JP2000219578A - セラミックス部材と金属部材との接合体およびその製造方法 - Google Patents

セラミックス部材と金属部材との接合体およびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】筒状の金属部材の端面とセラミックス部材とを
金属接合部を介して接合する場合に、熱サイクルに対し
て強く、局所的なクラックが発生しにくい接合体を提供
する。 【解決手段】金属部材３ｈの端部２１とセラミックス部
材６とが金属接合部２０Ａを介して接合されている。金
属接合部２０Ａが、セラミックス部材６上に形成されて
いるメタライズ層１３と、少なくともメタライズ層１３
と端部２１との間に介在しているろう接合部１２とを備
えている。ろう接合部１２を構成するろう材の融点が、
メタライズ層１３を構成するろう材の融点よりも低い。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックス部材
と他の部材との接合体およびその製造方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】窒化アルミニウム焼結体からなる基材同
士を直接接合する方法は知られている。例えば、特開平
２−１２４７７８号公報においては、窒化アルミニウム
基材を１８００℃〜１９００℃に加熱し、拡散接合によ
り一体化している。特開平８−１３２８０号公報によれ
ば、比較的強度の高い窒化アルミニウム焼結体の接合体
が開示されている。
【０００３】また、特に窒化物セラミックス部材を、他
の窒化物セラミックス部材とロウ付けしたり、あるいは
金属部材とロウ付けしたりする方法が知られている。例
えば、特開平８−２７７１７１号公報においては、アル
ミニウム、銅またはニッケルを主成分とし、チタン等の
活性金属を添加し、このろう材によって窒化アルミニウ
ム部材同士を接合することによって、ＣｌＦ３等のハロ
ゲン系腐食性ガスに対して高い耐蝕性を有する接合体を
得ている。このろう材は、ハロゲン系腐食性ガスによっ
て腐食されにくく、しかも窒化アルミニウムの表面に濡
れやすいものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、筒状の金属部
材を、平板状ないし平盤状のセラミックス部材に対して
ろうによって接合する場合には、次の問題が生ずること
がわかった。例えば、本発明者は、半導体製造装置分野
において、環状のコバール製のリング状支持具を、窒化
アルミニウム焼結体製の半導体ウエハー支持用サセプタ
ーの背面に対して接合することを試みた。しかし、最近
は、シリコンウエハーの口径の増大に伴い、サセプター
の面積が大きくなっているので、サセプターとリング状
支持具とを正確に位置合わせして接合することが極めて
困難である。特に、サセプターの背面の平坦度が十分で
なかったり、あるいはサセプターの背面とリング状支持
部の端面とが平行ではなく、若干の角度をもっていたり
した場合には、サセプターの背面とリング状支持部の端
面との間隔が、局所的に非常に小さくなり、このため両
者の間のろう材層の厚さが小さくなる傾向があった。こ
のように、サセプターの背面とリング状支持具の端面と
の間のろう材層の厚さが、局所的に薄くなると、サセプ
ターに対して熱サイクルを加えたときに、サセプターと
リング状支持具との間にある熱歪みを吸収しきれなくな
り、局所的なクラック発生の原因となる。
【０００５】また、リング状支持具の材質が、コバール
やステンレス鋼などのような鉄、ニッケル合金である場
合、ろう材との反応により、金属間化合物などの反応層
が析出し、ろう材の耐力や硬度が増加する。この結果、
サセプターとリング状支持具における残留応力が増大す
る。
【０００６】本発明の課題は、筒状の金属部材の端面と
セラミックス部材とを金属接合部を介して接合する場合
に、金属部材の端部とセラミックス部材との間の接合領
域の全体にわたって、所望の厚さの金属接合層を形成で
きるようにすることである。更に、金属接合層の中でも
特にセラミックス部材に接する部分の材質の変化を防止
し、その耐力または硬度の増加を防止できるようにする
ことである。
【０００７】また、本発明の課題は、筒状の金属部材の
端部とセラミックス部材とを金属接合部を介して接合し
