JPH09235166A

JPH09235166A - 金属部材とセラミックス部材との接合構造およびその製造方法

Info

Publication number: JPH09235166A
Application number: JP6744496A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Fujii; 知之藤井; Ryusuke Ushigoe; 隆介牛越
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 1997-09-09
Anticipated expiration: 2016-02-29
Also published as: JP3776499B2

Abstract

(57)【要約】【課題】セラミックス部材の収容孔に金属部材の少なく
とも一部を収容し、両者を接合する際に、セラミックス
部材に残留する応力を減少させ、接合体を熱サイクルに
供したり、高温で保持した場合にも、セラミックス部材
にクラックや破損が発生するおそれをなくする。【解決手段】金属部材１２が収容孔６内に収容されてい
る。金属部材の底面１２ｂ側で収容孔６の側壁面６ｃと
金属部材との間に、幅０．２ｍｍ以上の間隙部１４が設
けられている。金属部材とセラミックス部材１とを接合
する接合層１６が金属部材の底面１２ｂと収容孔の底面
６ｂとの間に形成されている。接合層１６の一部分が収
容孔６の底面を被覆するように間隙部１４に露出してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス部材と金
属部材との接合構造およびその製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】窒化アルミニウムは、高熱伝導性、高電
気絶縁性、低熱膨張性、低誘電率特性等の特性を有して
いることから、高出力半導体素子用基板材料といった種
々の用途に使用されている。特に、窒化アルミニウム部
材と金属部材との接合体は、種々の構成のものが様々な
用途に使用されている。例えば、半導体製造装置におい
て用いられるセラミックスヒーター、静電チャックおよ
び高周波電極等においては、窒化アルミニウム部材と種
々のセラミック部材との間、窒化アルミニウム部材と熱
電対セット用の金具との間、窒化アルミニウム部材と電
極との間等を接合する必要がある。

【０００３】従来、セラミックス部材を金属部材に対し
て接合する方法としては、セラミックス部材と金属部材
との間にろう材を介在させ、ろう材を加熱して溶融させ
ることで、接合させることが知られている。しかし、金
属用のろう材は多数知られているが、セラミックス部
材、特に非酸化物系セラミックスに対しては、いずれの
ろう材も濡れ性が悪い。このため、非酸化物系セラミッ
クス部材を金属部材等に対して接合するためのろう材と
しては、ろう材の濡れ性を改善するために、チタン、ジ
ルコニウム等の活性金属を含有するろう材が使用されて
いる。例えば、「窒化アルミニウムと金属の接合」（中
尾嘉邦、「軽金属溶接」Ｖｏｌ．３１１９９３年
Ｎｏ．８第３５９頁〜３６５頁）によれば、窒化アル
ミニウムを銅と接合するためのろう材として、Ａｇ−Ｃ
ｕ系合金、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系合金といった各種の合金
が試験されてきており、これらの合金からなるろう材の
中に、活性金属として、チタン、ジルコニウム、ニオ
ブ、ハフニウム、バナジウムを含有させることが知られ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、半導体製
造装置において用いられるセラミックスヒーター、静電
チャックおよび高周波電極を製造するのに際して、窒化
アルミニウムや窒化珪素等からなる基体に機械加工によ
って孔を形成し、この孔に内部の金属電極を露出させ、
この孔に円柱状の金具を挿入し、金具の先端面をろう付
けすることを提案した（特願平７−２１６５７号明細
書）。

【０００５】しかし、本発明者が更に検討を進めるのに
つれて、次の問題が生ずることが判明した。即ち、初期
においては所定の接合強度および導電性を確保すること
には成功したが、室温と６００℃の間での熱サイクル試
験と６００℃での長期間の保持試験を行ったところ、収
容孔の側壁面の周囲に、窒化アルミニウム基体の方にク
ラックが発生し、あるいはこのクラックが進展すること
があった。

【０００６】本発明の課題は、セラミックス部材の収容
孔に金属部材の少なくとも一部を収容し、金属部材とセ
ラミックス部材とを接合する形態の接合構造において、
セラミックス部材に残留する応力を減少させ、接合体を
高温と低温との間の熱サイクルに供したり、あるいは高
温で長期間保持した場合にも、セラミックス部材の方に
クラックや破損が発生するおそれをなくすることであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る接合構造
は、金属部材と、この金属部材の少なくとも一部を収容
する収容孔を備えているセラミックス部材とを接合する
ものであり、金属部材が収容孔内に収容されており、金
属部材の底面側で収容孔の側壁面と金属部材との間に幅
０．２ｍｍ以上の間隙部が設けられており、金属部材と
セラミックス部材とを接合する接合層が金属部材の底面
と収容孔の底面との間に形成されており、かつこの接合
層の一部分が収容孔の底面を被覆するように間隙部に露
出していることを特徴とする。

