JP2002121083A

JP2002121083A - セラミック部材と金属部材の接合体及びこれを用いたウエハ支持部材

Info

Publication number: JP2002121083A
Application number: JP2000309942A
Authority: JP
Inventors: Masao Yoshida; 政生吉田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2002-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】熱サイクルに伴って発生する熱応力によって板
状セラミック体と筒状金属体のフランジ部を接合するロ
ウ材層との間に隙間ができたり、剥離すること、及び板
状セラミック体にクラックが発生することを効果的に防
ぎ、接合部の耐久性を大幅に向上させる。【解決手段】板状セラミック体11に筒状金属体13のフラ
ンジ部13aを、厚みＪが15〜200μｍであるロウ材層14を
介して接合し、かつ上記フランジ部13aに前記板状セラ
ミック体11との熱膨張差が2×10^-6／℃以下の応力緩和
部材１を、厚みＫが15〜200μｍであるロウ材層15で接
合するとともに、上記各ロウ材層14,15をそれぞれ上記
フランジ部13aの外側において一体化させて、上記板状
セラミック体11から上記応力緩和部材１にわたって滑ら
かな凹状の曲面を有するメニスカスＰを形成し、該メニ
スカスＰと上記板状セラミック体11とのなす角度を４０
°以下としてウエハ支持部材を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック部材と
金属部材とをロウ材層を介して接合してなる接合体と、
これを用いたウエハ支持部材に関するものであり、上記
ウエハ支持部材としては、特にＰＶＤ、ＣＶＤ、スパッ
タリング等の成膜処理やエッチング処理を施すための半
導体製造装置用として好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、セラミック部材と金属部材とを接
合した接合体を得るにあたり、両部材をロウ材層を介し
て接合することが行われている。

【０００３】例えば、半導体装置の製造工程において、
半導体ウエハ（以下、ウエハと称す。）に薄膜を形成す
るＰＶＤ、ＣＶＤ、スパッタリング等の成膜装置や、半
導体ウエハに微細加工を施すドライエッチング装置等の
半導体製造装置には、半導体ウエハを真空処理室内に保
持するためにサセプターや静電チャックと呼ばれるウエ
ハ支持部材が使用され、該ウエハ支持部材としては、図
４に示すような板状セラミック体１１の上面にウエハ３
０を載せる載置面１１ａを有し、その内部に内部電極１
２を備えるとともに、上記板状セラミック体１１の下面
に、筒状金属体１３の上端に備えるフランジ部１３ａを
ロウ材層３４を介して気密接合したものがあった。

【０００４】なお、このウエハ支持部材は、筒状金属体
１３の下端に備えるフランジ部１３ｂをＯリング１７を
介して真空処理室１８の底面に気密接合してあり、板状
セラミック体１１の下面に備える、内部電極１２への通
電端子２１、熱電対等の温度検出素子２２、測温用光フ
ァイバー等のウエハ３０の温度検出素子２３とそれぞれ
接続された導線を筒状金属体１３の内側を通って外部へ
導出するようになっていた。

【０００５】そして、このウエハ支持部材を使用するに
は、載置面１１ａにウエハ３０を載置しておいて、真空
処理室１８の内部を真空とし、内部電極１２を静電吸着
用として用いる場合には、ウエハ３０と内部電極１２と
の間に直流電圧を印加して静電吸着力を発現させること
によって載置面１１ａ上のウエハ３０を吸着固定して各
種処理を行い、また、内部電極１２をヒータ電極として
用いる場合には、内部電極１２に交流電圧を印加するこ
とで、載置面１１ａ上のウエハ３０を加熱しながら各種
処理を行うようになっていた。

【０００６】この時、筒状金属体１３の上下端はそれぞ
れ気密接合されているため、この筒状金属体１３の内側
は、真空処理室１８内の雰囲気と遮断することができ
る。即ち、真空処理室１８内は１.３×１０^-7Ｐａ以下
の高真空で、腐食性ガスが導入された高温下にあるが、
筒状金属体１３の内側は外部と連通した大気雰囲気とす
ることができる。その為、温度検出素子２２，２３や通
電端子２１あるいはこれらに接続された導体が腐食性ガ
スに曝されることを防ぐことできるようになっている。

【０００７】また、上記板状セラミック体１１の材質と
して、近年、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミッ
クスが用いられる一方、筒状金属体１３は金属で形成さ
れており、両部材の熱膨張差に伴う応力を緩和するため
に、筒状金属体１３のフランジ部１３ａの肉厚は０．１
〜２ｍｍ程度の薄肉とされていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した半
導体製造装置では、１００〜３００℃、さらには６００
℃程度の高温条件でウエハ３０に各種処理を施すことが
多く、上記ウエハ支持部材には常温から各種処理の間で
の熱サイクルが加わることになる。

【０００９】その為、この熱サイクルによる熱応力が、
筒状金属体１３と板状セラミック体１１とのロウ材層３
４に集中して繰り返し発生することから、図５（ａ）
（ｂ）に示すように筒状金属体１３のフランジ部１３ａ
がクリープ変形してロウ材層３４に隙間が生じたり、あ
るいは筒状金属体１３のフランジ部１３ａが板状セラミ
ック体１１から剥離してしまうといった課題があった。
即ち、加熱時に通常の形状で接合していた熱膨脹率の大
きい筒状金属体１３と熱膨脹率の小さい板状セラミック
板１１とが冷却されると、板状セラミック体１１より筒
状金属体１３の方が収縮が進み、ロウ材層３４で筒状金
属体１３及び板状セラミック体１１の両部材に引張応力
が作用し、この状態が進行するとロウ材層３４より剥離
や割れが生じるというものであった。