た接合体において、熱サイクルに対して強く、局所的な
クラックが発生しにくい接合体を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、セラミックス
部材と筒状の金属部材との接合体であって、筒状の金属
部材の端部とセラミックス部材とが金属接合部を介して
接合されており、この金属接合部が、セラミックス部材
上に形成されているメタライズ層と、少なくともこのメ
タライズ層と金属部材の端部との間に介在しているろう
接合部とを備えており、ろう接合部を構成するろう材の
融点がメタライズ層を構成するろう材の融点よりも低い
ことを特徴とする。
【０００９】本発明者は、セラミックス部材上に、まず
メタライズ層を生成させ、次いでメタライズ層と金属部
材の端部との間に接合用ろう材を介在させ、メタライズ
層用ろう材の融点よりも低い温度で接合用ろう材を溶融
させることによって、少なくともメタライズ層と金属部
材の端部との間にろう接合部を生成させることを想到し
た。こうして得られた接合体においては、かりに金属部
材の端部とセラミックス部材の接合面とが所望の相対的
位置に対して傾斜した状態であったり、あるいは金属部
材の端部とセラミックス部材の接合面との平面度が低い
ために、ろう付時に両者の間隔が局所的に小さくなるよ
うな場合にも、メタライズ層によって所望の厚さの金属
接合部を確保することができる。
【００１０】更に、ろう接合部の融点が低いために、メ
タライズ層と金属部材との反応を防ぎ、接合後のメタラ
イズ層の耐力または硬度の増加を抑えることができる。
【００１１】また、本発明では、低耐力金属または低膨
張金属からなる金属板を、筒状の金属部材の端部とセラ
ミックス部材の接合面との間に介在させることによっ
て、所望の厚さの金属接合部を、接合領域の全体にわた
って確保できる。
【００１２】セラミックス部材としては、ハロゲン系腐
食性ガスに対して耐蝕性を有するセラミックスが好まし
く、特に窒化アルミニウムまたは緻密質アルミナが好ま
しく、９５％以上の相対密度を有する窒化アルミニウム
質セラミックス、アルミナに対して特に好適である。セ
ラミックス部材の中には、種々の焼結助剤や着色剤など
の添加剤を含有させ得る。また、セラミックス部材が、
ホットプレス焼結またはホットアイソスタティックプレ
ス焼結法による焼成品である場合にも、好適である。
【００１３】セラミックス部材中には、抵抗発熱体、静
電チャック用電極、プラズマ発生用電極などの機能性部
品を埋設することができる。また、シャドーリング、高
周波プラズマを発生させるためのチューブ、高周波プラ
ズマを発生させるためのドームなどに対して本発明を適
用できる。セラミックス部材に対して接合される他の部
材としては、サセプターをチャンバーに取り付けるため
の耐蝕性金属製のリングが特に好適である。
【００１４】金属部材は特に限定しないが、その融点は
１２００℃以上であることが好ましい。また、金属部材
を構成する金属は、ハロゲン系腐食性ガスに対して耐蝕
性を有する金属が好ましく、特にニッケル、銅、アルミ
ニウムおよびこれらの合金からなる群より選ばれた金属
が好ましい。
【００１５】筒状の金属部材の端部とは、セラミックス
部材に対して対向している部分を言う。この際、筒状の
金属部材の端面がセラミックス部材の接合面に対して対
向していてよい。または、筒状の金属部材のセラミック
ス部材側にフランジ部を設け、このフランジ部をセラミ
ックス部材に対して接合できる。また、金属部材の内側
面、外側面が、セラミックス部材の接合面に対して略垂
直であることが特に好ましい。
【００１６】金属板を構成する低耐力金属、低膨張金属
は、以下のとおりである。 （低耐力金属）耐力が３００ＭＰａ以下（特に好ましく
は５０ＭＰａ以下）の合金である。ろう付け時にろう材
と反応せず、融点がろう付け温度よりも高いことが好ま
しい。例えば、白金、パラジウム、金およびこれらの合
金がある。 （低膨張金属）線膨張係数が２５℃から７００℃の範囲
で１．０×１０-6−１２×１０-6／Ｋであり、好ましく
は３．０×１０-6−１０．０×１０-6／Ｋであり、更に
好ましくは４．０×１０-6−８．０×１０-6／Ｋであ
る。ろう付け時にろう材と反応せず、融点がろう付け温
度よりも高いことが好ましい。例えば、モリブデン、タ
ングステン、コバール、モリブデン合金、タングステン
合金がある。
