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CN106061924A - 接合体的制造方法以及接合体 - Google Patents

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CN106061924A CN201580011169.XA CN201580011169A CN106061924A CN 106061924 A CN106061924 A CN 106061924A CN 201580011169 A CN201580011169 A CN 201580011169A CN 106061924 A CN106061924 A CN 106061924A
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CN
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solder
conjugant
composition surface
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南智之
曻和宏
川尻哲也
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NGK Insulators Ltd
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Abstract

在工序(a)中，将包含热膨胀系数大于陶瓷基体(12)的金属的钎料(56)、热膨胀系数比钎料(56)小的多孔体(54)以及供电端子(40)，按照供电端子(40)的接合面(43)与陶瓷基体(12)的接合面(13)对置的方式配置于接合面上(13)。在工序(b)中，使钎料(56)熔融，使钎料(56)渗透到多孔体(54)的气孔内而形成包含钎料(56)和多孔体(54)的接合层，介由接合层将陶瓷基体(12)的接合面(13)与供电端子(40)的接合面(43)进行接合。

Description

接合体的制造方法以及接合体
技术领域
本发明涉及接合体的制造方法以及接合体。
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，形成包含钎料和微粒状物质的接合层，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，微粒状的物质也会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)将包含热膨胀系数比前述第1部件大的金属的钎料、热膨胀系数比该钎料小的多孔体以及前述第2部件配置于该第1部件的接合面上的工序，
(b)使前述钎料熔融，并使该钎料渗透于前述多孔体的气孔内而形成包含该钎料和该多孔体的接合层，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，在将包含陶瓷的第1部件与包含金属的第2部件进行接合时，将钎料和多孔体及第2部件配置于第1部件的接合面上。而后，使钎料熔融而渗透于多孔体的气孔内，形成包含钎料和多孔体的接合层，从而将第1部件与第2部件进行接合。这样，由于使用钎料和多孔体来形成接合层，因而即使在第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，也能够将第1部件与第2部件进行接合。即，若例如使用粉末来替代多孔体，则在第1部件中没有凹部的平坦部分为接合面的情况下，如上所述那样粉末会扩散，但通过使用多孔体而不发生这样的情况。由此，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部件大的钎料和包含热膨胀系数比钎料小的材料的多孔体来形成接合层，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，在前述工序(a)中，优选按照前述第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(a)中，优选按照前述钎料能够在前述工序(b)中钎料渗透于前述多孔体的方式配置该钎料和该多孔体。例如，可以按照前述钎料与前述多孔体接触的方式配置该钎料与该多孔体。
在本发明的接合体的制造方法中，前述多孔体的气孔率可以设为30％～50％。通过将多孔体的气孔率设为下限值以上，从而能够使钎料更多地渗透于多孔体的内部，接合强度得以提高。另外，通过将多孔体的气孔率设为上限值以下，从而更多地存在热膨胀系数比钎料小的多孔体，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。
在本发明的接合体的制造方法中，可以将前述多孔体设为包含与前述第1部件相同的陶瓷材料的多孔质烧结体。如果这样的话，则第1部件与多孔体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。
在本发明的接合体的制造方法中，在前述工序(a)中，前述多孔体的内部的气孔表面可以由与所述多孔体自身相比对前述钎料的润湿性高的材料被覆。如果这样的话，则钎料变得容易渗透于多孔体的气孔内，因而能够提高接合体的接合强度。予以说明的是，在此情况下，将上述的前述多孔体的“气孔率”设为形成该被覆之前的气孔率。换言之，多孔体的“气孔率”是在假设没有被覆时的多孔体的气孔率，更具体地，设为将多孔体内部中存在被覆的部分视为气孔(空间)时的气孔率。予以说明的是，被覆气孔表面时，将开口气孔的表面的至少一部分被覆即可。