【００１０】そして、この課題は図４に示すウエハ支持
部材において、数サイクルから数十サイクルの使用で発
生し、半導体製造装置のように高真空状態が要求される
場合、ウエハ支持部材を構成する板状セラミック体１１
と筒状金属体１３との間からガスリークが発生し、高真
空状態を維持できなくなるとともに、ガスリークが発生
すると、真空処理室１８内の腐食性ガスが筒状金属体１
３の内側に侵入し、温度検出素子２２，２３、通電端子
２１、及び導体を腐食させるといった課題もあった。

【００１１】そこで、本件出願人はこれらの課題を解決
するため、図６に示すように、筒状金属体１３のフラン
ジ部１３ａの下面に、板状セラミック体１１との熱膨張
差が近似したリング状の応力緩和部材１６をロウ材層３
５を介して接合するウエハ支持部材を先に提案している
（特開平９−２１３７７５号公報参照）。

【００１２】このウエハ支持部材では、筒状金属体１３
のフランジ部１３ａを、熱膨張係数が近似した板状セラ
ミック体１１と応力緩和部材１６とで挟持し、フランジ
部１３ａの変形を拘束することができるため、ロウ材層
３４に隙間ができることを効果的に防ぐことができると
いった利点があった。

【００１３】しかしながら、特開平９−２１３７７５号
公報に開示した技術では、板状セラミック体１１と筒状
金属体１３のフランジ部１３ａとを接合するロウ材層３
４及び応力緩和部材１６と筒状金属体１３のフランジ部
１３ａとを接合するロウ材層３５がそれぞれ外側に流出
して板状セラミック体１１と応力緩和部材１６との間に
筒状金属体１３のフランジ部１３ａを覆うロウ材溜まり
Ｑが形成される恐れがあり、このロウ材溜まりＱができ
ると、熱サイクルによってロウ材溜まりＱに熱応力が集
中し、結果として板状セラミック体１１にクラックが発
生するといった恐れがあった。

【００１４】そこで、本件出願人は、この課題を解決す
るものとして、図７に示すように、応力緩和部材１６に
おける上記筒状金属体１３のフランジ部１３ａとの接合
面側の外周エッジ部に切欠部１６ａを設けるとともに、
該切欠部１６ａの始点Ｓを上記フランジ部１３ａの外側
に形成し、切欠部１６ａの始点Ｓからフランジ部１３ａ
の外周までの距離Ｌが０ｍｍ＜Ｌ≦２ｍｍとなるように
してロウ付け接合することを提案している（特開２００
０−１６９２５２）。

【００１５】ところが、近年、板状セラミック体１１と
筒状金属体１３の接合強度を高めることが望まれてお
り、上記板状セラミック体１１と上記筒状金属体１３の
フランジ部１３ａとを接合するロウ材層３４及び上記応
力緩和部材１６と上記筒状金属体１３のフランジ部１３
ａとを接合するロウ材層３５の厚みをそれぞれ１５μｍ
以上とし、強度アップを図ることが求められている。

【００１６】しかしながら、各ロウ材層３４，３５の厚
みが１５μｍ以上となると、応力緩和部材１６の外周エ
ッジ部に切欠部１６ａを形成したとしても、図６に示す
接合構造と同様に、板状セラミック体１１と応力緩和部
材１６との間に筒状金属体１３のフランジ部１３ａを覆
うロウ材溜まりが形成され、このロウ材溜まりに熱サイ
クルによって熱応力が集中する結果、板状セラミック体
１１にクラックが発生するといった課題があった。

【００１７】

【発明の目的】本発明の目的は、セラミック部材と金属
部材のフランジ部とをロウ材層を介して強固に接合する
ことができるとともに、大きな熱応力が繰り返し加わっ
たとしてもセラミック部材が破損することのないセラミ
ック部材と金属部材の接合体及びこれを用いたウエハ支
持部材を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、請求項１に係る発明は、セラミック部材に金
属部材のフランジ部をロウ材層を介して接合するととも
に、上記フランジ部に前記セラミック部材との熱膨張差
が２×１０^-6／℃以下の応力緩和部材をロウ材層を介し
て接合してなるセラミック部材と金属部材の接合体にお
いて、上記セラミック部材と上記金属部材のフランジ部
とを接合するロウ材層及び上記応力緩和部材と上記金属
部材のフランジ部とを接合するロウ材層の厚みをそれぞ
れ１５〜２００μｍとするとともに、上記セラミック部
材と上記金属部材のフランジ部とを接合するロウ材層及
び上記応力緩和部材と上記金属部材のフランジ部とを接
合するロウ材層とが上記金属部材のフランジ部外側にお
いて一体化され、かつ上記セラミック部材から上記応力
緩和部材にわたって滑らかな凹状の曲面を有するメニス
カスを形成してなり、該メニスカスと上記セラミック部
材とのなす角度が４０°以下となるようにしたことを特
徴とする。

【００１９】請求項２に係る発明は、上記応力緩和部材
の上記フランジ部との接合面側の外周エッジ部に切欠部
を設け、該切欠部の始点が上記金属部材のフランジ部の
外周より内側に位置するように配置するとともに、上記
切欠部の始点からフランジ部の外周までの距離Ｌが０ｍ
ｍ＜Ｌ≦２ｍｍとなるようにしたことを特徴とする。

【００２０】請求項３に係る発明は、上記セラミック部
材と上記金属部材のフランジ部とを接合するロウ材層及
び上記応力緩和部材と上記金属部材のフランジ部とを接
合するロウ材層の降伏応力をそれぞれ１９６〜９８０Ｍ
Ｐａとしたことを特徴とする。