【００１７】好ましくは、ろう接合部が、筒状の金属部
材の内側面に接触する一方の側方部、およびその外側面
に接触する他方の側方部を備えている。この形態のろう
接合部を形成することによって、接合体の接合強度およ
び熱サイクルに対する耐久性が一層向上する。
【００１８】好ましくは、メタライズ層の幅が筒状体の
幅よりも広く、メタライズ層が筒状の金属部材の内側面
および外側面よりも外側まで伸びるように設けられてお
り、一方の側方部および他方の側方部がそれぞれメタラ
イズ層上に設けられている。これによって、セラミック
ス部材と金属部材との接合強度および熱サイクルに対す
る耐久性が一層向上する。
【００１９】好ましくは、金属板が、セラミックス部材
および金属部材に対して接触することなく、ろう接合部
中で浮遊状態にある。このような形態によって、金属部
材とセラミックス部材との熱膨張差に応じて接合部分に
加わる応力を、効果的に分散できる。
【００２０】筒状の金属部材は、金属部材を端面の方向
から見たときに閉曲線をなす形状を有するものである。
金属部材は環状であってもよく、あるいは管状であって
もよい。閉曲線の形状は、真円ないし楕円であることが
好ましいが、これらには限定されず，多角形でもよい。
【００２１】好ましくは、一方の側方部の体積が他方の
側方部の体積以下である。このように、金属部材の外側
の方について、ろう材の体積を増加させることによっ
て、ろう接合部に加わる熱応力が低減されることを見い
だした。
【００２２】この際、一方の側方部の体積を１としたと
きの他方の側方部の体積は、１以上とするが、１．２以
上が好ましく、２−５が特に好ましい。
【００２３】メタライズ層用ろう材と接合用ろう材との
融点の差は、接合用ろう材を溶融させるときにメタライ
ズ層が溶融しない程度の温度差であれば良いが、好まし
くは５０℃以上であり、更に好ましくは１５０℃以上で
ある。また、メタライズ層用ろう材の融点の好適範囲は
８００−１２００℃であり、接合用ろう材の融点の好適
範囲は５００−１１００℃である。
【００２４】メタライズ層用ろう材は、銅ろう、ニッケ
ルろう、金ろう、パラジウムろう、銀ろうを用いること
ができるが、特に好ましくは、銅−アルミニウム−活性
金属系ろう材である。この場合には、好ましくは、銅を
５０−９９重量％含有させる。銅の割合が９９重量％を
超えると、アルミニウム金属による接合効果および活性
金属による接合性が発現しなくなる。アルミニウムの割
合が０．５重量％未満であると、アルミニウムの酸化物
保護膜が、ろう材層の表面を十分に被覆できなくなる。
特に好ましくは、銅８０−９５重量％、アルミニウム
１．０−１０重量％が良い。
【００２５】前記活性金属は、好ましくは、チタン、ジ
ルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブおよびベ
リリウムからなる群より選ばれ、特にチタンが良い。活
性金属の割合を０．５重量％以上（更に好ましくは１重
量％以上）とすることによって、特に窒化アルミニウム
部材の濡れ性が著しく改善される。この割合を５重量％
以下（更に好ましくは３重量％以下）とすることによっ
て、酸化雰囲気やハロゲン系腐食性ガス雰囲気に対する
耐蝕性が一層向上した。
【００２６】このろう材中には、第四成分として珪素ま
たはホウ素を含有させることができる。こうした第四成
分の作用は、融点の降下である。同じ温度でも、第四成
分を添加することによって、ろう材の流動性が良くな
る。第四成分の含有割合が２０重量％を越えると、接合
層の耐食性が悪くなるため、２０重量％以下とすること
が好ましい。第四成分の含有割合は、１〜１２重量％と
するとさらに好ましい。
【００２７】接合用ろう材としては、メタライズ用ろう
材よりも融点が低いろう材であって、具体的には銅ろ
う、銀ろう、金ろうおよびアルミニウムろうを用いるこ
とができる。
【００２８】好ましくは、接合用ろう材の主成分が銅、
アルミニウムおよびニッケルからなる群より選ばれた一
種以上の金属からなる。これらを主成分として使用する
と、耐蝕性、特にハロゲン系腐食性ガスに対する耐蝕性
が高い。ここで、ろう材の主成分は、銅、アルミニウ
ム、ニッケルの各単体であって良く、または、これらの
合金であって良い。特に、主成分がＡｌからなるろう材
を用いると、相対的に低温で接合させることができるた