【０００８】また、本発明に係る接合構造は、金属部材
と、この金属部材の少なくとも一部を収容する収容孔を
備えているセラミックス部材との接合に際して、金属部
材が収容孔内に収容されており、金属部材が、本体とこ
の本体から収容孔の底面側へと突出している先端部とを
備えており、先端部、本体、収容孔の側壁面および収容
孔の底面によって包囲された間隙部が形成されており、
金属部材とセラミックス部材とを接合する接合層が金属
部材の底面と収容孔の底面との間に形成されており、か
つこの接合層の一部分が収容孔の底面を被覆するように
間隙部に露出していることを特徴とする。

【０００９】また、本発明は、金属部材と、金属部材の
少なくとも一部を収容する収容孔を備えているセラミッ
クス部材との接合構造を製造するのに際して、金属部材
を収容孔内へと収容し、少なくとも金属部材の底面側で
収容孔の側壁面と金属部材との間に幅０．２ｍｍ以上の
間隙部を設け、金属部材と収容孔の底面との間に接合用
材料を介在させ、接合用材料を加熱して金属部材の底面
と収容孔の底面との間に接合層を形成し、接合層の一部
分を底面を被覆するように前記間隙部に露出させること
を特徴とする。

【００１０】また、本発明は、金属部材と、金属部材の
少なくとも一部を収容する収容孔を備えているセラミッ
クス部材との接合構造を製造するのに際して、金属部材
が、本体と、本体から収容孔の底面側へと突出してい
る、本体よりも横断面方向の寸法が小さい先端部とを備
えており、金属部材を先端部側から収容孔内へと収容
し、この際先端部と収容孔の底面との間に接合用材料を
介在させ、先端部、本体、収容孔の側壁面および収容孔
の底面によって間隙部を形成し、少なくとも接合用材料
を加熱して金属部材の底面と収容孔の底面との間に接合
層を形成し、この接合層の一部分を底面を被覆するよう
に間隙部に露出させることを特徴とする。

【００１１】以下、図１〜図４を参照しつつ、本発明の
課題解決手段について詳細に説明する。

【００１２】本発明者は、まず、図１（ａ）に示すよう
な形態のセラミックス部材１に対して金属部材２を接合
する実験を行った。ここで、セラミックス部材１中に
は、後述するような網状電極５が埋設され、一体焼結さ
れている。部材１の背面２０側に円形の凹部１ｃを形成
し、凹部１ｃの内側に、横断面が略円形の収容孔６を形
成する。本例では、円柱形状の金属部材２を収容孔６内
に収容するのに先立って、収容孔６の底面６ｂおよび側
壁面６ｃの底面側部分を覆うように金属箔４を形成し
た。従って金属箔４は、底面６ｂを覆う水平部分４ａ
と、側壁面６ｃの底面側を覆う垂直部分４ｂとを含む。

【００１３】金属部材２の底面２ｂと収容孔の底面６ｂ
とを対向させ、これらの間に平板形状のろう材７を介在
させた。金属部材２の側壁面２ａと収容孔６の側壁面６
ｃとの間の間隙の大きさｔを、できるだけ少なくするこ
とによって、金属部材２に対して加わる曲げ応力を緩和
する構造を採用した。

【００１４】この状態でろう付けを行うことによって、
図１（ｂ）に示すように、金属部材２とセラミックス部
材１とを接合層８によって接合することに成功した。し
かし、接合後に熱サイクル試験や高温での保持試験を行
うと、ほぼ３０で示すようなクラックが発生することが
あった。この接合構造のうち金属部材２の角部付近を拡
大して図２に示す。

【００１５】本発明者はこの理由について検討したが、
この過程で、ろう材の一部分が金属部材２と収容孔の側
壁面６ｃとの僅かな隙間を上昇することに着目した。即
ち、ろう付け時には、ろう材７に流動性が生ずるため
に、金属部材２に加えられる若干の荷重や金属部材２の
自重によって、ろう材が流動して収容孔の周縁部分へと
向かう。この際、金属部材２と収容孔の側壁面との間の
クリアランスは可能な限り小さくされており、通常は
０．０５ｍｍ以下である。このため、ろう材がクリアラ
ンスを高い位置まで上昇する。即ち、接合層８のうち８
ａは金属部材の底面２ｂと収容孔の底面６ｂとの間に形
成されるが、８ｂは金属部材の側壁面２ａと収容孔の側
壁面６ｃとの間に形成される。

【００１６】しかし、ろう付け材直後の冷却時には、ろ
う材とセラミックス部材１との熱膨張差に由来する引っ
張り応力が、細長い接合層８ｂの長さ方向へと向かっ
て、セラミックス部材内に働く。しかも、この接合層８
ｂは金属部材２によっても強く拘束されているので、ろ
う材とセラミックス部材との熱膨張差による応力を逃が
すことができない。このためにセラミックス部材に残留
応力があり、これによって熱サイクル時または高温保持
時にセラミックス部材内にクラック３０が発生し、また
は既に存在するクラック３０が進展するものと考えられ
る。