在本发明的接合体的制造方法中，在前述工序(a)中，可以将前述第1部件的接合面和前述第2部件的接合面中的至少一方由与相对应的所述第1部件自身或所述第2部件自身相比对前述钎料的润湿性高的材料被覆。通过用对钎料的润湿性高的材料进行被覆，从而经被覆的接合面容易被钎料润湿，因而能够提高接合体的接合强度。在此情况下，优选对前述第1部件的接合面和前述第2部件的接合面都进行被覆。
在本发明的接合体的制造方法中，前述第1部件可以没有自前述接合面起的立设壁部。换言之，第1部件可以没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很大。
本发明的接合体具备：
包含陶瓷的第1部件、
包含金属的第2部件、以及
将前述第1部件与前述第2部件进行接合的具有多孔体的接合层，该多孔体在气孔内填充有热膨胀系数比前述第1部件大的金属，所述多孔体包含热膨胀系数比该金属小的材料，且在假设没有该金属时的气孔率为30％～50％。
本发明的接合体中，第1部件与第2部件由用于将第1部件与第2部件接合的具有多孔体的接合层进行接合。另外，关于多孔体，在其气孔内填充有金属，并包含热膨胀系数比该金属小的材料，在假设没有该金属时的气孔率为30％～50％。该接合体中，接合层具有多孔体和金属，例如无论第1部件是否具有自接合面起的立设壁部(第1部件是否具有以接合面为底面的凹部)，都成为第1部件与第2部件的接合力充分的接合体。另外，由于用包含热膨胀系数比第1部件大的金属和由热膨胀系数比该金属小的材料形成的多孔体而成的接合层来进行接合，因而与例如仅由金属形成的接合层相比，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。本发明的接合体例如可以利用上述本发明的接合体的制造方法来制造。本发明的接合体中，还可以采用上述本发明的接合体的制造方法的各种实施方式。予以说明的是，“在假设没有金属时的气孔率”，换句话说是指在将填充于多孔体内部的金属所存在的部分视为气孔(空间)时的气孔率。
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与变形例的供电端子140的接合部分的放大截面图。
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是大致圆柱状的部件，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3mm～12mm。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。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。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，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，使平坦度成为0～10μm，使从静电电极14的上表面到晶片载置面62a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7是陶瓷基体12与供电端子40的接合工序的说明图。
首先，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的厚度虽然并非特别限定于此，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，准备多孔体54、钎料56、和供电端子40，作为工序(a)，将它们按照该顺序载置于接合面13(基体被覆层52)上(参照图6)。多孔体54包含热膨胀系数比钎料56小的材料。多孔体54为例如氧化铝、氮化铝等陶瓷的烧结体。关于多孔体54，例如通过将平均粒径为10μm～500μm、优选为20μm～100μm的陶瓷的颗粒成形并进行烧成而得到。该多孔体54优选设为包含与陶瓷基体12相同的陶瓷材料的烧结体。多孔体54的气孔率优选为30％～50％。另外，多孔体54的干式通气量优选为50ml/(cm2·min)～150ml/(cm2·min)。予以说明的是，多孔体54的气孔率设为通过阿基米德法测定的值。干式通气量设为基于JIS-Z8762(1988)、JIS-B8330(1981)而测定的值。具体而言，在进行了室温管理(20℃±3℃)的室内，在从将空气送风的鼓风机至多孔体54为止的空气流路中配置孔板以及空气罐，测定利用来自鼓风机的送风对空气罐施加预定量的空气压时的孔板前后的压差，将测定的压差换算为通气量，将所得到的值设为干式通气量。多孔体54内部的气孔表面由气孔被覆层55被覆(参照图6的放大部分)。气孔被覆层55被覆多孔体54的气孔表面中开口气孔的表面的至少一部分。气孔被覆层55无需被覆闭口气孔的表面。另外，气孔被覆层55还可以被覆多孔体54的外表面(不是气孔表面而是多孔体54的上表面、下表面、侧面等)。予以说明的是，上述多孔体54的“气孔率”、“干式通气量”为形成该气孔被覆层55之前的值。换言之，多孔体54的“气孔率”是在假设没有气孔被覆层55时的多孔体的气孔率，更具体地，设为在将多孔体54内部中气孔被覆层55所存在的部分视为气孔(空间)时的气孔率。气孔被覆层55对钎料56的润湿性比多孔体54对钎料56的润湿性高。作为这样的气孔被覆层55的材料，例如可列举出Ni、Au。气孔被覆层55的厚度虽然并非特别限定于此，但例如为1μm～6μm、也可以为1μm～3μm。予以说明的是，气孔被覆层55的厚度设为利用电子显微镜(SEM)进行截面观察而测定得到的值。气孔被覆层55例如可通过化学镀来形成。予以说明的是，通过增加形成在多孔体54内的气孔表面的气孔被覆层55的量(覆盖气孔表面的面积)，从而钎料56变得容易渗透于多孔体54的气孔内。钎料56向多孔体54的气孔内渗透得越多，则越能够使接合后的接合层50的导电性变得更高。