めに、接合後の熱応力が小さくなる。また、これらの主
成分に対して、上記の活性金属を添加する。
【００２９】このろう材中に第３成分を含有させる必要
はないが、含有させることもできる。ろう材中に第３成
分を含有させる場合には、Ｓｉ、Ａｌ、ＣｕおよびＩｎ
のうちの少なくとも１種を用いることが、主成分に影響
を与えない点から好ましい。第３成分の合計の配合量
は、５０重量％以下とすることが好ましい。
【００３０】ここで、アルミニウム、ニッケルまたは銅
がろう材の主成分であるが、この含有割合は、ろう材の
全重量を１００重量％とした場合に、活性金属および第
３成分の含有割合を１００重量％から差し引いた残部で
ある。ただし、これらの金属がろう材の主成分であると
は、ろう材の５０重量％以上を占めていることを意味し
ている。
【００３１】金属接合部の全体の厚さは、５０μｍ以上
が好ましく、また５００μｍ以下が好ましい。また、メ
タライズ層の厚さは、２０μｍ以上が好ましく、５０μ
ｍ以上が更に好ましい。しかし、平坦化の観点からは、
２００μｍ以下が好ましい。
【００３２】以下、図面を参照しつつ、本発明を更に詳
細に説明する。
【００３３】例えば、図１に模式的に示すように、半導
体収容容器１のチャンバー２中にサセプター６が収容さ
れており、サセプター６のウエハー設置面６ａに半導体
ウエハー７が設置されている。サセプター６の背面（接
合面）６ｂに対して、耐蝕性金属製のリング３（金属部
材）の本体の筒状部分３ｈが接合されている。５は、本
発明が適用されるべき接合部分である。リング３にはフ
ランジ部３ｂが設けられており、フランジ部３ｂがチャ
ンバー２の内面に対して接合されている。２ａはチャン
バー２の開口である。リング３とサセプター６との接合
部分５は、チャンバー内雰囲気８と、チャンバー外雰囲
気４とに対して曝露される。
【００３４】図２に、サセプター６とリング３との接合
体１０の概略斜視図を示す。ただし、この図面では、リ
ング３のフランジ部３ｂは図示していない。
【００３５】図４−図６は、それぞれ、本発明の各実施
形態に係る接合部分の断面図であり、それぞれ、筒状の
金属部材３ｈとセラミックス部材６の接合面６ｂとの接
合部分を模式的に示すものである。図３は、本発明外の
接合体を示すものである。
【００３６】図３においては、ろう接合部１１によって
セラミックス部材６の接合面６ｂと筒状の金属部材３ｈ
の端部２１とが接合されている。ろう接合部１１は、端
面３ｄと接合面６ｂとの間に介在する中間部１１ｃ、一
方の側方部１１ａおよび他方の側方部１１ｂを備えてい
る。このろう接合部の全体は、同種のろう材からなる。
この場合には、ろう付け時に、金属部材３ｈに対して矢
印Ａ方向の圧力が加わったときに、金属部材３ｈが矢印
Ａ側へと向かって、溶融したろう材の中に沈み込む傾向
がある。この際、金属部材３ｈの端面３ｄの面積は比較
的に小さいことから、ろう材中での金属部材３ｈの浮力
が小さく、このために端面３ｄと接合面６ｂとの間隔が
小さくなる傾向があった。
【００３７】図４においては、セラミックス部材６の接
合面６ｂ上にメタライズ層１３が形成されており、この
上にろう接合部１２が形成されており、これらが金属接
合部２０Ａを構成している。本例では、メタライズ層１
３上に、中央部１２ｃ、内側面３ａに接する一方の側方
部１２ａ、および外側面３ｃに接する他方の側方部１２
ｂが形成されており、更に各側方部１２ａ、１２ｂから
細長く延びる裾部１２ｄ、１２ｅが形成されている。な
お、本例では、金属部材３ｈの端部２１において、その
端面３ｄと、各面３ａ、３ｃとの間に、それぞれ、アー
ル部ないし面取り部３ｅが設けられている。これによっ
て、金属部材３ｈとセラミックス部材６との熱膨張差に
起因する応力を緩和できる。
【００３８】図５の金属接合部２０Ｂにおいては、セラ
ミックス部材６の接合面６ｂ上にろう接合部１２Ａが形
成されている。ろう接合部１２Ａは、一方の側方部１２
ａ、他方の側方部１２ｂ、裾部１２ｄ、１２ｅを備えて
おり、かつ、端面３ｄと接合面６ｂとの間に、金属板１
４を内包している。金属板１４は、端部２１と接合面６
ｂとのいずれに対しても接触することなく、ろう材中に
浮遊している。金属板１４と、端面３ｄ、接合面６ｂと
の間には、それぞれ中間層１２ｆ、１２ｇが形成されて
いる。
【００３９】図６の金属接合部２０Ｃにおいては、更に
