JPH09249462A - 接合体、その製造方法およびセラミックス部材用ろう材 - Google Patents
接合体、その製造方法およびセラミックス部材用ろう材Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】セラミックス部材に対する濡れ性が高いろう材
を提供し、各種の腐食物、特にハロゲン系腐食性ガスに
対する耐蝕性が高く、腐食性条件下で接合体を長期間使
用しても、接合体の強度等が保持されるような接合体を
提供する。 【解決手段】セラミックス部材と他の部材との間にろう
材を介在させ、このろう材を加熱することによって接合
体を製造する。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
らなり、ベリリウムが活性成分として含有されている。
を提供し、各種の腐食物、特にハロゲン系腐食性ガスに
対する耐蝕性が高く、腐食性条件下で接合体を長期間使
用しても、接合体の強度等が保持されるような接合体を
提供する。 【解決手段】セラミックス部材と他の部材との間にろう
材を介在させ、このろう材を加熱することによって接合
体を製造する。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
らなり、ベリリウムが活性成分として含有されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、接合体、その製造方法
およびセラミックス部材用ろう材に関するものである。
およびセラミックス部材用ろう材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
材とセラミックス部材との接合体、または窒化アルミニ
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。
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
材とセラミックス部材との接合体、または窒化アルミニ
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。この中でも、窒化アルミニウム
部材を金属部材に対して強固にろう付けすることは困難
であった。
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。この中でも、窒化アルミニウム
部材を金属部材に対して強固にろう付けすることは困難
であった。
【０００４】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．３１ １９９３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−Ｃｕ系合金、Ａ
ｇ−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。これ
らの活性金属は、窒化アルミニウム部材の表面付近に偏
在し、厚さ数μｍのオーダーの反応層を形成する。
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．３１ １９９３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−Ｃｕ系合金、Ａ
ｇ−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。これ
らの活性金属は、窒化アルミニウム部材の表面付近に偏
在し、厚さ数μｍのオーダーの反応層を形成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、こうした活性
金属の反応層が脆い金属間化合物となり、これによって
接合強度の低下をきたすことがあった。特に、本発明者
は、こうした活性金属が、耐蝕性が必ずしも良好ではな
いことを見いだした。
金属の反応層が脆い金属間化合物となり、これによって
接合強度の低下をきたすことがあった。特に、本発明者
は、こうした活性金属が、耐蝕性が必ずしも良好ではな
いことを見いだした。
【０００６】特に、半導体製造装置中においては、エッ
チングガス、クリーニングガス等としてハロゲン系腐食
性ガスを使用する。本発明者は、前記のような各種の金
属ろうを使用して窒化アルミニウムを他の金属部材と接
合して接合体を製造し、この接合体をハロゲン系腐食性
ガスに対して暴露する実験を行った結果、前記のような
活性金属を含有するろう材は、ハロゲン系腐食性ガスに
よる腐食をすみやかに受けることを発見した。この結
果、接合体の接合界面からのガスリークが発生し易くな
るので、この接合体を、気密性が要求される用途に使用
することができなくなった。また、接合体の接合強度が
著しく低下することがあった。このため、セラミックス
部材用のろう材に好適に使用でき、セラミックス、特に
非酸化物系セラミックスに対する濡れ性を向上させうる
ろう材が要請されており、特に高い耐蝕性をも有するろ
う材が要請されている。
チングガス、クリーニングガス等としてハロゲン系腐食
性ガスを使用する。本発明者は、前記のような各種の金
属ろうを使用して窒化アルミニウムを他の金属部材と接
合して接合体を製造し、この接合体をハロゲン系腐食性
ガスに対して暴露する実験を行った結果、前記のような
活性金属を含有するろう材は、ハロゲン系腐食性ガスに
よる腐食をすみやかに受けることを発見した。この結
果、接合体の接合界面からのガスリークが発生し易くな
るので、この接合体を、気密性が要求される用途に使用
することができなくなった。また、接合体の接合強度が
著しく低下することがあった。このため、セラミックス
部材用のろう材に好適に使用でき、セラミックス、特に
非酸化物系セラミックスに対する濡れ性を向上させうる
ろう材が要請されており、特に高い耐蝕性をも有するろ
う材が要請されている。
【０００７】本発明の課題は、セラミックス部材、特に
窒化アルミニウム等の非酸化物系セラミックス部材に対
する濡れ性が高いろう材を提供し、このろう材を使用し
た接合体を提供することである。
窒化アルミニウム等の非酸化物系セラミックス部材に対
する濡れ性が高いろう材を提供し、このろう材を使用し
た接合体を提供することである。
【０００８】また、本発明の課題は、各種の腐食物、特