关于钎料56，例如包含以铝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的形状设为板状(圆盘状)。关于钎料56的直径(图6中的左右方向长度)，如图6所示那样，可以比钎料56、接合面43的直径(例如径差为1mm等)大。供电端子40是呈上述形状的供电端子。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6的下端部)被覆。端子被覆层58形成为有底筒状，具有底部被覆层58a和侧部被覆层58b。底部被覆层58a将作为供电端子40的小直径部41的底面的接合面43被覆。侧部被覆层58b将供电端子40的侧面(小直径部41的外周面)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中大直径部42的外周面等不形成侧部被覆层58b的部分掩蔽的状态下，通过化学镀、电镀、溅射等来形成。
将多孔体54、钎料56以及供电端子40在接合面13上配置完毕时，则成为陶瓷基体12的接合面13与供电端子40的接合面43对置的状态(参照图7)。在图7的状态下，多孔体54与基体被覆层52以及钎料56接触。另外，端子被覆层58与钎料56接触。
如上所示，在进行了工序(a)之后，接着进行工序(b)。在工序(b)中，使钎料56熔融，并使钎料56渗透于多孔体54的气孔(开口气孔)内。由此，形成包含钎料56和多孔体54的接合层50，介由接合层50使陶瓷基体12的接合面13与供电端子40的接合面43进行接合。另外，通过接合层50中的渗透于多孔体54的开口气孔内的钎料56、附着于多孔体54的外表面(不是气孔的表面而是多孔体54的上表面、下表面、侧面等)的钎料56，使得供电端子40(接合面43)与片体22导通。予以说明的是，对于在基体被覆层52、气孔被覆层55、端子被覆层58，也可以进行熔融而与钎料56混合，形成接合层50的一部分。这样，可以制造将供电端子40接合于陶瓷基体12而得到的接合体(静电卡盘10)(参照图2)。予以说明的是，如此制造的接合层50中所含的多孔体54成为在气孔内部填充有钎料56等金属的状态。假设没有该填充的金属时的多孔体54的气孔率(也称为假想气孔率)优选为30％～50％。予以说明的是，关于接合层50(多孔体54)的假想气孔率，可以通过利用电子显微镜(SEM)对接合层50的截面进行摄像，取得截面图像，对该截面图像进行图像处理而求出。具体而言，例如可以通过以下方法求出：将截面图像中的各像素的亮度等信息与预定的阈值进行比较，进行二值化，从而将各像素分为多孔体54与除了多孔体54以外的部分(填充于多孔体54的气孔中的金属等部分)，将在截面图像中的全部像素中除了多孔体54以外的部分的像素的比例设为假想气孔率。予以说明的是，假想气孔率成为与上述多孔体54的“气孔率”(气孔被覆层55的被覆前的气孔率)大致相同的值。
予以说明的是，在工序(b)中使钎料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朝向陶瓷基体12按压的状态下进行接合。
关于供电端子20与沉孔18的底面的接合(参照图1)，也可以在沉孔18内插入多孔体54、钎料56、供电端子40，与上述的工序(a)～工序(b)同样地操作来进行。或者，也可以代替多孔体54，在沉孔18的底面铺满包含与多孔体54同样的材料的粉末，其后，在沉孔18内插入钎料56以及供电端子40，与上述的工序(b)同样地操作，使钎料56熔融，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，钎料56相当于钎料，多孔体54相当于多孔体，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，在将陶瓷基体12与包含金属的供电端子40进行接合时，在工序(a)中，将钎料56和多孔体54及供电端子40配置于陶瓷基体12的接合面13上。而后，使钎料56熔融而渗透于多孔体54的气孔内，形成包含钎料56与多孔体54的接合层50，从而将陶瓷基体12与供电端子40进行接合。这样，由于使用钎料56与多孔体54来形成接合层50，因而即使在陶瓷基体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，也能够将陶瓷基体12与供电端子40进行接合。即，在例如替代多孔体54而使用与多孔体24相同材质的粉末时，在以陶瓷基体12中没有凹部的平坦部分为接合面13的情况下，粉末会扩散，但通过使用多孔体54而不会发生这样的情况。另外，由于使用热膨胀系数比第1部件大的钎料56和包含热膨胀系数比钎料56小的材料的多孔体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，通过将多孔体54的气孔率设为30％～50％，从而能够获得以下效果。即，通过将多孔体54的气孔率设为下限值以上，能够使钎料56更多地渗透于多孔体54的内部，接合强度得以提高。另外，通过将多孔体54的气孔率设为上限值以下，从而使得热膨胀系数比钎料56小的多孔体54更多地存在，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。