接合面６ｂ上にメタライズ層１３が形成されている。メ
タライズ層１３上にはろう接合部１２Ｂが形成されてい
る。ろう接合部１２Ｂ中には、メタライズ層１３と端面
３ｄとの間に、金属板１４が埋設されている。
【００４０】
【実施例】［実施例１］ （製造方法）図４に示す形態の接合体を製造した。ただ
し、セラミックス部材６としては、直径２００ｍｍ、厚
さ２０ｍｍの窒化アルミニウム焼結体製の円盤を使用し
た。金属部材３としては、外径１０２ｍｍ、内径１００
ｍｍ、厚さ１ｍｍ、高さ２０ｍｍのリング状のコバール
板を使用した。
【００４１】セラミックス部材の接合面６ｂ上に、リン
グ状のメタライズ層用ろう材を設置した。このろう材の
寸法は、外径１１２ｍｍ、内径９２ｍｍ、厚さ０．１ｍ
ｍであり、組成は、銅９２．７５重量％：アルミニウム
２重量％：珪素３重量％：チタン２．２５重量％であっ
た。このろう材を、１０５０℃で、５分間、１０-5Ｔｏ
ｒｒの圧力下で加熱し、図７（ａ）に示すメタライズ層
１３を形成した。ただし、図７（ａ）、（ｂ）には、接
合部分のみを示している。
【００４２】次いで、図７（ｂ）に示すように、メタラ
イズ層１３上に、接合用ろう材１５を設置し、その上に
金属部材３の端面３ｄを設置し、金属部材３上に、図示
しないおもり（２ｋｇ）を設置した。ただし、ろう材１
５の形状はリング状であり、寸法は、外径１０６ｍｍ、
内径９６ｍｍ、厚さ０．１ｍｍであり、ろう材の組成
は、銀６３重量％：銅３２．２５重量％：チタン１．７
５重量％であった。この接合部分を、８５０℃で、１０
分間、１０-5Ｔｏｒｒの圧力下で加熱し、図４に示すろ
う接合部を形成した。
【００４３】（接合体の特性）得られた接合体におい
て、金属接合部の厚さは、リング状の接合部分の全周に
わたって、５０−２００μｍの範囲内であった。
【００４４】この接合体を、ヘリウムリーク測定装置で
評価したところ、ヘリウムリーク量は、１×１０-8Ｔｏ
ｒｒ・ｌ／ｓ未満であった。次いで、この接合体を、１
×１０-9トールの雰囲気下で、室温と５００℃との間の
熱サイクルに供した。室温および５００℃における各保
持時間は１０分間とし、昇温速度、降温速度は２０℃／
時間とし、熱サイクルの回数は５０回とした。熱サイク
ル後の接合体を、ヘリウムリーク測定装置で評価したと
ころ、ヘリウムリーク量は、１×１０-8Ｔｏｒｒ・ｌ／
ｓ未満であった。
【００４５】［実施例２］実施例１と同様にして、図４
に示す形態の接合体を得た。ただし、メタライズ層用ろ
う材の組成は、銅９２．７５重量％：アルミニウム２重
量％：珪素３重量％：チタン２．２５重量％であった。
また、接合用ろう材の組成は、銀７２重量％：銅２８重
量％であり、８００℃で、５分間、１０-5Ｔｏｒｒの圧
力下で加熱した。
【００４６】得られた接合体において、金属接合部の厚
さは、リング状の接合部分の全周にわたって、５０−２
００μｍの範囲内であった。この接合体を、ヘリウムリ
ーク測定装置で評価したところ、ヘリウムリーク量は、
１×１０-8Ｔｏｒｒ・ｌ／ｓ未満であった。次いで、こ
の接合体を、実施例１と同様の熱サイクル試験に供し、
熱サイクル後の接合体を、ヘリウムリーク測定装置で評
価したところ、ヘリウムリーク量は、１×１０-8Ｔｏｒ
ｒ・ｌ／ｓ未満であった。
【００４７】［比較例］図３に示す形態の接合体を製造
した。ただし、セラミックス部材６、コバール板３は、
実施例１で使用したものと同じである。セラミックス部
材の接合面６ｂ上に、接合用ろう材１５を設置し、その
上に金属部材３の端面３ｄを設置し、金属部材３上に、
図示しないおもり（２ｋｇ）を設置した。ただし、ろう
材１５の形状はリング状であり、寸法は、外径１０６ｍ
ｍ、内径９６ｍｍ、厚さ０．１ｍｍであり、ろう材の組
成は、銅９２．７５重量％：アルミニウム２重量％：珪
素３重量％：チタン２．２５重量％であった。この接合
部分を、１０５０℃で、５分間、１０-5Ｔｏｒｒの圧力
下で加熱し、図３に示すろう接合部を形成した。
【００４８】得られた接合体において、金属接合部の厚
さは、リング状の接合部分の全周にわたって、１０−３
０μｍの範囲内であった。この接合体を、ヘリウムリー
ク測定装置で評価したところ、ヘリウムリーク量は、２
×１０-8Ｔｏｒｒ・ｌ／ｓであった。次いで、この接合
体を、実施例１と同様の熱サイクル試験に供し、熱サイ