【００１７】なお、図２においては、金属部２の角部材
に面取り部材２ｃが形成されており、また収容孔６の角
部６ａには加工上の都合からアール６ａが生成してい
る。また、１１は、接合層６ｃの最上部を示す。

【００１８】本発明者は、この接合構造を更に検討し、
典型的には図３（ａ）、（ｂ）および図４に示すような
形態の接合構造を想到した。即ち、金属部材１２の本体
１２ｆは略円形とするが、本体１２ｆの先端側に、収容
孔の幅方向に見た寸法が小さい、即ち直径が小さい先端
部１２ｄを形成する。即ち、先端部１２ｄの横の方には
リング状の凹部１２ｃを形成する。

【００１９】収容孔６の底面６ｂ上を被覆するように金
属箔３３を形成する。この際金属箔３３の両端は、収容
孔のアール６ａまでは被覆するが、収容孔６の側壁面６
ｃまでは形成されないようにする。金属箔３３上に円盤
形状のろう材１３を配置する。

【００２０】金属部材１２を収容孔６内に収容し、先端
部１２ｄの底面１２ｂをろう材１３に対して対向させ
る。この状態でろう付けを行うことによって、図３
（ｂ）に示すように、金属部材の底面１２ｂと収容孔の
底面６ｂとの間に接合層１６を形成する。金属部材の本
体１２ｆの側壁面１２ａと収容孔の側壁面６ｃとの間の
隙間１５の大きさｔは、金属部材１２が挿入可能な範囲
で可能な限り小さくする。

【００２１】図３の接合構造の主要部を、図４に拡大し
て示す。本体１２ｆ、先端部１２ｄ、収容孔の底面６ｂ
および側壁面６ｃによって、間隙部１４が生ずる。金属
部材の底面１２ｂと収容孔の底面６ｂとの間に接合層１
６ａが形成されるが、このろう材の一部は、流動の結
果、金属部材の底面１２ｂから間隙部１４の方へと向か
って流れる。このとき、間隙部１４には収容孔の底面６
ｂの周縁部分とアール６ａと側壁面６ｃとが露出してい
るので、ろう材は、この順序で、収容孔への露出面を濡
らすように流れる。

【００２２】この際、ろう材は先端部１２ｄの側壁面１
２ｅに対して濡れ易いので、側壁面１２ｅに沿って若干
上昇する。この結果、金属部材の側壁面１２ｅに沿って
延びる第一の隆起部分１６ｂが生成する。また、金属箔
３３を収容孔の底面６ｂの全体にわたって、アール６ａ
をも含んで被覆するように形成することによって、底面
６ｂがその周縁部を含んでろう材によって濡れやすくな
り、この結果側壁面６ｃに沿ってろう材が濡れる。従っ
て側壁面に沿って少し上昇したろう材によって隆起部分
１６ｄが形成され、隆起部分１６ｂと１６ｄとの間に陥
没部分１６ｃが形成される。

【００２３】こうした構造を有する接合体は、図１、図
２の接合構造と同じ材質を使用した場合であっても、熱
サイクル等に対する耐久性が極めて高く、セラミックス
部材１の内部にクラックが発生しないことが判明した。
この理由は、図１（ｂ）、図２に示す構造とは異なり、
間隙部１４内に露出する接合層は、こうしたセラミック
ス部材と金属部材との間に強固に拘束された細長い形態
とはならず、接合層の表面が間隙部１４内に露出するた
めと考えられる。このため、ろう材とセラミックス部材
との間の熱膨張差が生じても、これはろう材の流動や変
形によって吸収される。

【００２４】しかも、第一の隆起部分と第二の隆起部分
との間に陥没部分を有するような形態の接合層を採用す
ることによって、金属部材１２に図４において水平方向
に向かって応力が加わった場合に、隆起部分１６ｂおよ
び１６ｄによってこの応力が受けられるので、この方向
の応力に対する接合強度が一層向上する。しかも、これ
らの隆起部分１６ｂと１６ｄとの間には陥没部分１６ｃ
を設け、この部分における接合層を厚さを小さくするこ
とによって、接合層からセラミックス部材加わる残留応
力も小さくできる。

【００２５】本発明の作用効果を良好に奏するために
は、金属部材の側壁面と収容孔の側壁面との距離ｕは
０．２ｍｍ以上とする必要があった。本発明の前記作用
効果を一層向上させるためには、これを０．５ｍｍ以上
とすることが好ましい。一方、前記距離が大きくなりす
ぎると、接合層が収容孔の側壁面６ｃまで到達しにくく
なり、この結果、金属部材に対して収容孔の幅方向に向
かって応力が加わったときに金属部材が剥離し易くな
る。このため、前記距離は１０ｍｍ以下とすることが好
ましい。