にハロゲン系腐食性ガスに対する耐蝕性が高く、腐食性
条件下で接合体を長期間使用しても、接合体の強度や気
密性などが保持されるような接合体を提供することであ
る。
にハロゲン系腐食性ガスに対する耐蝕性が高く、腐食性
条件下で接合体を長期間使用しても、接合体の強度や気
密性などが保持されるような接合体を提供することであ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、セラミックス
部材と他の部材との接合体であって、セラミックス部材
と他の部材との間に接合層が形成されており、この接合
層の主成分が銅、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り、前記接合層に
ベリリウムが活性成分として含有されていることを特徴
とする、接合体に係るものである。
部材と他の部材との接合体であって、セラミックス部材
と他の部材との間に接合層が形成されており、この接合
層の主成分が銅、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り、前記接合層に
ベリリウムが活性成分として含有されていることを特徴
とする、接合体に係るものである。
【００１０】また、本発明は、セラミックス部材と他の
部材との間にろう材を介在させ、このろう材を加熱する
ことによって接合体を製造する方法であって、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り、かつベリリウムが
活性成分として含有されていることを特徴とする、接合
体の製造方法に係るものである。
部材との間にろう材を介在させ、このろう材を加熱する
ことによって接合体を製造する方法であって、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り、かつベリリウムが
活性成分として含有されていることを特徴とする、接合
体の製造方法に係るものである。
【００１１】また、本発明は、セラミックス部材を他の
部材と接合するためのろう材であって、このろう材の主
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り、かつベリリウムが活
性成分として含有されていることを特徴とする、セラミ
ックス部材用ろう材に係るものである。
部材と接合するためのろう材であって、このろう材の主
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り、かつベリリウムが活
性成分として含有されていることを特徴とする、セラミ
ックス部材用ろう材に係るものである。
【００１２】本発明者は、窒化アルミニウム部材を他の
部材と接合するための実験を行っていた。最初は、Ｎｉ
−Ｐろう、Ａｌ−Ｃｕろう、Ｃｕ−Ｎｉろう等について
検討したが、いずれも窒化アルミニウムに対する濡れ性
は不良であった。また、窒化アルミニウム部材の表面に
ニッケルメッキを施し、次いでＡｌ−Ｃｕろうを使用す
ることも検討したが、やはり窒化アルミニウム部材に対
する濡れ性は十分ではなかった。
部材と接合するための実験を行っていた。最初は、Ｎｉ
−Ｐろう、Ａｌ−Ｃｕろう、Ｃｕ−Ｎｉろう等について
検討したが、いずれも窒化アルミニウムに対する濡れ性
は不良であった。また、窒化アルミニウム部材の表面に
ニッケルメッキを施し、次いでＡｌ−Ｃｕろうを使用す
ることも検討したが、やはり窒化アルミニウム部材に対
する濡れ性は十分ではなかった。
【００１３】しかし、銅に対してベリリウムを添加して
製造したろう材が、窒化アルミニウムの表面に対してき
わめて良好に濡れ、接合体の接合強度が著しく向上する
ことを発見した。しかも、この接合体はきわめて高い耐
蝕性を有しており、特に高温下でハロゲン系腐食性ガス
に対して接触させても、接合部分の腐食が生じにくいこ
とを見いだし、本発明に到達した。
製造したろう材が、窒化アルミニウムの表面に対してき
わめて良好に濡れ、接合体の接合強度が著しく向上する
ことを発見した。しかも、この接合体はきわめて高い耐
蝕性を有しており、特に高温下でハロゲン系腐食性ガス
に対して接触させても、接合部分の腐食が生じにくいこ
とを見いだし、本発明に到達した。
【００１４】ここで、ろう材の主成分は、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
とを確認した。ここで、ろう材の主成分は、銅、アルミ
ニウム、ニッケルであって良く、または、これらの合金
であって良い。ハロゲン系腐食性ガスに対する耐食性の
必要な用途においては、Ａｇ系のろう材などは、耐蝕性
が低い。
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
とを確認した。ここで、ろう材の主成分は、銅、アルミ
ニウム、ニッケルであって良く、または、これらの合金
であって良い。ハロゲン系腐食性ガスに対する耐食性の
必要な用途においては、Ａｇ系のろう材などは、耐蝕性
が低い。
【００１５】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。
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。
【００１６】ベリリウムは活性金属としてろう材中に添
加する。ろう材中におけるベリリウムの含有割合は、ろ
う材に対して濡れ性を付与するのに有効な量である。ベ
リリウムの含有割合を０．２重量％以上とすることによ
って、ろう材の濡れ性、特に非酸化物系セラミックスに
対する濡れ性が著しく向上した。この観点からは、ベリ
リウムの含有割合を１重量％以上とすることが好まし
い。また、ベリリウムの含有割合を１０重量％以下とす
ることによって、過剰な金属間化合物の生成を防ぐこと
ができる。
加する。ろう材中におけるベリリウムの含有割合は、ろ
う材に対して濡れ性を付与するのに有効な量である。ベ
リリウムの含有割合を０．２重量％以上とすることによ
って、ろう材の濡れ性、特に非酸化物系セラミックスに
対する濡れ性が著しく向上した。この観点からは、ベリ
リウムの含有割合を１重量％以上とすることが好まし
い。また、ベリリウムの含有割合を１０重量％以下とす
ることによって、過剰な金属間化合物の生成を防ぐこと
ができる。