クル後の接合体を、ヘリウムリーク測定装置で評価した
ところ、ヘリウムリーク量は、１×１０-7Ｔｏｒｒ・ｌ
／ｓ未満であった。
【００４９】［実施例３］図５に示す形態の接合体を製
造した。セラミックス部材６、金属部材３としては、実
施例１と同じものを使用した。図８に示すように、接合
面６ｂ上に、リング状の金属板１４を設置した。金属板
１４の材質は白金とし、寸法は、外径１０４ｍｍ、内径
９８ｍｍ、厚さ０．１ｍｍとした。金属板１４上に接合
用ろう材１５を設置し、その上に金属部材３の端面３ｄ
を設置した。金属部材３上に、図示しないおもり（２ｋ
ｇ）を設置した。ろう材１５の形状はリング状であり、
寸法は、外径１０６ｍｍ、内径９６ｍｍ、厚さ０．１ｍ
ｍであり、ろう材の組成は、銀６３重量％：銅３２．２
５重量％：チタン１．７５重量％であった。この接合部
分を、８５０℃で、５分間、１０-5Ｔｏｒｒの圧力下で
加熱し、図５に示す金属接合部を形成した。
【００５０】得られた接合体において、金属接合部の厚
さは、リング状の接合部分の全周にわたって、１１０−
２００μｍの範囲内であった。この接合体を、ヘリウム
リーク測定装置で評価したところ、ヘリウムリーク量
は、１×１０-8Ｔｏｒｒ・ｌ／ｓ未満であった。次い
で、この接合体を、実施例１と同様の熱サイクル試験に
供し、熱サイクル後の接合体を、ヘリウムリーク測定装
置で評価したところ、ヘリウムリーク量は、１×１０-8
Ｔｏｒｒ・ｌ／ｓ未満であった。
【００５１】［実施例４］図９に概略的に示すような接
合体を作製した。ただし、図９においては、金属部材３
Ａの末端に、折り曲げ部ないしフランジ部３ｊが設けら
れており、フランジ部３ｊは、セラミックス部材の接合
面６ｂと略平行に伸びており、金属部材ないしフランジ
部の端面３ｄが接合面６ｂに対して略垂直に設けられて
いる。セラミックス部材の接合面６ｂ上にメタライズ層
１３が形成されており、この上にろう接合部１２Ｃが形
成されており、これらが金属接合部２０Ｄを構成してい
る。接合部１２Ｃ中においては、メタライズ層１３上
に、中央部１２ｃ、一方の側方部１２ａ、および他方の
側方部１２ｂが形成されており、更に各側方部１２ａ、
１２ｂから細長く延びる裾部１２ｄ、１２ｅが形成され
ている。中央部１２ｃは、フランジ部３ｊの主面３ｋと
メタライズ層１３との間に設けられている。
【００５２】本例では、筒状部材３Ａとセラミックス部
材６との間の接合強度を一層向上させ得る。しかし、こ
の一方で、金属部材３Ａとセラミックス部材６との間の
熱応力が大きくなりやすい。このため、フランジ部３ｊ
の上側主面３ｍ側に、セラミックスからなる応力緩和材
１８をろう材２２を介して接合することが好ましい。
【００５３】以下、図９の接合体の具体的製作例を示
す。セラミックス部材６は、実施例１と同じものを使用
した。金属部材３Ａにおいては、外径１０２ｍｍ、内径
１００ｍｍ、厚さ１ｍｍ、高さ２２ｍｍのリング状のコ
バール板の内側に、幅９．０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのフ
ランジ部３ｊを設けた。
【００５４】接合面６ｂ上に、リング状のメタライズ層
用ろう材を設置した。このろう材の寸法は、外径１３０
ｍｍ、内径９０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍであり、組成は、
銅９２．７５重量％：アルミニウム２重量％：珪素３重
量％：チタン２．２５重量％であった。このろう材を、
１０５０℃で、５分間、１０-5Ｔｏｒｒの圧力下で加熱
し、図９に示すメタライズ層１３を形成した。
【００５５】次いで、メタライズ層１３上に、接合用ろ
う材を設置し、その上に金属部材３Ａのフランジ部３ｊ
を設置した。接合用ろう材の形状はリング状であり、寸
法は、外径１２０ｍｍ、内径１００ｍｍ、厚さ０．１ｍ
ｍであった。フランジ部３ｊの上に、別のリング状の接
合用ろう材を設置し、その上に、窒化アルミニウム焼結
体からなるリング状の応力緩和材１８を設置した。別の
接合用ろう材の寸法は、外径１２０ｍｍ、内径１０４ｍ
ｍ、厚さ０．１ｍｍであった。各接合用ろう材の組成
は、いずれも、銀６３重量％：銅３２．２５重量％：チ
タン１．７５重量％であった。また、応力緩和材の寸法
ば外径１２０ｍｍ、内径１０４ｍｍ、厚さ０．５ｍｍで
あった。応力緩和材の上に、図示しないおもり（２ｋ