【００２６】この際、金属部材の側壁面と収容孔の側壁
面との間は、接合部分から収容孔の出口までの全体にわ
たって一定値にすることも可能であり、この接合構造に
よっても前記の作用効果は達成することができる（この
場合には、金属部材の横断面方向の寸法が一定であるの
で、寸法の小さい先端部および間隙部１４は生成しな
い）。しかし、この場合には収容孔の側壁面と金属部材
の側壁面との間の隙間が大きいことから、金属部材に対
して収容孔の幅方向に向かって応力が加わったときに金
属部材が剥離し易くなる。

【００２７】このため、前記の間隙部を設ける方が好ま
しい。この際、金属部材１２の側壁面１２ａと収容孔６
の側壁面６ｃとの距離ｔを０．１ｍｍ以下とすることに
よって、金属部材に対して収容孔の幅方向に向かって応
力が加わったときに、この応力を大きく緩和することが
できる。ただし、ｔが小さすぎる場合には、収容孔中に
金属部材を挿入する工程の実施が難しくなってくるの
で、ｔは０．０２ｍｍ以上とすることが好ましい。

【００２８】収容孔６の深さ方向に見た間隙部１４の寸
法ｓは、特に制限はないが、０．５〜５ｍｍとすること
が好ましい。

【００２９】本発明においては、セラミックス部材の収
容孔の底面に、セラミックス部材の内部の金属部材の一
部分を露出させて金属露出部を部分的に形成し、セラミ
ックス部材とろう材とを接合させるのと共に、セラミッ
クスの間から露出している金属露出部をも、ろう材と接
合させることができる。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を、一層向上させることがで
きる。こうした特異な接合構造を採用すれば、たとえセ
ラミックス部材がろう材によって濡れにくいような場合
でも、強固な接合力を得ることができる。

【００３０】ここで、図３（ｂ）および図４において
は、収容孔６の底面６ｂに、セラミックス部材の内部の
金属５の一部分が露出し、金属露出部５Ａを部分的に形
成している。セラミックス部材１と接合層１６ａとを接
合させるのと共に（接合部分９）、金属露出部５Ａをも
接合層１６ａと接合させることができる（接合部分１
０）。

【００３１】本発明において、セラミックス部材の材質
は限定されないが、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化
珪素、サイアロン等の非酸化物系セラミックス、更には
窒化物系セラミックスに対して特に好適である。また、
金属部材の材質も特に限定されないが、ニッケル、モリ
ブデン、タングステン、白金、ロジウムおよびこれらの
合金のような、高融点金属が特に好適である。

【００３２】ろう材の化学組成は特に限定されない。し
かし、セラミックス部材そのものに対して、良好な接合
力ないし濡れ易さを有するろう材が好ましい。特に、ハ
ロゲン系腐食性ガスに対してさらされる用途の接合体に
おいては、セラミックス部材として、緻密質アルミナ部
材または窒化アルミニウム部材を使用することが好まし
いが、この場合には、主成分がＣｕ、Ｎｉ、Ａｇおよび
Ａｌからなる群より選ばれた一種以上の金属からなり、
Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ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０．３〜１０重量％
（好ましくは５重量％以下）含有しているろう材が好ま
しいが、活性金属は必須ではない。

【００３３】主成分の含有割合は、ろう材の全重量を１
００重量％とした場合に、活性成分および活性成分以外
の添加成分の含有割合を１００重量％から差し引いた残
部である。しかし、主成分は、５０重量％以上含有され
ている必要があり、その上限は９９．５重量％である。
特に、主成分がＡｌからなるろう材を用いると、低温で
接合するため、接合後の熱応力が小さくなる。また、活
性金属からなる箔を用いる場合は、ろう材として純金属
を用いることができる。

【００３４】活性金属の配合量が０．３重量％未満であ
ると、濡れ性が悪くなり、接合しない場合がある。５０
重量％を超えると、接合界面の反応層が厚くなり、クラ
ックが発生する場合がある。

【００３５】活性金属以外の添加成分としては、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。

【００３６】また、活性金属以外の添加成分の合計の配
合量は、５０ｗｔ％を超えると、金属間化合物が多くな
り、接合界面にクラックが発生する場合があるため、５
０ｗｔ％以下であると好ましい。この添加成分は含有さ
れていなくとも良い。