【００１７】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、５
０重量％以下とすることが好ましく、これが５０重量％
を越えると、ろう付け後の接合層中に金属間化合物が多
くなり、接合界面にクラックが発生する場合がある。
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、５
０重量％以下とすることが好ましく、これが５０重量％
を越えると、ろう付け後の接合層中に金属間化合物が多
くなり、接合界面にクラックが発生する場合がある。
【００１８】本発明の対象であるセラミックス部材とし
ては、一般的には緻密質アルミナまたは非酸化物系セラ
ミックス（特に窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪
素）を使用することが好ましく、窒化アルミニウムを使
用することが一層好ましい。また、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く、窒化アルミニ
ウム部材を使用することが一層好ましい。
ては、一般的には緻密質アルミナまたは非酸化物系セラ
ミックス（特に窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪
素）を使用することが好ましく、窒化アルミニウムを使
用することが一層好ましい。また、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く、窒化アルミニ
ウム部材を使用することが一層好ましい。
【００１９】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、ベリリウムおよび
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。
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、ベリリウムおよび
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。
【００２０】本発明によれば、前記したように、セラミ
ックス部材に対してろう材が強固に接合することによっ
て、接合強度が向上するだけでなく、接合層とセラミッ
クス部材との界面に沿った腐食の進行も防止できるため
に、金属部材の腐食が一層生じにくい。
ックス部材に対してろう材が強固に接合することによっ
て、接合強度が向上するだけでなく、接合層とセラミッ
クス部材との界面に沿った腐食の進行も防止できるため
に、金属部材の腐食が一層生じにくい。
【００２１】セラミックス部材として窒化アルミニウム
部材を使用し、かつアルミニウム合金ろうを使用する場
合には、濡れ性を一層向上させるために、ベリリウムを
１〜２重量％含有させ、珪素を９〜１２重量％含有させ
ることが好ましい。
部材を使用し、かつアルミニウム合金ろうを使用する場
合には、濡れ性を一層向上させるために、ベリリウムを
１〜２重量％含有させ、珪素を９〜１２重量％含有させ
ることが好ましい。
【００２２】また、接合にあたり、セラミックス部材の
表面に、またはセラミックス部材に接合されるろう材の
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、メッキ等の方法により設けることもでき
る。これらの膜によって、濡れ性が一層向上しうる。こ
れらの各金属膜の膜厚は、０．５μｍ〜５μｍとするこ
とが好ましい。
表面に、またはセラミックス部材に接合されるろう材の
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、メッキ等の方法により設けることもでき
る。これらの膜によって、濡れ性が一層向上しうる。こ
れらの各金属膜の膜厚は、０．５μｍ〜５μｍとするこ
とが好ましい。
【００２３】ハロゲン系腐食性ガスとしては、ＣＦ4 、
ＮＦ4 、ＣｌＦ3 を例示できる。ＣＦ4 、ＮＦ4 、Ｃｌ
Ｆ3 の中で、ＣｌＦ3 が特にＦラジカルの解離度が高
く、同じ温度およびプラズマ出力下において最も強い腐
食性を有している。接合層の厚さは、１μｍ以上とする
ことが好ましく、５００μｍ以下とすることが好まし
い。
ＮＦ4 、ＣｌＦ3 を例示できる。ＣＦ4 、ＮＦ4 、Ｃｌ
Ｆ3 の中で、ＣｌＦ3 が特にＦラジカルの解離度が高
く、同じ温度およびプラズマ出力下において最も強い腐
食性を有している。接合層の厚さは、１μｍ以上とする
ことが好ましく、５００μｍ以下とすることが好まし
い。
【００２４】他の部材としては、セラミックス部材また
は金属部材を使用できる。このセラミックス部材として
は、前記した緻密質アルミナおよび非酸化物系セラミッ
クスを使用することが好ましい。金属部材としては、特
に限定はないが、特にハロゲン系腐食性ガスに対してさ
らされる部材に対して適用した場合には，、ニッケル部
材が好ましい。
は金属部材を使用できる。このセラミックス部材として
は、前記した緻密質アルミナおよび非酸化物系セラミッ
クスを使用することが好ましい。金属部材としては、特
に限定はないが、特にハロゲン系腐食性ガスに対してさ
らされる部材に対して適用した場合には，、ニッケル部
材が好ましい。
【００２５】本発明の接合体を、ハロゲン系腐食性ガス
に対してさらされる部材に対して適用した場合には、特
に、ハロゲン系腐食性ガスを成膜用ガス、エッチング用
ガスとして使用する半導体製造装置内に設置するための
部材に対して適用することが、好適である。
に対してさらされる部材に対して適用した場合には、特
に、ハロゲン系腐食性ガスを成膜用ガス、エッチング用
ガスとして使用する半導体製造装置内に設置するための
部材に対して適用することが、好適である。
【００２６】こうした部材としては、窒化アルミニウム
基材中に抵抗発熱体を埋設したセラミックスヒーター、
窒化アルミニウム基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、窒化アルミニウム基材中
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、窒化アルミニウム基材中にプラズ
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。
基材中に抵抗発熱体を埋設したセラミックスヒーター、