【００２１】請求項４に係る発明は、上記応力緩和部材
に形成する切欠部をテーパ面又は凸状の曲面としたこと
を特徴とする。

【００２２】請求項５に係る発明は、ウエハの載置面を
有する板状セラミック体の下面に、筒状金属体のフラン
ジ部をロウ材層を介して接合するとともに、上記フラン
ジ部に前記板状セラミック体との熱膨張差が２×１０^-6
／℃以下の応力緩和部材をロウ材層を介して接合してな
るウエハ支持部材において、上記板状セラミック体と上
記筒状金属体のフランジ部とを接合するロウ材層及び上
記応力緩和部材と上記筒状金属体のフランジ部とを接合
するロウ材層の厚みをそれぞれ１５〜２００μｍとする
とともに、上記板状セラミック体と上記筒状金属体のフ
ランジ部とを接合するロウ材層及び上記応力緩和部材と
上記筒状金属体のフランジ部とを接合するロウ材層とが
上記筒状金属体のフランジ部外側において一体化され、
かつ上記板状セラミック体から上記応力緩和部材にわた
って滑らかな凹状の曲面を有するメニスカスを形成して
なり、該メニスカスと上記板状セラミック体とのなす角
度を４０°以下としたことを特徴とする。

【００２３】請求項６に係る発明は、上記ウエハ支持部
材において、応力緩和部材のフランジ部との接合面側の
外周エッジ部に切欠部を設け、該切欠部の始点が上記金
属部材のフランジ部の外周より内側に位置するように配
置するとともに、上記切欠部の始点からフランジ部の外
周までの距離Ｌが０ｍｍ＜Ｌ≦２ｍｍとなるようにした
ことを特徴とする。

【００２４】請求項７に係る発明は、上記ウエハ支持部
材において、板状セラミック体と筒状金属体のフランジ
部とを接合するロウ材層及び応力緩和部材と筒状金属体
のフランジ部とを接合するロウ材層の降伏応力をそれぞ
れ１９６〜９８０ＭＰａとしたことを特徴とする。

【００２５】請求項８に係る発明は、上記ウエハ支持部
材において、上記応力緩和部材を形成する切欠部をテー
パ面又は凸状の曲面としたことを特徴とする。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００２７】図１は本発明のセラミック部材と金属部材
との接合体を、半導体ウエハを保持するウエハ支持部材
に適用した例を示す断面図であり、図２はその要部であ
る接合部を示す拡大断面図である。なお、従来例と同一
部分は同一符号で表す。

【００２８】このウエハ支持部材は、板状セラミック体
１１の上面を半導体ウエハ３０を載せる載置面１１ａと
し、その内部に内部電極１２を埋設している。また、板
状セラミック体１１の下面には、筒状金属体１３の上端
に備えるフランジ部１３ａを、厚みＪが１５〜２００μ
ｍのロウ材層１４を介して気密接合するとともに、この
フランジ部１３ａの下面に、厚みＫが１５〜２００μｍ
のロウ材層１５を介して上記板状セラミック体１１との
熱膨張差が２×１０^-6／℃以下であるリング状をした応
力緩和部材１を接合してある。そして、筒状金属体１３
の下端に備えるフランジ部１３ｂをＯリング１７を介し
て真空処理室１８の底面に気密接合してウエハ支持部材
を真空処理室１８内に設置してある。

【００２９】また、板状セラミック体１１の下面には、
内部電極１２への通電端子２１や、板状セラミック体１
１の温度を測定する熱電対等の温度検出素子２２、ある
いはウエハ３０の温度を測定する測温用光ファイバー等
の温度検出素子２３を設置してあり、これらと接続され
る導線を筒状金属体１３の内側を通って外部へ導出する
ようになっている。

【００３０】さらに、上記応力緩和部材１は、筒状金属
体１３のフランジ部１３ａの幅Ｎ以下の幅Ｍを有し、上
記フランジ部１３ａとの接合面側の外周エッジ部には周
方向に沿ってテーパ面状の切欠部２を形成してあり、上
記板状セラミック体１１と上記筒状金属体１３のフラン
ジ部１３ａとを接合するロウ材層１４と上記応力緩和部
材１と上記筒状金属体１３のフランジ１３ａとを接合す
るロウ材層１５とが上記筒状金属体１３のフランジ部１
３ａの外側を覆うように一体化され、かつ板状セラミッ
ク体１１の下面から応力緩和部材１の切欠部２にわたっ
て滑らかな凹状の曲面を有するメニスカスＰが形成され
るようにしてあり、該メニスカスＰと板状セラミック体
１１とのなす角度αが４０°以下となるようにしてあ
る。

【００３１】そして、このウエハ支持部材を使用するに
は、載置面１１ａにウエハ３０を載置しておいて、真空
処理室１８の内部を真空とし、内部電極１２を静電吸着
用として用いる場合には、ウエハ３０と内部電極１２と
の間に直流電圧を印加して静電吸着力を発現させること
によって載置面１１ａ上のウエハ３０を吸着固定して各
種処理を行い、また、内部電極１２をヒータ電極として
用いる場合には、内部電極１２に交流電圧を印加するこ
とで、載置面１１ａ上のウエハ３０を加熱しながら各種
処理を行うようになっている。

【００３２】この時、筒状金属体１３の上下端はそれぞ
れ気密接合してあるため、この筒状金属体１３の内側
は、真空処理室１８の内部と完全に遮断することができ
る。即ち、真空処理室１８内は１.３×１０^-7Ｐａ以下
の高真空で、腐食性ガスが導入された高温下にあるが、
筒状金属体１３の内側は外部と連通した大気雰囲気とす
ることができる。