【００３７】マグネシウムを１〜２重量％含有してお
り、かつ珪素を９〜１２重量％含有しているアルミニウ
ム合金ろうが、濡れ性の向上の観点から最も好ましい。

【００３８】また、接合にあたり、収容孔の底面に、ま
たは収容孔の底面に対向しているろう材の表面に、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膜を、スパッタ、蒸着、摩擦圧
接、メッキおよび金属箔の挿入等の方法により設けるこ
とが、より好ましい。これらの膜は、ろう材とのぬれ性
を良くする効果がある。また、接合にあたり、収容孔の
底面に、または収容孔の底面に対向しているろう材の表
面に、マグネシウム、チタン、ジルコニウムおよびハフ
ニウムからなる群より選ばれた一種以上の金属からなる
膜を、スパッタ、蒸着、摩擦圧接、メッキおよび金属箔
の挿入等の方法により設けることがより好ましい。これ
らの膜によって、ろう材との反応が良くなる効果があ
る。これらの各金属膜の膜厚は、０．５〜５μｍとする
ことが好ましい。

【００３９】セラミックス部材の内部に電極を埋設する
形態においては、セラミックス部材中に抵抗発熱体を埋
設したセラミックスヒーター、セラミックス部材中に静
電チャック用電極を埋設したセラミックス静電チャッ
ク、セラミックス部材中に抵抗発熱体と静電チャック用
電極とを埋設した静電チャック付きヒーター、セラミッ
クス部材中にプラズマ発生用電極を埋設した高周波発生
用電極装置のような能動型装置を例示することができ
る。

【００４０】更に、ダミーウエハー、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、高周波透過窓、赤外
線透過窓、半導体ウエハーを支持するためのリフトピ
ン、シャワー板等の装置を例示できる。

【００４１】

【実施例】図５は、本発明を静電チャックに対して適用
した実施例を示す断面図である。２１は、円盤形状のセ
ラミックス部材からなる静電チャック本体である。この
ような、高周波電極を有する静電チャックは、ハロゲン
系腐食性ガス雰囲気下で使用されることが多く、このよ
うな腐食性雰囲気下では、窒化アルミニウムまたは緻密
質のアルミナが耐食性があることがわかっているため、
セラミックス部材は窒化アルミニウムまたは緻密質アル
ミナで形成することが好ましい。

【００４２】２２は、電極接合部である。本体１の内部
の背面２１ｂ側の近傍には、網状電極ないしメッシュ３
１が埋設されている。このメッシュ３１は、抵抗発熱体
や静電チャック用電極として使用できるものである。静
電チャック本体１には収容孔２６が形成されており、収
容孔２６が背面２１ｂに開口している。２１は半導体ウ
エハー設置面である。

【００４３】収容孔２６の底面２６ａに、メッシュ３１
の一部分が露出しており、金属露出部を形成している。
ニッケル等の耐蝕性金属からなる端子２４の先端側に、
端子２４の他の部分よりも直径が大きな円柱形状の金属
部材２５が形成されている。金属部材２５の本体２５ｆ
は略円形とするが、本体の先端側に、収容孔の幅方向に
見た直径が小さい先端部２５ｄを形成する。先端部２５
ｄの横の方にはリング状の凹部２５ｃを形成する。

【００４４】収容孔の底面２６ａを被覆するように金属
箔３３を形成する。金属箔３３上に円盤形状のろう材１
３を配置する。

【００４５】金属部材２５を収容孔２６内に収容し、先
端部２５ｄの底面２５ｂをろう材１３に対して対向させ
る。この状態でろう付けを行う。本体２５ｆ、先端部２
５ｄ、収容孔の底面２６ａおよび収容孔の側壁面２６ｂ
によって、間隙部１４が生ずる。なお、図面中、２５ａ
は金属部材２５の側壁面である。

【００４６】また、２３は、熱電対の接合部である。静
電チャック本体１には、収容孔２６よりも若干小さい深
さを有する収容孔３０が形成されており、収容孔３０が
背面２１ｂに開口している。

【００４７】熱電対を形成する一対の電極２８の先端部
２８ａの周囲には、熱電対保護用のニッケル製のキャッ
プ２９（金属部材の一例）が設けられており、キャップ
２９の雌ねじ２９ｅに対して電極２８の雄ねじ２８ａを
はめ込む。キャップ２９の外径は、収容孔３０の内径よ
り若干小さくなるように設計されている。キャップ２９
の先端側に、キャップ２９の収容孔の幅方向に見た直径
が小さい先端部２９ｄを形成する。先端部２９ｄの横の
方にはリング状の凹部２９ｃを形成する。

【００４８】収容孔の底面３０ａを被覆するように金属
箔３３を形成する。金属箔３３上に円盤形状のろう材１
３を配置する。

【００４９】キャップ２９を収容孔３０内に収容し、先
端部２９ｄの底面２９ｂをろう材１３に対して対向させ
る。この状態でろう付けを行う。本体２９ｆ、先端部２
９ｄ、収容孔の底面３０ａおよび収容孔の側壁面３０ｂ
によって、間隙部１４が生ずる。なお、図面中、２９ａ
はキャップ２９の側壁面である。