窒化アルミニウム基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、窒化アルミニウム基材中
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、窒化アルミニウム基材中にプラズ
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。
【００２７】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。
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。
【００２８】本発明においては、通常のろう付けのよう
に、ろう材を溶融させてセラミックス部材を接合するこ
とができる。しかし、本発明者が検討を進めた結果、得
られた接合体を６００℃といった高温で長時間使用した
り、あるいは接合体を室温と６００℃との間での熱サイ
クルにかけたりした場合に、接合界面に残留する応力に
よって接合界面の強度が低下してくるおそれがあった。
に、ろう材を溶融させてセラミックス部材を接合するこ
とができる。しかし、本発明者が検討を進めた結果、得
られた接合体を６００℃といった高温で長時間使用した
り、あるいは接合体を室温と６００℃との間での熱サイ
クルにかけたりした場合に、接合界面に残留する応力に
よって接合界面の強度が低下してくるおそれがあった。
【００２９】そこで、セラミックス部材を他の部材と接
合する際に、両者の間にろう材を介在させ、ろう材の液
相線温度以下の温度で加熱しながら加圧することによっ
て、セラミックス部材と他の部材とを接合することを想
到した。この結果、従来のろう付け方法よりもはるかに
低い温度で強固な接合層を形成することができ、この接
合層に残留する応力を著しく減少させ、その耐熱性、耐
熱サイクル性を向上させることに成功した。ろう材の液
相線温度以下の温度で加熱する際の圧力は、５〜５０ｋ
ｇ／ｃｍ2 とすることが好ましい。
合する際に、両者の間にろう材を介在させ、ろう材の液
相線温度以下の温度で加熱しながら加圧することによっ
て、セラミックス部材と他の部材とを接合することを想
到した。この結果、従来のろう付け方法よりもはるかに
低い温度で強固な接合層を形成することができ、この接
合層に残留する応力を著しく減少させ、その耐熱性、耐
熱サイクル性を向上させることに成功した。ろう材の液
相線温度以下の温度で加熱する際の圧力は、５〜５０ｋ
ｇ／ｃｍ2 とすることが好ましい。
【００３０】
【発明の実施形態】以下、本発明を種々の形態の装置に
適用した実施形態を示す。図１は、静電チャックの保持
構造の一例を示す図である。図１において、１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
緻密質アルミナから形成することが好ましい。
適用した実施形態を示す。図１は、静電チャックの保持
構造の一例を示す図である。図１において、１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
緻密質アルミナから形成することが好ましい。
【００３１】４は、電極接合部であり、５は、熱電対の
接合部である。電極接合部４と熱電対接合部５との構造
の詳細が、図１に示されている。
接合部である。電極接合部４と熱電対接合部５との構造
の詳細が、図１に示されている。
【００３２】図１に示すように、静電チャック本体１の
内部の表面１ａの近傍には、メッシュ７が埋設されてい
る。このメッシュ７は、窒化アルミニウムヒーターの抵
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。
内部の表面１ａの近傍には、メッシュ７が埋設されてい
る。このメッシュ７は、窒化アルミニウムヒーターの抵
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。
【００３３】また、静電チャック本体１には孔部８が形
成されており、孔部８が、静電チャック本体１の裏面１
ｂに開口しており、孔部８の底面８ａに、メッシュ７の
一部分が露出している。ニッケル等の耐蝕性金属からな
る端子１２の先端側に、端子１２の他の部分よりも直径
が大きな円柱形状の先端部１２ａが形成されている。こ
の先端部１２ａの先端面１２ｂと、孔部８の底面８ａと
の間に、特定組成のろう材からなるシート１０Ａ、残留
応力緩和用のインサート材１１および特定組成のろう材
からなるシート１０Ｂを挿入し、ろう付けを行うことに
よって、電極接合部４を構成する。図１には、接合前の
状態を図示している。
成されており、孔部８が、静電チャック本体１の裏面１
ｂに開口しており、孔部８の底面８ａに、メッシュ７の
一部分が露出している。ニッケル等の耐蝕性金属からな
る端子１２の先端側に、端子１２の他の部分よりも直径
が大きな円柱形状の先端部１２ａが形成されている。こ
の先端部１２ａの先端面１２ｂと、孔部８の底面８ａと
の間に、特定組成のろう材からなるシート１０Ａ、残留
応力緩和用のインサート材１１および特定組成のろう材
からなるシート１０Ｂを挿入し、ろう付けを行うことに
よって、電極接合部４を構成する。図１には、接合前の
状態を図示している。
【００３４】静電チャック本体１には、静電チャック本
体１の裏面１ｂに開口する孔部９が形成されており、こ
の孔部９の底面９ａに窒化アルミニウムが露出してい
る。孔部９は孔部８よりも浅い。また、熱電対を形成す
る一対の電極１４の先端部１４ａの周囲には、熱電対保
護用のニッケル製のキャップ１５が設けられている。キ
ャップ１５の外径は、孔部９の内径より若干小さくなる
ように設計されており、これによって、孔部９の中にキ
ャップ１５を所定の隙間をもって容易に挿入できるよう
になっている。
体１の裏面１ｂに開口する孔部９が形成されており、こ
の孔部９の底面９ａに窒化アルミニウムが露出してい
る。孔部９は孔部８よりも浅い。また、熱電対を形成す
る一対の電極１４の先端部１４ａの周囲には、熱電対保
護用のニッケル製のキャップ１５が設けられている。キ
ャップ１５の外径は、孔部９の内径より若干小さくなる
ように設計されており、これによって、孔部９の中にキ
ャップ１５を所定の隙間をもって容易に挿入できるよう
になっている。
