发明可应用于半导体制造装置，例如，可应用于支撑晶片的静电卡盘等。

符号说明

10静电卡盘、12陶瓷基体、12a晶片载置面、12b背面、13接合面、14静电电极、15加热器电极、16片体、18沉孔、20供电端子、22片体、40供电端子、41小直径部、42大直径部、43接合面、45排气孔、45a～45d第1～第4孔、50、50a、50b接合层、52基体被覆层、54粉末、55颗粒被覆层、56钎料、58端子被覆层、58a底部被覆层、58b侧部被覆层、60保护环、61贯通孔、62、63间隙，111a陶瓷烧结体、111b陶瓷成形体、111c陶瓷烧结体、114薄膜、115图案、127第1中间体、128第2中间体、129层叠体、130内置电极的烧结体、140、240供电端子。

Claims (7)

1.一种接合体的制造方法，其为介由接合层将包含陶瓷的第1部件的接合面与包含金属的第2部件的接合面进行接合的接合体的制造方法，其包含如下工序：

(a)将具有能够将所述第2部件插入的贯通孔的插入夹具，按照由所述第1部件的所述接合面堵住该贯通孔的一侧开口的方式配置于该第1部件上的工序，

(b)将包含以铝和金中的至少一方为主要成分且热膨胀系数比所述第1部件大的金属的钎料、包含热膨胀系数比该钎料小的材料的粉末以及所述第2部件配置于所述贯通孔的内部的工序，

(c)使所述钎料熔融，使该钎料含浸于所述粉末之间而形成包含该钎料和该粉末的接合层，介由该接合层将所述第1部件的接合面与所述第2部件的接合面进行接合的工序，以及

在所述工序(c)之后，卸下所述插入夹具的工序，

所述第2部件具有在所述接合面和除所述接合面以外的侧面开口的排气孔。

2.根据权利要求1所述的接合体的制造方法，在所述工序(b)中，所述贯通孔的内径与所述第2部件的侧面的外径之差即余隙为1mm以下，其中，所述侧面为所述第2部件中与贯通孔的内周面对置的面。

3.根据权利要求1或2所述的接合体的制造方法，所述插入夹具包含碳。

4.根据权利要求1或2所述的接合体的制造方法，所述粉末包含与所述第1部件相同的陶瓷材料。

5.根据权利要求1或2所述的接合体的制造方法，在所述工序(b)中，所述第1部件的接合面、所述第2部件的接合面以及所述粉末中的1个以上由与相对应的所述第1部件的接合面自身、所述第2部件的接合面自身以及所述粉末自身相比对所述钎料的润湿性高的材料被覆。

6.根据权利要求1或2所述的接合体的制造方法，所述第1部件不具有自所述接合面起的立设壁部。

7.根据权利要求3所述的接合体的制造方法，所述粉末包含与所述第1部件相同的陶瓷材料，

在所述工序(b)中，所述第1部件的接合面、所述第2部件的接合面以及所述粉末中的1个以上由与相对应的所述第1部件的接合面自身、所述第2部件的接合面自身以及所述粉末自身相比对所述钎料的润湿性高的材料被覆，

所述第1部件不具有自所述接合面起的立设壁部，

所述第2部件具有在所述接合面和除所述接合面以外的侧面开口的排气孔。