【００３３】その為、筒状金属体１３内に設けられた温
度検出素子２２，２３や通電端子２１あるいはこれらに
接続された導体が腐食性ガスに曝されることを防ぐこと
できる。

【００３４】また、本発明によれば、筒状金属体１３の
フランジ部１３ａの下面に、板状セラミック体１１との
熱膨張差が２×１０^-6／℃以下である応力緩和部材１を
接合してあることから、熱サイクルが加わってもロウ材
層１４に隙間が生じ難くすることができ、ガスリークの
発生を防ぐことができる。

【００３５】即ち、図２に接合部の拡大断面図を示すよ
うに、板状セラミック体１１の下面にロウ材層１４によ
って筒状金属体１３のフランジ部１３ａを接合するとと
もに、このフランジ部１３ａの反対側の下面には、ロウ
材層１５を介してリング状の応力緩和部材１を接合する
のであるが、熱サイクルが加わったときに、板状セラミ
ック体１１と筒状金属体１３のフランジ部１３ａとの間
に熱膨張差が生じても、上記フランジ部１３ａは板状セ
ラミック体１１と板状セラミック体１１との熱膨張差が
近似した応力緩和部材１とで挟持して拘束することがで
きるため、フランジ部１３ａが変形することを防止する
ことができる。その結果、ロウ材層１４に隙間が生じ難
く、ガスリークの発生を効果的に防ぐことができる。

【００３６】さらに、本発明では、板状セラミック体１
１と筒状金属体１３のフランジ部１３ａとを接合するロ
ウ材層１４及び応力緩和部材１と筒状金属体１３のフラ
ンジ部１３ａとを接合するロウ材層１５の厚みＪ，Ｋを
それぞれ１５〜２００μｍとして接合強度を高めてある
が、各ロウ材層１４，１５の厚さＪ，Ｋを１５μｍ以上
とする場合、応力緩和部材１の幅Ｍを筒状金属体１３の
フランジ１３aの幅Ｎより短くするとともに、応力緩和
部材１に形成した切欠部２の始点Sをフランジ部１３aよ
りも内側に位置するように、上記フランジ部１３aとの
接合面３側の外周エッジ部に、周方向に沿ってテーパ面
状の切欠部２を形成してあるため、各ロウ材層１４，１
５の厚みＪ，Ｋを１５〜２００μｍと厚くして外側にロ
ウ材が流出し、筒状金属体１３のフランジ部１３ａの外
側において各ロウ材層１４，１５が一体化しても、板状
セラミック体１１の下面から応力緩和部材１の切欠部２
にわたって滑らかな凹状の曲面を有するメニスカスＰを
形成することができ、図６に示す従来のようにロウ材溜
まりQが形成されることを効果的に防ぐことができる。

【００３７】ただし、板状セラミック体１１の下面から
応力緩和部材１の切欠部２にわたって滑らかな凹状の曲
面を有するメニスカスＰを形成したとしても、メニスカ
スPと板状セラミック体１１とのなす角度αが４０°を
超えると、メニスカスの端部に応力が集中し、板状セラ
ミック体１１にクラックが発生するのであるが、本発明
は、上述したようにメニスカスPと板状セラミック体１
１とのなす角度αを４０°以下としてあることから、ロ
ウ材層１４の剥離や板状セラミック体１１の破損を効果
的に防止することができる。なお、好ましくは、メニス
カスPと板状セラミック体１１とのなす角度αを３０°
以下とすることが良い。なお、メニスカスPと板状セラ
ミック体１１とのなす角度αは、メニスカスＰの先端か
らフランジ部１３ａの外周までの距離の３０％以上の長
さにおけるメニスカスＰの曲線を直線に近似し、この直
線と板状セラミック体１１とのなす角度のうち最も小さ
い値を角度αとした。

【００３８】ところで、各ロウ材層１４，１５の厚さ
Ｊ，Ｋを１５μｍ以上としたのは、ロウ材層１４，１５
の厚さＪ，Ｋが１５μｍ未満になると、１８０ＭＰａ以
上の引張強度を確保することができないからで、望まし
くは３０μｍ以上とすることが良い。また、ロウ材層１
４，１５の厚さＪ，Ｋが２００μｍを越えると、応力緩
和部材１を設けたとしてもフランジ部１３aの変形を防
止する効果が乏しいからで、望ましくは１００μｍ以下
とすることが良い。

【００３９】また、各ロウ材層１４，１５の降伏応力は
１９６ＭＰａ以上とすることが良い。これは、ロウ材層
１４，１５の降伏応力が１９６ＭＰａ未満となると、フ
ランジ部１３aの変形によってロウ材層１４，１５が破
損し、接合部の気密性が損なわれるからで、望ましくは
２５０ＭＰａ以上のものを用いることが好ましい。ただ
し、ロウ材層１４，１５の降伏応力が９８０ＭＰａを超
えると、ロウ材の応力集中により、板状セラミック体１
１又は応力緩和部材１を破損させる恐れがあるからであ
る。その為、ロウ材層１４，１５としては、その降伏応
力が１９６〜９８０ＭＰａの範囲にあるものを用いるこ
とが良く、好ましくは２５０〜７８０ＭＰａの範囲にあ
るものを用いることが良い。なお、このようなロウ材層
１４，１５を形成するロウ材としては、高温中で溶融、
液化を生じないものが良く、具体的にはＡｇ，Ａｕ，Ａ
ｌ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｎを主体とするロウ材を用い
ることかができ、これらの中でも特にＡｇ−Ｃｕ系、Ｔ
ｉ−Ｃｕ−Ａｇ系、Ａｕ−Ｎｉ系のロウ材を用いること
が良い。