【００３５】そして、キャップ１５の先端面と、孔部９
の底部９ａとの間に、特定組成のろう材からなるシート
１０Ｃ、インサート材１３および特定組成のろう材から
なるシート１０Ｄを挿入し、ろう付けを行うことによっ
て、熱電対接合部５を構成する。
の底部９ａとの間に、特定組成のろう材からなるシート
１０Ｃ、インサート材１３および特定組成のろう材から
なるシート１０Ｄを挿入し、ろう付けを行うことによっ
て、熱電対接合部５を構成する。
【００３６】
（実施例１）窒化アルミニウム製のブロック（寸法は、
１５ｍｍ×１５ｍｍ×１０ｍｍを準備した。このブロッ
クの表面上に、ろう材からなるシートを直接載置した。
ろう材の材質としては、銅９８重量％＋ベリリウム２重
量％のろう材（融点は９８０℃）を使用した。この試料
について、ブロックおよびろう材を同時に１０００℃ま
で加熱し、１０００℃で３０分間保持し、次いで冷却し
た。この後、ブロックの表面にあるろう材の形状を観察
した。
１５ｍｍ×１５ｍｍ×１０ｍｍを準備した。このブロッ
クの表面上に、ろう材からなるシートを直接載置した。
ろう材の材質としては、銅９８重量％＋ベリリウム２重
量％のろう材（融点は９８０℃）を使用した。この試料
について、ブロックおよびろう材を同時に１０００℃ま
で加熱し、１０００℃で３０分間保持し、次いで冷却し
た。この後、ブロックの表面にあるろう材の形状を観察
した。
【００３７】図２は、実施例１のろう材を使用した場合
のブロックおよびろう材の状態を示す写真である。図２
に示すように、銅９８重量％＋ベリリウム２重量％のろ
う材を使用した場合には、ろう材が平たくなっており、
濡れ性が著しく向上していることが判る。
のブロックおよびろう材の状態を示す写真である。図２
に示すように、銅９８重量％＋ベリリウム２重量％のろ
う材を使用した場合には、ろう材が平たくなっており、
濡れ性が著しく向上していることが判る。
【００３８】（比較例１）実施例１と同様にしてろう材
の濡れ性を試験した。ただし、ろう材の材質としては、
銅９０重量％＋ニッケル１０重量％のろう材（比較例
１、融点は１１４０℃）を使用した。図３は、比較例１
のろう材を使用した場合のブロックおよびろう材の状態
を示す写真である。図３に示すように、比較例１の銅９
０重量％＋ニッケル１０重量％のろう材を使用した場合
には、ろう材が球形となっており、ブロックの表面が濡
れていない。
の濡れ性を試験した。ただし、ろう材の材質としては、
銅９０重量％＋ニッケル１０重量％のろう材（比較例
１、融点は１１４０℃）を使用した。図３は、比較例１
のろう材を使用した場合のブロックおよびろう材の状態
を示す写真である。図３に示すように、比較例１の銅９
０重量％＋ニッケル１０重量％のろう材を使用した場合
には、ろう材が球形となっており、ブロックの表面が濡
れていない。
【００３９】（比較例２、３）また、比較例２（ニッケ
ル８９重量％＋リン１１重量％）、比較例３（金８２重
量％＋銅１８重量％）の各ろう材を使用し、実施例１、
比較例１と同様の実験を行った。この結果、いずれも比
較例１と同様の結果が得られた。
ル８９重量％＋リン１１重量％）、比較例３（金８２重
量％＋銅１８重量％）の各ろう材を使用し、実施例１、
比較例１と同様の実験を行った。この結果、いずれも比
較例１と同様の結果が得られた。
【００４０】（比較例４）次に、前記ブロックの表面に
厚さ１０μｍのニッケルメッキを施し、この上にろう材
からなるシートを乗せ、実施例１と同様にしてろう材の
濡れ性を測定した。金８２重量％＋銅１８重量％の組成
のろう材を使用した。この結果、比較例１と同様の結果
が得られた。
厚さ１０μｍのニッケルメッキを施し、この上にろう材
からなるシートを乗せ、実施例１と同様にしてろう材の
濡れ性を測定した。金８２重量％＋銅１８重量％の組成
のろう材を使用した。この結果、比較例１と同様の結果
が得られた。
【００４１】（比較例５）前記ブロックの表面に厚さ１
０μｍのニッケルメッキを施し、この上にろう材からな
るシートを乗せ、実施例１と同様にしてろう材の濡れ性
を測定した。銅９０重量％＋ニッケル１０重量％の組成
のろう材を使用した。この結果、比較例１と同様の結果
が得られた。
０μｍのニッケルメッキを施し、この上にろう材からな
るシートを乗せ、実施例１と同様にしてろう材の濡れ性
を測定した。銅９０重量％＋ニッケル１０重量％の組成
のろう材を使用した。この結果、比較例１と同様の結果
が得られた。
【００４２】〔ハロゲン系腐食性ガスに対する耐蝕性の
試験〕表１に示す各組成を有するろう材を、それぞれ約
１ｍｇ用意し、これをＣｌＦ3 （０．１ｔｏｒｒ）に対
して４５０℃で２０時間暴露した。各ろう材について、
暴露前の重量と暴露後の重量とを測定した。この結果を
表１に示す。
試験〕表１に示す各組成を有するろう材を、それぞれ約
１ｍｇ用意し、これをＣｌＦ3 （０．１ｔｏｒｒ）に対
して４５０℃で２０時間暴露した。各ろう材について、
暴露前の重量と暴露後の重量とを測定した。この結果を
表１に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】比較例７、８、９においては、いずれも暴
露後の腐食による重量の減少が著しい。これに対して、
本発明の実施例２、３のろう材は、ＣｌＦ3 に対する暴
露の後にも重量の減少は見られない。
露後の腐食による重量の減少が著しい。これに対して、
本発明の実施例２、３のろう材は、ＣｌＦ3 に対する暴
露の後にも重量の減少は見られない。
【００４５】〔接合試験〕 （実施例４）窒化アルミニウム製のブロック（寸法は、
７ｍｍ×４０ｍｍ×２０ｍｍを２体準備した。一対のブ
ロックの間に上に、ろう材からなるシート（寸法は７ｍ
ｍ×４０ｍｍ×１００μｍ）を挟んだ。ろう材の材質と
しては、銅９８重量％＋ベリリウム２重量％のろう材
（融点は９８０℃）を使用した。この試料について、ブ
ロックおよびろう材を同時に１０００℃まで加熱し、１
０００℃で３０分間保持し、次いで冷却した。この際に
はとくに加圧は行わなかった。
７ｍｍ×４０ｍｍ×２０ｍｍを２体準備した。一対のブ
ロックの間に上に、ろう材からなるシート（寸法は７ｍ
ｍ×４０ｍｍ×１００μｍ）を挟んだ。ろう材の材質と
しては、銅９８重量％＋ベリリウム２重量％のろう材
（融点は９８０℃）を使用した。この試料について、ブ
ロックおよびろう材を同時に１０００℃まで加熱し、１