进一步，通过将多孔体54设为包含与陶瓷基体12相同的陶瓷材料的多孔质烧结体，从而陶瓷基体12与多孔体54的热膨胀系数变得大致相同，因此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。
而且，在工序(a)中，多孔体54内部的气孔表面被包含对钎料56的润湿性比多孔体54高的材料的气孔被覆层55所被覆。由此，钎料56变得容易渗透于多孔体54的气孔内，因而能够提高静电卡盘10的接合强度。
此外，陶瓷基体12的接合面13与供电端子40的接合面43都分别被包含对钎料56的润湿性比其自身高的材料的基体被覆层52、端子被覆层58所被覆。因此，经被覆的接合面13、接合面43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。
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方式实施。
例如，在上述实施方式中，形成了基体被覆层52、气孔被覆层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、多孔体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。
上述实施方式中，供电端子40具备小直径部41与大直径部42，但不限于此。例如，也可以将供电端子40制成直径由上端至下端为相同的圆柱状的部件。即，也可以将供电端子40中的小直径部41与大直径部42设为相同直径。
上述实施方式中，在工序(a)中，按照用接合面13和接合面43将多孔体54与钎料56夹持的方式配置它们，但不限于此。例如，也可以按照将钎料56插入至形成在供电端子40的插入孔内的方式进行配置。图8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。该供电端子140不同于供电端子40，具有形成在小直径部41的插入孔45b。该插入孔45b在接合面43侧的面(图8的下表面)开口。因此，在供电端子140中，接合面43呈环状的形状。在将这样的供电端子140接合于接合面13时，在工序(a)中，如图8所示，在将钎料56插入至供电端子40的插入孔45b的状态下，将供电端子40(以及钎料56)载置于多孔体54上。其后，通过在工序(b)中使钎料56熔融，从而能够与上述实施方式同样地，形成包含多孔体54与钎料56的接合层50，将陶瓷基体12与供电端子240进行接合。
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。在该情况下，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。
实施例
[实施例1]
作为实施例1，与上述图4～图7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为99.5％以上，进行磨削，制作外径300mm、厚度5mm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，将该陶瓷基体12中的直径4mm的区域(包含作为片体22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4mm的基体被覆层52。
接着，准备钎料56、供电端子40以及以下特性的多孔体54(氧化铝制，气孔率38％，干式通气量110ml/(cm2·min))。将多孔体54的大小设为直径4mm、厚度0.3mm的圆盘状。另外，关于多孔体54，预先在开口气孔的表面形成了厚度1～2μm的由化学镀Ni层形成的气孔被覆层55。气孔被覆层55的形成如下进行。首先，作为预处理(晶核附着处理)，进行以下处理。向多孔体54中注入氯化锡溶液，保持3分钟。接着，吸取氯化锡溶液，用纯水冲洗，利用氮气吹风去除水分。接着，向多孔体54中注入Pt溶液，保持2分钟。而后，吸取氯化锡溶液，用纯水冲洗，利用氮气吹风去除水分。将该预处理进行共计两次。接着，作为镀敷处理，进行以下处理。将多孔体54载置于加热板上，将表面温度调整为80～85℃。而后，将化学镀Ni溶液注入至多孔体54。将化学镀Ni溶液适当地更换后，排出化学镀Ni溶液，用纯水将多孔体54内洗涤干燥。通过以上处理，从而形成气孔被覆层55。
将钎料56设为Al-Si-Mg系合金(JIS BA 4004)，制成了直径5mm、厚度0.12mm的圆盘状。将供电端子40设为Mo制，将小直径部41的外径设为4mm，小直径部41的轴向长度设为1mm，大直径部42的外径设为5mm，大直径部42的轴向长度设为5mm。另外，在供电端子40的小直径部41形成了由底部被覆层58a以及侧部被覆层58b构成的端子被覆层58。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的由化学镀Ni层形成的端子被覆层58。予以说明的是，使侧部被覆层58b被覆小直径部41的整个侧面。
作为工序(a)，将这些多孔体54、钎料56、供电端子40依次载置于接合面13(基体被覆层52)上。