【００４０】また、上記応力緩和部材１の材質として
は、板状セラミック体１１との熱膨張率差が２×１０^-6
／℃以下の範囲にあれば金属やセラミックスのいずれの
材質を用いても良いが、特に、板状セラミック体１１と
同じ主成分のセラミックス、望ましくは板状セラミック
体１１と同一のセラミックスを用いることが好適であ
る。

【００４１】また、応力緩和部材１の厚みＷは１ｍｍ以
上とすることが良い。これは、厚みＷが１ｍｍ未満で
は、フランジ部１３ａの変形を防止する効果が乏しいか
らで、望ましくは５ｍｍ以上が良い。なお、上限につい
ては特に制約はないが、構造上許容される範囲内とすれ
ば良い。

【００４２】さらに、応力緩和部材１をフランジ部１３
ａに接合した際、応力緩和部材１の接合面３と切欠部２
をなすテーパ面４との交点を切欠部２の始点Ｓとした
時、この始点Ｓがフランジ部１３aの外周より内側に位
置することが重要であり、切欠部２の始点Ｓからフラン
ジ部１３ａの外周までの距離Ｌは０ｍｍ＜Ｌ≦２ｍｍと
することが重要である。

【００４３】これは切欠部２の始点Ｓからフランジ部１
３ａの外周までの距離Ｌが０ｍｍ未満であると、応力緩
和部材１に切欠部２を設けたことによる効果がなく、図
６に示す従来技術のように、フランジ部１３ａの外側に
ロウ材溜まりが形成されるからであり、逆に、切欠部２
の始点Ｓからフランジ部１３ａの外周までの距離Ｌが２
ｍｍを越えると、応力緩和部材１とフランジ部１３ａの
接合面積が小さくなるため、応力を緩和する効果が小さ
く、ロウ材層１４の剥離等を生じる恐れがあるからであ
る。

【００４４】なお、好ましくは、切欠部２の始点Ｓから
フランジ部１３ａの外周までの距離Ｌは０.６ｍｍ≦Ｌ
≦１．３ｍｍとすることが良い。

【００４５】また、切欠部２をなすテーパ面４の接合面
３に対する傾斜角度βは、２０°〜７０°とするととも
に、切欠部２の幅Ｔは、０．３ｍｍ以上とすることが好
ましい。これは、傾斜角度βが２０°未満では、外側へ
はみ出したロウ材層１５を構成するロウ材が切欠部２の
テーパ面４へ流れ難く、板状セラミック体１１の下面か
ら応力緩和部材１の切欠部２にわたって滑らかな凹状の
曲面を有するメニスカスＰを形成することができないか
らであり、逆に、傾斜角度βが７０°を越えると、外側
へはみ出したロウ材層１５を構成するロウ材が切欠部２
のテーパ面４へ流れるものの、テーパ面４の傾斜がきつ
いため、板状セラミック体１１の下面から応力緩和部材
１の切欠部２にわたって滑らかな凹状の曲面を有するメ
ニスカスＰを形成することができず、熱サイクルに伴う
熱応力を十分に吸収することができないために、応力緩
和部材１に割れが発生する恐れがあるからである。

【００４６】また、切欠部２の幅Ｔが０．３ｍｍ未満で
は、外側にはみ出したロウ材をテーパ面４に沿って逃が
す効果がなく、板状セラミック体１１と応力緩和部材１
の切欠部２との間にロウ材溜まりが形成されることを防
ぐ効果が殆ど得られないからである。なお、切欠部２の
幅Ｔとは、切欠部２の始点Ｓから応力緩和部材１の外周
より引いた延長線までの最短距離のことである。

【００４７】一方、筒状金属体１３に有するフランジ部
１３ａの肉厚Ｕは、板状セラミック体１１との熱膨張差
に伴う応力を小さくする観点からできるだけ薄い方が良
く、２．０ｍｍ以下とすることが良い。ただし、肉厚Ｕ
が０．０５ｍｍ以下となると強度不足となる。その為、
フランジ部１３ａの肉厚Ｕは、０．０５〜２．０ｍｍが
良く、好ましくは０．１〜２．０ｍｍの範囲が良い。

【００４８】ところで、この実施形態において、板状セ
ラミック体１１を成すセラミックスとしては、Ａｌ
₂Ｏ₃，ＡｌＮ，ＺｒＯ₂，ＳｉＣ，Ｓｉ₃Ｎ₄等の一種以
上を主成分とするセラミックスを用いることができる。
これらの中でも特に腐食性ガスに対する耐食性及び耐プ
ラズマ性の点から、９９重量％以上のＡｌ₂Ｏ₃を主成分
としＳｉＯ₂，ＭｇＯ，ＣａＯ等の焼結助剤を含有する
アルミナセラミックスや、ＡｌＮを主成分とした窒化ア
ルミニウム質セラミックス、あるいは９９重量％以上の
ＡｌＮを主成分とする高純度窒化アルミニウム質セラミ
ックスのいずれかが好適である。

【００４９】また、筒状金属体１３の材質としては、腐
食性ガスに対する耐食性や耐プラズマ性が高く、上記板
状セラミック体１１との熱膨張率差が２×１０^-6／℃以
下の金属を用いることが好ましい。これは、熱膨張率差
が２×１０^-6/℃を超えると、ロウ付け直後にセラミッ
クスの接合界面にクラックが生じ易くなるためである。
具体的には、Ｗ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｆｅ
−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等を用いることがで
きる。