０００℃で３０分間保持し、次いで冷却した。この際に
はとくに加圧は行わなかった。
【００４６】こうして得られた接合体について、「ＪＩ
Ｓ Ｒ １６２４」に従って曲げ強度を測定したとこ
ろ、１３０ＭＰａであった。
Ｓ Ｒ １６２４」に従って曲げ強度を測定したとこ
ろ、１３０ＭＰａであった。
【００４７】（実施例５）実施例４と同様にして接合体
を製造した。ただし、ブロックおよびろう材を同時に９
００℃まで加熱し、この際に５０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力を
加えた。９００℃、５０ｋｇ／ｃｍ2 で３０分間保持
し、次いで圧力を解除して冷却した。こうして得られた
接合体の曲げ強度は、１６０ＭＰａであった。
を製造した。ただし、ブロックおよびろう材を同時に９
００℃まで加熱し、この際に５０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力を
加えた。９００℃、５０ｋｇ／ｃｍ2 で３０分間保持
し、次いで圧力を解除して冷却した。こうして得られた
接合体の曲げ強度は、１６０ＭＰａであった。
【００４８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、セ
ラミックス部材に対する濡れ性が高いろう材を提供する
ことができ、かつ、各種の腐食物、特にハロゲン系腐食
性ガスに対する耐蝕性が高く、腐食性条件下で接合体を
長期間使用しても、接合体の強度や気密性などが保持さ
れるような接合体を提供することができる。
ラミックス部材に対する濡れ性が高いろう材を提供する
ことができ、かつ、各種の腐食物、特にハロゲン系腐食
性ガスに対する耐蝕性が高く、腐食性条件下で接合体を
長期間使用しても、接合体の強度や気密性などが保持さ
れるような接合体を提供することができる。
【図１】静電チャック本体１およびその支持構造を示す
断面図である。
断面図である。
【図２】銅９８重量％＋ベリリウム２重量％の組成のろ
う材（実施例１）を使用した場合のブロックおよびろう
材の状態を示す写真である。
う材（実施例１）を使用した場合のブロックおよびろう
材の状態を示す写真である。
【図３】銅９０重量％＋ニッケル１０重量％の組成のろ
う材（比較例１）を使用した場合のブロックおよびろう
材の状態を示す写真である。
う材（比較例１）を使用した場合のブロックおよびろう
材の状態を示す写真である。
１ 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 ４ 電極接合部 ５ 熱電対の接合部 ７ メッシ
ュ ８ 孔部 ８ａ孔部８の底面 １０Ａ、１０
Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ ろう材からなるシート ろう材からなるシート １１ 残留応力緩和用のイン
サート材 １２ 端子 １３ インサート材 １
５ 熱電対保護用のニッケル製のキャップ
本体 ４ 電極接合部 ５ 熱電対の接合部 ７ メッシ
ュ ８ 孔部 ８ａ孔部８の底面 １０Ａ、１０
Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ ろう材からなるシート ろう材からなるシート １１ 残留応力緩和用のイン
サート材 １２ 端子 １３ インサート材 １
５ 熱電対保護用のニッケル製のキャップ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 37/02 Ｃ０４Ｂ 37/02 Ｂ
Claims (8)
- 【請求項１】セラミックス部材と他の部材との接合体で
あって、前記セラミックス部材と前記他の部材との間に
接合層が形成されており、この接合層の主成分が銅、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
以上の金属からなり、前記接合層にベリリウムが活性成
分として含有されていることを特徴とする、接合体。 - 【請求項２】セラミックス部材と他の部材との間にろう
材を介在させ、このろう材を加熱することによって接合
体を製造する方法であって、前記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り、かつベリリウムが活性成分とし
て含有されていることを特徴とする、接合体の製造方
法。 - 【請求項３】前記ろう材を液相線温度以下の温度で加熱
しながら加圧することによって前記接合体と前記他の部
材とを接合することを特徴とする、請求項２記載の接合
体の製造方法。 - 【請求項４】前記セラミックス部材が非酸化物セラミッ
クスであることを特徴とする、請求項２または３記載の
接合体の製造方法。 - 【請求項５】前記非酸化物セラミックスが窒化アルミニ
ウムであることを特徴とする、請求項４記載の接合体の
製造方法。 - 【請求項６】前記他の部材がニッケルからなることを特
徴とする、請求項２〜４のいずれか一つの請求項に記載
の接合体の製造方法。 - 【請求項７】セラミックス部材を他の部材と接合するた
めのろう材であって、この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
の金属からなり、かつベリリウムが活性成分として含有
されていることを特徴とする、セラミックス部材用ろう
材。 - 【請求項８】ハロゲン系腐食性ガスに対する耐蝕性を有
するろう材であることを特徴とする、請求項７記載のセ
ラミックス部材用ろう材。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8081954A JPH09249462A (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 接合体、その製造方法およびセラミックス部材用ろう材 |
| EP97301635A EP0795524B1 (en) | 1996-03-12 | 1997-03-12 | A composite article, and a process for producing a composite article by using a brazing agent |