ｇ）を設置し、この接合部分を、８５０℃で、１０分
間、１０-5Ｔｏｒｒの圧力下で加熱した。
【００５６】得られた接合体において、金属接合部の厚
さは、リング状の接合部分の全周にわたって、５０−２
００μｍの範囲内であった。
【００５７】この接合体を、ヘリウムリーク測定装置で
評価したところ、ヘリウムリーク量は、１×１０-8Ｔｏ
ｒｒ・ｌ／ｓ未満であった。次いで、この接合体を、実
施例１と同様の熱サイクル試験に供し、この熱サイクル
後の接合体を、ヘリウムリーク測定装置で評価したとこ
ろ、ヘリウムリーク量は、１×１０-8Ｔｏｒｒ・ｌ／ｓ
未満であった。
【００５８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、筒
状の金属部材の端面とセラミックス部材とを金属接合部
を介して接合する場合に、金属部材の端面とセラミック
ス部材との間の接合領域の全体にわたって、所望の厚さ
の金属接合層を形成でき、更に、接合用ろう材の融点が
低いので、メタライズ層と金属部材との反応を防ぎ、メ
タライズ層の耐力の増加を抑えることができる。この結
果、熱サイクルに対して強く、局所的なクラックが発生
しにくい接合体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用できる半導体製造装置の一例を示
す模式的断面図である。
【図２】図１のサセプター６とリング状支持具３との接
合体の要部を示す斜視図である。
【図３】本発明外の接合体の接合部分を概略的に示す断
面図である。
【図４】本発明の一例に係る接合体の接合部分を概略的
に示す断面図であり、メタライズ層１３上にろう接合部
１２が設けられている。
【図５】本発明の一例に係る接合体の接合部分を概略的
に示す断面図であり、ろう接合部１２Ａ中に金属板１４
が内包されている。
【図６】本発明の一例に係る接合体の接合部分を概略的
に示す断面図であり、メタライズ層１３上にろう接合部
１２Ｂが設けられており、ろう接合部１２Ｂ中に金属板
１４が内包されている。
【図７】（ａ）は、接合面６ｂ上に形成されたメタライ
ズ層１３を示す断面図であり、（ｂ）は、メタライズ層
１３上に接合用ろう材１５と金属部材３とを設置した状
態を示す断面図である。
【図８】接合面６ｂ上に、金属板１４、接合用ろう材１
５および金属部材３を設置した状態を示す断面図であ
る。
【図９】金属部材の端部のフランジ部３ｊとセラミック
ス部材６との接合部分を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
３ リング状支持具（金属部材の一例） ３ａ 金
属部材３の内側面 ３ｃ 金属部材３の外側面
３ｄ 金属部材３の端面 ３ｅ 面取り部 ３ｈ 金属部材３のリング状の本
体 ３ｊ フランジ部 ３ｋ フランジ部３ｊ
のセラミックス部材側の主面 ３ｍ フランジ部３
ｊの応力緩和材側の主面 ６ サセプター（セラミ
ックス部材の一例） ６ｂ セラミックス部材の接
合面 １２、１２Ａ、１２Ｂ ろう接合部 １
２ａ 一方の側方部 １２ｂ 他方の側方部
１２ｃ 端面とメタライズ層との間に介在する中央部
１２ｄ、１２ｅ 裾部 １３ メタライズ層
１４ 金属板 １５ 接合用ろう材 １８
応力緩和材 ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ 金属接合
部 ２１ 端部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大橋 玄章 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 Ｆターム(参考） 4G026 BA03 BA16 BB21 BC01 BD01 BE03 BF11 BF17 BF22 BF24 BG02 BH13

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】セラミックス部材と筒状の金属部材との接
    合体であって、 前記金属部材の端部と前記セラミックス部材とが金属接
    合部を介して接合されており、この金属接合部が、前記
    セラミックス部材上に形成されているメタライズ層と、
    少なくともこのメタライズ層と前記金属部材の端部との
    間に介在しているろう接合部とを備えており、前記ろう