【００５０】さらに、応力緩和部材１の材質としては、
ロウ材層１４と板状セラミック体１１や筒状金属体１３
のフランジ部１３ａとの接合界面における剥離を防止す
る観点から、上記板状セラミック体１１との熱膨張差が
２×１０^-6／℃以下の金属又はセラミックスを用いるこ
とが重要であり、好ましくは上記板状セラミック体１１
と同様のセラミックス、さらには板状セラミック体１１
と同一のセラミックスにより形成するを用いることが好
ましい。

【００５１】次に、本発明の他の実施形態を説明する。

【００５２】図３は、応力緩和部材１に形成する切欠部
２を凸状の曲面５とする以外は図２と同様の構造をした
もので、このように切欠部２を曲面５としても、板状セ
ラミック体１１の下面から応力緩和部材１の切欠部２に
わたって滑らかな凹状の曲面を有するメニスカスＰを形
成することができるとともに、該メニスカスＰと板状セ
ラミック体１１とのなす角度αを４０°以下とすること
ができるため、熱サイクルが繰り返し加わったとしても
熱応力の集中を防止し、板状セラミック体１１が破損す
ることを効果的に防止することができる。なお、切欠部
２を凸状の曲面５とした場合、上述した効果を奏するた
めには、曲面５の曲率半径Ｒを０．３ｍｍ以上とするこ
とが良い。

【００５３】以上の実施形態では、ウエハ支持部材の例
をもって説明したが、本発明は、この実施形態だけに限
定されるものではなく、セラミック部材と金属部材とを
ロウ材層を介して接合してなる接合体であればどのよう
な形状のセラミック部材と金属部材の接合体であっても
適用することができることは言うまでもない。

【００５４】

【実施例】本発明実施例として、図１に示すウエハ支持
部材を試作した。

【００５５】板状セラミック体１１は、直径１２インチ
（約３００ｍｍ）の円板状で、ＡｌＮ含有量が９９．９
重量％の窒化アルミニウム質セラミックスにより形成し
た。この板状セラミック体１１は、上記ＡｌＮ粉末の一
次原料をメタノールに混合し、粉砕して平均粒径１μｍ
とした後、１０％の有機バインダーを添加してスラリー
とした。このスラリーをスプレードライヤーにて造粒
し、所定の造粒粉体を作製した。そして、この造粒粉体
を用い、ヒータ電極としてモリブデン（Ｍｏ）からなる
内部電極１２を埋設してなる成形体を形成し、この成形
体をホットプレス焼結した。なお、ホットプレスの条件
は１９１０℃、２００ｋｇ／ｃｍ²とした。板状セラミ
ック体１１を形成する窒化アルミニウム質セラミックス
の特性を調べたところ、比重が３．２６ｇ／ｃｍ³と理
論密度に対して充分な焼結密度を有しており、その熱膨
張率は５×１０^-6／℃であった。

【００５６】一方、筒状金属体１３は、熱膨張率が７×
１０^-6／℃であるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金により形成し、
その寸法は、筒部の外径が２６５．５ｍｍ、内径が２６
５．０ｍｍとするとともに、フランジ部１３ａの外径を
２８０．０ｍｍ、内径を２６５．０ｍｍ、肉厚を０．５
ｍｍとした。

【００５７】さらに、応力緩和部材１は、上記板状セラ
ミック体１１と同一の窒化アルミニウム質セラミックス
により形成し、その寸法は、厚みＷを５ｍｍ、幅Ｍを６
ｍｍとしたリング体とした。そして、この応力緩和部材
１の接合面３の外周エッジ部に切欠部２としてテーパ面
４を形成し、切欠部２の始点Ｓから筒状金属体１３のフ
ランジ部１３ａの外周までの距離Ｌを異ならせるように
した。

【００５８】なお、上記板状セラミック体１１、筒状金
属体１３のフランジ部１３ａ、応力緩和部材１をロウ付
け接合する際、予め板状セラミック体１１の下面と応力
緩和部材１の接合面３及びテーパ面４に、Ａｇ−Ｃｕ−
Ｔｉ系のロウ材を用いて８００℃でメタライズ層を形成
し、この表面にＮｉメッキを施した。一方筒状金属体１
３のフランジ部１３ａにもＮｉメッキを施した。そし
て、これらに対し、ロウ材としてＡｇ−Ｃｕ系のロウを
用いて８５０℃の真空中でロウ付け固定して、板状セラ
ミック体１１と筒状金属体１３のフランジ部１３ａを厚
みＪが５０μｍのロウ材層１４で、上記フランジ部１３
ａと応力緩和部材１を厚みＫが５０μｍのロウ材層１５
でそれぞれ接合して図１に示すウエハ支持部材を製作し
た。（実験例１）そこで、板状セラミック体１１の下面から
応力緩和部材１の切欠部２にわたって形成されるメニス
カスと板状セラミック体１１とのなす角度αを異ならせ
たウエハ支持部材を各々２０個ずつ製作し、各ウエハ支
持部材をＣＶＤ装置の真空処理室１８内に気密に設置
し、４０℃／分の昇温速度で常温から５００℃までの熱
サイクルを加えた時の板状セラミック体１１の破損の有
無について調べる実験を行った。

【００５９】結果は表１に示す通りである。

【００６０】

【表１】

【００６１】この結果、板状セラミック体１１の下面か
ら応力緩和部材１の切欠部２にわたって形成されるメニ
スカスと板状セラミック体１１とのなす角度αを４０°
以下とすることにより、５０回の熱サイクルを加えたと
しても板状セラミック体１１に破損は見られず、５００
回もの熱サイクル後においても１個しか破損が見られ
ず、優れていた。特に、メニスカスと板状セラミック体
１１とのなす角度αを３０°以下とすれば、５００回も
の熱サイクル後においても板状セラミック体１１には全
く破損が見られなかった。（実験例２）次に、応力緩和部材１に形成する切欠部２
の始点Ｓから筒状金属体１３のフランジ部３ａの外周ま
での距離を異ならせる以外は実験例１と同様の条件にて
熱サイクル試験を行ない、板状セラミック体１１と筒状
金属体１３との接合部におけるガスリークの有無をＨｅ
ガスリークディテクターを用いて測定し、ガスリークが
発生するまでの熱サイクル回数を調べる耐久試験を行っ
た。