| DE69706457T DE69706457T2 (de) | 1996-03-12 | 1997-03-12 | Ein verbundener Gegenstand, und ein Verfahren zur Herstellung eines verbundenen Gegenstandes unter Verwendung eines Hartlotes |
| US08/820,350 US5998041A (en) | 1996-03-12 | 1997-03-12 | Joined article, a process for producing said joined article, and a brazing agent for use in producing such a joined article |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8081954A JPH09249462A (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 接合体、その製造方法およびセラミックス部材用ろう材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09249462A true JPH09249462A (ja) | 1997-09-22 |
Family
ID=13760902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8081954A Pending JPH09249462A (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 接合体、その製造方法およびセラミックス部材用ろう材 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5998041A (ja) |
| EP (1) | EP0795524B1 (ja) |
| JP (1) | JPH09249462A (ja) |
| DE (1) | DE69706457T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016031973A1 (ja) * | 2014-08-28 | 2016-03-03 | 京セラ株式会社 | セラミック接合体およびこれを備える熱交換器 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6280584B1 (en) * | 1998-07-29 | 2001-08-28 | Applied Materials, Inc. | Compliant bond structure for joining ceramic to metal |
| DE60037069T2 (de) * | 1999-05-28 | 2008-09-11 | Denki Kagaku Kogyo K.K. | Schaltung mit Substrat |
| US6485816B2 (en) * | 2000-01-31 | 2002-11-26 | Ngk Insulators, Ltd. | Laminated radiation member, power semiconductor apparatus, and method for producing the same |
| US6635358B2 (en) * | 2000-07-27 | 2003-10-21 | Ngk Insulators, Ltd. | Composite member comprising bonded different members and method for making the composite member |
| TW200633947A (en) * | 2005-02-16 | 2006-10-01 | Ngk Insulators Ltd | Joined body and manufacturing method for the same |
| US7696455B2 (en) * | 2006-05-03 | 2010-04-13 | Watlow Electric Manufacturing Company | Power terminals for ceramic heater and method of making the same |
| EP2390037A1 (fr) * | 2009-06-15 | 2011-11-30 | Schneider Electric Industries SAS | Procédé d'assemblage par brasage réactif et ampoule à vide assemblée selon ce procédé |
| US8684256B2 (en) * | 2011-11-30 | 2014-04-01 | Component Re-Engineering Company, Inc. | Method for hermetically joining plate and shaft devices including ceramic materials used in semiconductor processing |
| US9624137B2 (en) * | 2011-11-30 | 2017-04-18 | Component Re-Engineering Company, Inc. | Low temperature method for hermetically joining non-diffusing ceramic materials |
| US10471531B2 (en) * | 2014-12-31 | 2019-11-12 | Component Re-Engineering Company, Inc. | High temperature resistant silicon joint for the joining of ceramics |
| WO2022075409A1 (ja) * | 2020-10-07 | 2022-04-14 | 株式会社 東芝 | 接合体、セラミックス回路基板、および半導体装置 |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL47264C (ja) * | 1935-07-25 | |||