【００５０】特に、２２においては、金属露出部として
網状構造を採用しているために、接合層には、平面的に
見て、セラミックスと接触する部分と金属露出部と接触
する部分とが交互に形成されているために、より一層強
固な接合が達成される。

【００５１】以下、更に具体的な実験結果について述べ
る。（本発明例１）図３および図４を参照しつつ説明した手
順に従って、接合体を製造した。ただし、セラミックス
部材としては、モリブデン製のメッシュが埋設された相
対密度９９％以上の窒化アルミニウム基体を使用した。
窒化アルミニウム基体の背面側に直径５ｍｍ（図３にお
けるｍ）、深さ８ｍｍの収容孔６を設け、メッシュ５を
収容孔の底面に露出させた。収容孔のアール６ａの曲率
半径Ｒは０．５ｍｍとした。

【００５２】直径５ｍｍのチタン箔（厚さ５μｍ）３３
と、直径（図３におけるｒ）４．５ｍｍ、厚さ２００μ
ｍの銀板１３とを使用した。長さ５ｍｍの端子（金属部
材の一例）１２を収容孔内に挿入した。端子１２の中心
には、接合後にトルク試験を実施できるように、Ｍ３の
ネジ穴が深さ２ｍｍに加工されている。ただし、図３に
おいて、ｕを０．５ｍｍとし、ｓを２ｍｍとし、ｔを
０．０５ｍｍとし、ｑを４．０ｍｍとした。端子１２の
中心部分には、直径３ｍｍ、深さ３ｍｍの雌ねじを設け
た。端子１２に５０ｇの荷重を加えつつ、真空中で９７
０℃で熱処理を行い、ろう付けを行った。

【００５３】この結果、図４に示すような接合構造が形
成された。ここで、隆起部分１６ｂおよび１６ｄの底面
６ｂからの高さは０．５ｍｍであり、窒化アルミニウム
中にクラックは観察されなかった。

【００５４】この接合体を２個使用し、それぞれについ
て真空中で熱サイクル試験を実施した。接合体を室温か
ら６００℃まで加熱し、６００℃で１０分間保持し、室
温に下げるのを１サイクルとし、これを１０サイクル実
施した。そして、この接合体に６ｋｇ／ｃｍのトルクを
負荷し、次いで接合部分の断面を光学顕微鏡で観察した
が、接合部分に破断やクラックは生じなかった。

【００５５】また、この接合体を２個使用し、それぞれ
について真空中で高温保持試験をを実施した。接合体を
室温から６００℃まで加熱し、６００℃で５０時間保持
し、室温に下げた。そして、この接合体に６ｋｇ／ｃｍ
のトルクを負荷し、次いで接合部分の断面を光学顕微鏡
で観察したが、接合部分に破断やクラックは生じなかっ
た。

【００５６】また、本実施例の接合体の接合部分の断面
の光学顕微鏡写真を図６に示す。図４を参照しつつ説明
した構造を有していることが判る。

【００５７】（本発明例２）本発明例１と同様にして接
合体を製造した。ただし、間隙部の幅ｕは０．２ｍｍと
した。この結果、図４および図６に示したものと同様の
接合構造が形成された。ここで、隆起部分１６ｂおよび
１６ｄの底面６ｂからの高さは０．５ｍｍであり、窒化
アルミニウム中にクラックは観察されなかった。

【００５８】この接合体を２個使用し、それぞれについ
て真空中で前記の熱サイクル試験を実施した。接合部分
の断面を光学顕微鏡で観察したが、接合部分に破断やク
ラックは生じなかった。また、この接合体を２個使用
し、それぞれについて真空中で前記の高温保持試験を実
施した。接合部分の断面を光学顕微鏡で観察したが、接
合部分に破断やクラックは生じなかった。

【００５９】（本発明例３）本発明例１と同様にして接
合体を製造した。ただし、間隙部の幅ｕは０．８ｍｍと
した。この結果、図４および図６に示したものと同様の
接合構造が形成された。ここで、隆起部分１６ｂおよび
１６ｄの底面６ｂからの高さは０．５ｍｍであり、窒化
アルミニウム中にクラックは観察されなかった。

【００６０】この接合体を２個使用し、それぞれについ
て真空中で前記の熱サイクル試験を実施した。接合部分
の断面を光学顕微鏡で観察したが、接合部分に破断やク
ラックは生じなかった。また、この接合体を２個使用
し、それぞれについて真空中で前記の高温保持試験を実
施した。接合部分の断面を光学顕微鏡で観察したが、接
合部分に破断やクラックは生じなかった。