【００６２】ただし、切欠部２の始点Ｓから筒状金属体
１３のフランジ部３ａの外周までの距離Ｌは、切欠部２
の始点Ｓが筒状金属体１３のフランジ部１３ａの内側に
ある場合を正として表し、切欠部２の始点Ｓが筒状金属
体１３のフランジ部１３ａの外側にある場合を負として
表した。また、各ウエハ支持部材とも、板状セラミック
体１１の下面から応力緩和部材１の切欠部２にわたって
形成されるメニスカスと板状セラミック体１１とのなす
角度αは３０°以下となるようにした。

【００６３】結果は表２に示す通りである。

【００６４】

【表２】

【００６５】この結果、切欠部２の始点Ｓからフランジ
部１３ａの外周までの距離Ｌが０ｍｍ以下では、５０回
の熱サイクルで２０個中１個以上にＨｅガスのリークが
見られ、５００回の熱サイクルでは２０個中２個以上に
Ｈｅガスのリークが見られた。特に、切欠部２の始点Ｓ
からフランジ部１３ａの外周までの距離Ｌが−０．６ｍ
ｍであるものでは、１０回の熱サイクルでも２０個中１
個にＨｅガスのリークが見られた。

【００６６】また、切欠部２の始点Ｓからフランジ部１
３ａの外縁までの距離Ｌが２．０ｍｍを越えると、５０
回の熱サイクルで２０個中１個以上にＨｅガスのリーク
が見られ、５００回の熱サイクルでは２０個中８個以上
にＨｅガスのリークが発生した。

【００６７】これに対し、切欠部２の始点Ｓからフラン
ジ部１３ａの外縁までの距離Ｌが０ｍｍ＜Ｌ≦２ｍｍの
範囲にあるものは、５０回の熱サイクル試験においてＨ
ｅガスのリークが見られず、５００回の熱サイクルにお
いても、Ｈｅガスのリークが見られたのは多くても２個
だけであり、耐久性に優れていた。特に、試料Ｎｏ．１
０，１１のように、切欠部２の始点Ｓからフランジ部１
３ａの外周までの距離Ｌが０.６ｍｍ≦Ｌ≦１.３ｍｍの
範囲にあるものでは、５００回の熱サイクルにおいても
Ｈｅガスのリークが見られず特に優れていた。

【００６８】この結果、応力緩和部材１に形成する切欠
部２の始点Ｓからフランジ部１３ａの外周までの距離Ｌ
は、０ｍｍ＜Ｌ≦２ｍｍとすれば、板状セラミック体１
１と筒状金属体１３との十分な気密性が得られ、接合部
の耐久性を高められることが判る。（実施例３）次に、厚みＷが５ｍｍ、切欠部２の始点S
からフランジ部１３aの外縁までの距離Lを０.６ｍｍと
した応力緩和部材１を用意し、各ロウ材層１４，１５の
厚さを５０μｍになるようにロウ付けし、Ａｕの添加量
の異なる数種類のＡｕ−Ｎｉ系のロウ材を用意し、ロウ
材層１４，１５の降伏応力をそれぞれ異ならせた時のＨ
ｅガスのリーク個数と板状セラミック体１１の破損(ク
ラック発生)の個数について調べる実験を実験例１と同
様の条件にて行った。

【００６９】それぞれの結果は表３に示す通りである。

【００７０】

【表３】

【００７１】この結果、試料No.２８，２９のように、
ロウ材層１４，１５の降伏応力が１０８０ＭＰａ以上で
は、ロウ材層１４，１５が硬く、板状セラミック体１１
にクラックが発生することを効果的に防ぐことができ
ず、５０回の熱サイクルで２０個中３個以上の板状セラ
ミック体１１にクラックが発生するとともに、５０回の
熱サイクルで２０個中２個以上にＨｅガスのリークが発
生した。

【００７２】また、試料No.３４，３５のように、ロウ
材層１４，１５の降伏応力が１５０ＭＰａ以下では、ロ
ウ材層１４，１５が軟らかく、ロウ材自体の強度が低い
ため、５０回の熱サイクルで２０個中１個以上にＨｅガ
スのリーク及び板状セラミック体１１の破損が発生し
た。

【００７３】これに対し、ロウ材層１４，１５の降伏応
力が１９６〜１０８０ＭＰａの範囲にあるものは、５０
回の熱サイクル試験においてはクラックの発生及びＨｅ
ガスのリークは見られず、５００回の熱サイクルにおい
てクラックの発生は見られず、Ｈｅガスがリークしたも
のも２０個中１個と優れていた。