| US3337334A (en) * | 1963-12-06 | 1967-08-22 | Lockheed Aircraft Corp | Beryllium-aluminum alloy |
| US3344505A (en) * | 1964-09-22 | 1967-10-03 | Westinghouse Electric Corp | Method of bonding a boron nitride body to a refractory metal |
| US3715206A (en) * | 1969-08-02 | 1973-02-06 | Toyoda Chuo Kenkyusho Kk | Heat resisting alloys |
| US3776472A (en) * | 1970-05-13 | 1973-12-04 | Exxon Production Research Co | Tool assembly |
| DE2055657A1 (en) * | 1970-11-12 | 1972-05-18 | Siemens Ag | Metal bonding to ceramics - using metal alloyed with cpd reducibly reactive with oxide ceramic |
| US3790371A (en) * | 1971-12-16 | 1974-02-05 | Usm Corp | Corrosion-resistant alloy |
| US4040822A (en) * | 1974-01-10 | 1977-08-09 | Alloy Metals, Inc. | Aluminum base fluxless brazing alloy |
| JPS6213055Y2 (ja) * | 1981-03-17 | 1987-04-04 | ||
| US4448853A (en) * | 1981-04-15 | 1984-05-15 | Bbc Brown, Boveri & Company, Limited | Layered active brazing material and method for producing it |
| US4447283A (en) * | 1982-03-04 | 1984-05-08 | Agency Of Industrial Science And Technology | Adhesive for ceramic articles and method for adhesion thereof |
| US4556534A (en) * | 1983-12-20 | 1985-12-03 | Dentsply Research & Development Corp. | Nickel based casting alloy |
| JPS60250893A (ja) * | 1984-05-25 | 1985-12-11 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | アルミニウム製熱交換器用アルミニウム合金ろう |
| US5013612A (en) * | 1989-11-13 | 1991-05-07 | Ford Motor Company | Braze material for joining ceramic to metal and ceramic to ceramic surfaces and joined ceramic to metal and ceramic to ceramic article |
| US5551997A (en) * | 1991-10-02 | 1996-09-03 | Brush Wellman, Inc. | Beryllium-containing alloys of aluminum and semi-solid processing of such alloys |
| EP0595254A1 (de) * | 1992-10-28 | 1994-05-04 | Degussa Ag | Verfahren zum Auflöten von Hartstoffen auf Stähle |
| US5598966A (en) * | 1994-07-19 | 1997-02-04 | Santa Barbara Research Center | Brazed lower vacuum housing for a dewar |
-
1996
- 1996-03-12 JP JP8081954A patent/JPH09249462A/ja active Pending
-
1997
- 1997-03-12 EP EP97301635A patent/EP0795524B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-03-12 US US08/820,350 patent/US5998041A/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-03-12 DE DE69706457T patent/DE69706457T2/de not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016031973A1 (ja) * | 2014-08-28 | 2016-03-03 | 京セラ株式会社 | セラミック接合体およびこれを備える熱交換器 |
| JPWO2016031973A1 (ja) * | 2014-08-28 | 2017-06-01 | 京セラ株式会社 | セラミック接合体およびこれを備える熱交換器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69706457D1 (de) | 2001-10-11 |
| US5998041A (en) | 1999-12-07 |
| DE69706457T2 (de) | 2002-05-23 |
| EP0795524A1 (en) | 1997-09-17 |
| EP0795524B1 (en) | 2001-09-05 |
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