【００６１】（比較例１）図１および図２を参照しつつ
説明した手順に従って、接合体を製造した。ただし、セ
ラミックス部材１、収容孔６は本発明例１と同様とし
た。

【００６２】直径５ｍｍのチタン箔（厚さ５μｍ）３３
と、直径（図１におけるｐ）４．５ｍｍ、厚さ２００μ
ｍの銀板１３とを使用した。長さ５ｍｍの金属部材２を
収容孔内に挿入した。図１において、ｔを０．０５ｍｍ
とした。部材２の中心部分には、直径３ｍｍ、深さ３ｍ
ｍの雌ねじを設けた。部材２に５０ｇの荷重を加えつ
つ、真空中で９７０℃で熱処理を行い、ろう付けを行っ
た。

【００６３】この結果、図２に示すような接合構造が形
成された。ここで、接合層の底面６ｂからの最大高さｎ
（図１（ｂ）参照）は２ｍｍであった。比較例１の接合
体の接合部分の断面の光学顕微鏡写真を図７に示す。図
２を参照しつつ説明した構造を有していることが判る。
また、窒化アルミニウムの組織内に、細いクラック３０
が観察された。

【００６４】この接合体を２個使用し、それぞれについ
て前記の熱サイクル試験を実施した。接合部分の断面を
光学顕微鏡で観察したところ、接合部分に破断が見られ
た。また、この接合体を２個使用し、それぞれについて
前記の高温保持試験を実施した。接合部分の断面を光学
顕微鏡で観察したところ、接合部分に破断が見られた。

【００６５】（比較例２）比較例１と同様の手順に従っ
て、接合体を製造した。ただし、図１（ａ）に示すよう
に、直径９ｍｍのチタン箔（厚さ５μｍ）４を使用し
た。この結果、図２および図７に示したものと同様の接
合構造が形成された。ここで、接合層の底面６ｂからの
最大高さｎは４ｍｍであった。また、窒化アルミニウム
の組織内に、細いクラック３０が観察された。

【００６６】この接合体を２個使用し、それぞれについ
て前記の熱サイクル試験を実施した。接合部分の断面を
光学顕微鏡で観察したところ、接合部分に破断が見られ
た。また、この接合体を２個使用し、それぞれについて
前記の高温保持試験を実施した。接合部分の断面を光学
顕微鏡で観察したところ、接合部分に破断が見られた。

【００６７】（比較例３）比較例１と同様の手順に従っ
て、接合体を製造した。ただし、直径５ｍｍのチタン箔
（厚さ５μｍ）３３を使用し、かつ端子２の側壁面と収
容孔６の側壁面６ｃとの隙間の大きさｔを０．１ｍｍと
した。この結果、図２および図７に示したものと同様の
接合構造が形成された。ここで、接合層の底面６ｂから
の最大高さｎは３ｍｍであった。また、窒化アルミニウ
ムの組織内に、細いクラック３０が観察された。

【００６８】この接合体を２個使用し、それぞれについ
て前記の熱サイクル試験を実施した。接合部分の断面を
光学顕微鏡で観察したところ、接合部分に破断が見られ
た。また、この接合体を２個使用し、それぞれについて
前記の高温保持試験を実施した。接合部分の断面を光学
顕微鏡で観察したところ、接合部分に破断が見られた。

【００６９】

【発明の効果】以上から判るように、本発明によれば、
セラミックス部材の収容孔に金属部材の少なくとも一部
を収容し、金属部材とセラミックス部材とを接合する形
態の接合構造において、セラミックス部材に残留する応
力を減少させ、接合体を高温と低温との間の熱サイクル
に供したり、あるいは高温で長期間保持した場合にも、
セラミックス部材の方にクラックや破損が発生するおそ
れをなくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、参考例に係る接合構造を作製する直
前の段階を示す断面図であり、（ｂ）は、参考例に係る
接合構造を示す断面図である。