    接合部を構成するろう材の融点が前記メタライズ層を構
    成するろう材の融点よりも低いことを特徴とする、セラ
    ミックス部材と金属部材との接合体。
  2. 【請求項２】前記ろう接合部が、前記金属部材の内側面
    に接触する一方の側方部、および前記金属部材の外側面
    に接触する他方の側方部を備えていることを特徴とす
    る、請求項１記載のセラミックス部材と金属部材との接
    合体。
  3. 【請求項３】前記メタライズ層の幅が前記金属部材の厚
    さよりも広く、前記メタライズ層が前記金属部材の前記
    内側面および外側面よりも外側まで伸びるように設けら
    れており、前記一方の側方部および前記他方の側方部が
    それぞれ前記メタライズ層上に設けられていることを特
    徴とする、請求項２記載のセラミックス部材と金属部材
    との接合体。
  4. 【請求項４】前記金属接合部が、前記ろう接合部中に埋
    設されている金属板を備えており、前記金属板が低耐力
    金属または低膨張金属からなることを特徴とする、請求
    項２または３記載のセラミックス部材と金属部材との接
    合体。
  5. 【請求項５】前記セラミックス部材が窒化アルミニウム
    またはアルミナからなることを特徴とする、請求項１−
    ４のいずれか一つの請求項に記載のセラミックス部材と
    金属部材との接合体。
  6. 【請求項６】前記金属部材が、コバール、モリブデン、
    モリブデン合金、タングステンおよびタングステン合金
    からなる群より選ばれた金属からなることを特徴とす
    る、請求項１−５のいずれか一つの請求項に記載のセラ
    ミックス部材と金属部材との接合体。
  7. 【請求項７】前記メタライズ層が、銅を５０−９９重量
    ％、アルミニウムを０．５−２０重量％およびチタン、
    ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブおよび
    ベリリウムからなる群より選ばれた一種以上の活性金属
    を０．５−５重量％含有するろう材からなることを特徴
    とする、請求項１−６のいずれか一つの請求項に記載の
    セラミックス部材と金属部材との接合体。
  8. 【請求項８】セラミックス部材と筒状の金属部材との接
    合体であって、 前記金属部材の端部と前記セラミックス部材とが金属接
    合部を介して接合されており、この金属接合部が、ろう
    接合部と、ろう接合部中に埋設されている金属板とを備
    えており、この金属板が低耐力金属または低膨張金属か
    らなり、前記ろう接合部が、前記金属部材の内側面に接
    触する一方の側方部、および前記金属部材の外側面に接
    触する他方の側方部を備えていることを特徴とする、セ
    ラミックス部材と金属部材との接合体。
  9. 【請求項９】前記金属板が、前記セラミックス部材およ
    び前記金属部材に対して接触することなく前記ろう接合
    部中で浮遊状態にあることを特徴とする、請求項４−８
    のいずれか一つの請求項に記載のセラミックス部材と金
    属部材との接合体。
  10. 【請求項１０】前記一方の側方部の体積が前記他方の側
    方部の体積以下であることを特徴とする、請求項２−９
    のいずれか一つの請求項に記載のセラミックス部材と金
    属部材との接合体。
  11. 【請求項１１】請求項１−７のいずれか一つの請求項に
    記載の接合体を製造する方法であって、 前記セラミックス部材上にメタライズ用ろう材を設置し
    てこのメタライズ用ろう材を溶融させることによって前
    記メタライズ層を生成させ、次いで前記メタライズ層と
    前記金属部材の前記端部との間に接合用ろう材を介在さ
    せ、前記メタライズ層用ろう材の融点よりも低い温度で
    前記接合用ろう材を溶融させることによって、少なくと
    も前記メタライズ層と前記金属部材の端部との間に前記
    ろう接合部を生成させることを特徴とする、セラミック
    ス部材と金属部材との接合体の製造方法。
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