而后，作为工序(b)，将在工序(a)中配置好的状态的陶瓷基体12、供电端子40、钎料56、多孔体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。将加热条件设为温度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按压的状态。在工序(b)的接合后，从烧成炉取出接合体。通过以上方式，制作实施例1的接合体。接合体的接合层50(多孔体54)的假想气孔率为43％。假想气孔率的计算如下进行：使用扫描型电子显微镜(JEOL JSM-5900)来取得接合层50的截面的SEM图像，针对所取得的SEM图像，使用图像处理软件HALCON11.0(HALCON为MVTec Software GmbH的注册商标)，根据各像素的亮度而进行二值化。
[比较例1]
不使用多孔体54，而利用钎料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和供电端子40沿使其分离的方向施加力以测定接合强度，结果接合强度为40kgf，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，通过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℃，其后通过自然放冷而使其回到室温。将该工序反复进行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]
使用包含与多孔体54相同材质的陶瓷颗粒的粉末来替代多孔体54，除此以外，与实施例1同样地操作而制作接合体。然而，粉末在陶瓷基体12的表面扩散，尽管利用烧成炉进行过热也无法将陶瓷基体12与供电端子40接合。
[实施例2～11]
使用多孔体54的气孔率为表1所示的值的多孔体54，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2～11。对于实施例2～11，作为初始特性，测定了制作最初的接合体的断裂强度(接合强度)与裂纹的有无。另外，也测定了热循环试验后的接合体的断裂强度与裂纹的有无。热循环试验中，使用外部加热加热器，将实施例2～11的接合体以5℃/秒的速度从室温升温至100℃，其后通过自然放冷而使其回到室温。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。
将在实施例2～11中使用的多孔体54的气孔率、制作最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，C：可确认到影响接合特性的裂纹。
表1
根据表1可知，使用了多孔体54的气孔率为30％～50％的多孔体的实施例4～9中，与气孔率低于30％的实施例2、3相比，初始以及热循环后的断裂强度均高。在实施例4～9中，在初始以及热循环后的断裂强度均为30kgf以上，是作为静电卡盘10而能够充分实用的值。另外，在气孔率超过50％的实施例10、11中，初始的接合强度均为30kg以上，没有产生影响接合特性的程度的裂纹，但在热循环试验后，在陶瓷基体12产生了裂纹。与此相对，在实施例4～9中，在初始以及热循环后均没有确认到裂纹。在实施例4～9中，可认为由于多孔体54的气孔率为30％以上，因此能够使钎料56更多地渗透于多孔体54的内部，从而接合强度得以提高。另外，可认为，通过使多孔体54的气孔率设为50％以下，从而使热膨胀系数比钎料56小的多孔体54更多地存在，因此能够更加抑制当接合体发生温度变化时的裂纹的产生。
予以说明的是，本发明不限定于上述实施例1～11。
本申请将在2014年3月7日申请的日本国专利申请第2014-044944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、45b插入孔、50接合层、52基体被覆层、54多孔体、55气孔被覆层、56钎料、58端子被覆层、58a底部被覆层、58b侧部被覆层、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)将包含热膨胀系数比所述第1部件大的金属的钎料、热膨胀系数比该钎料小的多孔体以及所述第2部件配置于该第1部件的接合面上的工序，
(b)使所述钎料熔融，并使该钎料渗透于所述多孔体的气孔内而形成包含该钎料和该多孔体的接合层，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。
2.根据权利要求1所述的接合体的制造方法，所述多孔体的气孔率为30％～50％。
3.根据权利要求1或2所述的接合体的制造方法，所述多孔体是包含与所述第1部件相同的陶瓷材料的多孔质烧结体。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的接合体的制造方法，在所述工序(a)中，所述多孔体的内部的气孔表面由与所述多孔体自身相比对所述钎料的润湿性高的材料被覆。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的接合体的制造方法，在所述工序(a)中，所述第1部件的接合面和所述第2部件的接合面中的至少一方，由与相对应的所述第1部件自身或所述第2部件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1～5中任一项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。
7.一种接合体，其具备：
包含陶瓷的第1部件、
包含金属的第2部件、以及
将所述第1部件与所述第2部件进行接合的具有多孔体的接合层，该多孔体在气孔内填充有热膨胀系数比所述第1部件大的金属，所述多孔体包含热膨胀系数比该金属小的材料，且在假设没有该金属时的气孔率为30％～50％。
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