【図２】図１（ｂ）の接合構造の主要部分を拡大して示
す断面図である。

【図３】（ａ）は、本発明例に係る接合構造を作製する
直前の段階を示す断面図であり、（ｂ）は、本発明例に
係る接合構造を示す断面図である。

【図４】図３（ｂ）の接合構造の主要部分を拡大して示
す断面図である。

【図５】本発明の接合構造をセラミックス静電チャック
の保持構造に適用した実施例を示す断面図である。

【図６】図４の接合構造に対応するセラミックス組織お
よび金属組織を示す光学顕微鏡写真である。

【図７】図２の接合構造に対応するセラミックス組織お
よび金属組織を示す光学顕微鏡写真である。

【符号の説明】１セラミックス部材１ｃ円形の凹部４金
属箔５、３１網状電極ないしメッシュ６、２６、３０
収容孔６ｂ、２６ａ、３０ａ収容孔の底面
６ｃ、２６ｂ、３０ｂ収容孔の側壁面９セラミッ
クス部材とろう材との接合部分１０金属露出部と
ろう材との接合部分１２、２５金属部材１２
ｃ、２５ｃ、２９ｃリング状の凹部１２ｄ、２５ｄ、２９ｄ金属部材の先端部１２
ｅ、２５ａ、２９ａ金属部材の側壁面１２ｆ、２
５ｆ金属部材の本体３３金属箔１３円盤形
状のろう材１４間隙部１６、１６ａ接合層
１６ｂ第一の隆起部分１６ｃ陥没部分１
６ｄ第二の隆起部分２１円盤形状のセラミック
ス部材からなる静電チャック本体２２電極接合部
２３熱電対の接合部２９熱電対保護用の
ニッケル製のキャップ（金属部材の一例）３０ク
ラックｔ金属部材の側壁面と収容孔の側壁面との
距離ｓ収容孔の深さ方向に見た間隙部の寸法

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属部材と、この金属部材の少なくとも一
部を収容する収容孔を備えているセラミックス部材との
接合構造であって、前記金属部材が前記収容孔内に収容
されており、少なくとも前記金属部材の底面側で前記収
容孔の側壁面と前記金属部材との間に幅０．２ｍｍ以上
の間隙部が設けられており、前記金属部材と前記セラミ
ックス部材とを接合する接合層が前記金属部材の底面と
前記収容孔の底面との間に形成されており、かつこの接
合層の一部分が前記収容孔の底面を被覆するように前記
間隙部に露出していることを特徴とする、金属部材とセ
ラミックス部材との接合構造。
【請求項２】金属部材と、この金属部材の少なくとも一
部を収容する収容孔を備えているセラミックス部材との
接合構造であって、前記金属部材が前記収容孔内に収容
されており、前記金属部材が、本体とこの本体から前記
収容孔の底面側へと突出している先端部とを備えてお
り、前記先端部、前記本体、前記収容孔の側壁面および
前記収容孔の底面によって包囲された間隙部が形成され
ており、前記金属部材と前記セラミックス部材とを接合
する接合層が前記金属部材の底面と前記収容孔の底面と
の間に形成されており、かつこの接合層の一部分が前記
収容孔の底面を被覆するように前記間隙部に露出してい
ることを特徴とする、金属部材とセラミックス部材との
接合構造。
【請求項３】前記収容孔の幅方向に見た前記間隙部の寸
法が０．２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項２
記載の金属部材とセラミックス部材との接合構造。
【請求項４】前記間隙部に露出した前記接合層が、前記
金属部材の前記先端部の側壁面に対して濡れている第一
の隆起部分と、前記セラミックス部材の前記収容孔の側
壁面に対して濡れている第二の隆起部分と、前記第一の
隆起部分および前記第二の隆起部分の間に形成されてい
る陥没部分を備えていることを特徴とする、請求項２ま
たは３記載の金属部材とセラミックス部材との接合構
造。
【請求項５】金属部材と、この金属部材の少なくとも一
部を収容する収容孔を備えているセラミックス部材との
接合構造を製造する方法であって、前記金属部材を前記
収容孔内へと収容し、少なくとも前記金属部材の底面側
で前記収容孔の側壁面と前記金属部材との間に幅０．２
ｍｍ以上の間隙部を設け、前記金属部材と前記収容孔の
底面との間に接合用材料を介在させ、前記接合用材料を
加熱して前記金属部材の底面と前記収容孔の底面との間
に接合層を形成し、この接合層の一部分を前記収容孔の
底面を被覆するように前記間隙部に露出させることを特
徴とする、金属部材とセラミックス部材との接合構造の
製造方法。
【請求項６】金属部材と、この金属部材の少なくとも一
部を収容する収容孔を備えているセラミックス部材との
接合構造を製造する方法であって、前記金属部材が、本
体と、この本体から前記収容孔の底面側へと突出してい
る前記本体よりも横断面方向の寸法が小さい先端部とを
備えており、この金属部材を前記先端部側から前記収容
孔内へと収容し、この際前記先端部と前記収容孔の底面
との間に接合用材料を介在させ、前記先端部、前記本
体、前記収容孔の側壁面および前記収容孔の底面によっ
て間隙部を形成し、少なくとも前記接合用材料を加熱し
て前記金属部材の底面と前記収容孔の底面との間に接合
層を形成し、この接合層の一部分を前記収容孔の底面を
被覆するように前記間隙部に露出させることを特徴とす
る、金属部材とセラミックス部材との接合構造の製造方
法。
【請求項７】前記収容孔の幅方向に見た前記間隙部の寸
法を０．２ｍｍ以下とすることを特徴とする、請求項６
記載の金属部材とセラミックス部材との接合構造の製造
方法。
【請求項８】前記収容孔の底面から見た前記接合層の最
大高さが１．０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求
項７記載の金属部材とセラミックス部材との接合構造の
製造方法。