【００７４】この結果、ロウ材層１４，１５の降伏応力
は１９６〜１０８０ＭＰａの範囲にあるものが良いこと
が判る。

【００７５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、セラミ
ック部材に金属部材のフランジ部をロウ材層を介して接
合するとともに、上記フランジ部に前記セラミック部材
との熱膨張差が２×１０^-6／℃以下の応力緩和部材をロ
ウ材層を介して接合してなるセラミック部材と金属部材
の接合体において、上記板状セラミック体と上記金属部
材のフランジ部とを接合するロウ材層及び上記応力緩和
部材と上記金属部材のフランジ部とを接合するロウ材層
の厚みをそれぞれ１５〜２００μｍとするとともに、上
記板状セラミック体と上記金属部材のフランジ部とを接
合するロウ材層及び上記応力緩和部材と上記金属部材の
フランジ部とを接合するロウ材層とが上記金属部材のフ
ランジ部外側において一体化され、かつ上記セラミック
部材から上記応力緩和部材にわたって滑らかな凹状の曲
面を有するメニスカスを形成してなり、該メニスカスと
上記セラミック部材とのなす角度が４０°以下となるよ
うにしたことによって、熱サイクルに伴って発生する熱
応力によってセラミック部材と金属部材のフランジ部を
接合するロウ材層との間に隙間ができたり、剥離するこ
とを防ぐことができるとともに、セラミック部材にクラ
ックが発生することも防ぐことができ、耐久性を大幅に
向上させることができる。その為、上記セラミック部材
と金属部材の接合構造を、ウエハ支持部材を形成する板
状セラミック体と筒状金属体のフランジ部との接合部に
用いることで、真空処理室内の高真空度を維持できると
ともに、筒状金属体内に備える通電端子や温度検出素子
及びこれらと接続される導体等が腐食性ガスに曝される
ことを防ぎ、長期間にわたって使用可能な信頼性の高い
ウエハ支持部材を得ることができる。

【００７６】また、上記応力緩和部材の上記フランジ部
との接合面側の外周エッジ部に切欠部を設け、該切欠部
の始点が上記金属部材のフランジ部の外周より内側に位
置するように配置するとともに、上記切欠部の始点から
フランジ部の外周までの距離Ｌが０ｍｍ＜Ｌ≦２ｍｍと
なるようにすることで、セラミック部材と金属部材のフ
ランジ部を接合するロウ材層との間に隙間ができたり、
剥離することを効果的に防ぐことができるとともに、板
状セラミック体にクラックが発生することも効果的に防
ぐことができ、特に、上記応力緩和部材に形成する切欠
部はテーパ面又は凸状の曲面とすることが良い。

【００７７】さらに、上記板状セラミック体と上記金属
部材のフランジ部とを接合するロウ材層及び上記応力緩
和部材と上記金属部材のフランジ部とを接合するロウ材
層の降伏応力をそれぞれ１９６〜９８０ＭＰａとするこ
とによっても、セラミック部材と金属部材のフランジ部
を接合するロウ材層との間に隙間ができたり、剥離する
ことを効果的に防ぐことができるとともに、板状セラミ
ック体にクラックが発生することも効果的に防ぐことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミック部材と金属部材との接合体
を、半導体ウエハを保持するウエハ支持部材に適用した
例を示す断面図である。

【図２】本発明のウエハ支持部材における板状セラミッ
ク体と筒状金属体との接合部を示す拡大断面図である。

【図３】本発明のウエハ支持部材における板状セラミッ
ク体と筒状金属体との他の接合構造を示す拡大断面図で
ある。

【図４】従来のウエハ支持部材を真空処理室内に設置し
た状態を示す断面図である。

【図５】（ａ）（ｂ）は、従来のウエハ支持部材におけ
る板状セラミック体と筒状金属体との接合部における破
損状態を説明するための拡大断面図である。

【図６】本件出願人が先に提案した板状セラミック体と
筒状金属体との接合部を示す拡大断面図である。

【図７】本件出願人が先に提案した板状セラミック体と
筒状金属体との接合部を示す拡大断面図である。

【符号の説明】１：応力緩和部材２：切欠部３：接合面４：テー
パ面５：凸状の曲面１１：板状セラミック体１１ａ：載置面１２：内部
電極１３：筒状金属体１３ａ：筒状金属体のフランジ部１４，１５：ロウ材
層１６：応力緩和部材１７：Ｏリング１８：真空処理室２１：通電端子
２２，２３：温度検出素子３０：半導体ウエハＪ：板状セラミック体と筒状金属体のフランジ部とを接
合するロウ材層の厚みＫ：応力緩和部材と筒状金属体のフランジ部とを接合す
るロウ材層の厚みＭ：応力緩和部材の幅Ｎ：筒状金属体のフランジ部の
幅Ｐ：メニスカスＱ：ロウ材溜まりＲ：凸状曲面の曲率半径Ｓ：切欠
部の始点Ｔ：切欠部の幅Ｕ：筒状金属体のフランジ部の肉厚Ｗ：応力緩和部材
の厚み α：メニスカスと板状セラミック体とのなす角度 β：応力緩和部材の接合面とテーパ面のなす角度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック部材に金属部材のフランジ部を
ロウ材層を介して接合するとともに、上記フランジ部に
前記セラミック部材との熱膨張差が２×１０^-6／℃以下
の応力緩和部材をロウ材層を介して接合してなるセラミ
ック部材と金属部材の接合体において、上記セラミック
部材と上記金属部材のフランジ部とを接合するロウ材層
及び上記応力緩和部材と上記金属部材のフランジ部とを
接合するロウ材層の厚みがそれぞれ１５〜２００μｍで
あるとともに、上記セラミック部材と上記金属部材のフ
ランジ部とを接合するロウ材層及び上記応力緩和部材と
上記金属部材のフランジ部とを接合するロウ材層とが上
記金属部材のフランジ部外側において一体化され、かつ
上記セラミック部材から上記応力緩和部材にわたって凹
状のメニスカスを形成してなり、該メニスカスと上記セ
ラミック部材とのなす角度が４０°以下であることを特
徴とするセラミック部材と金属部材との接合体。
【請求項２】上記応力緩和部材の上記フランジ部との接
合面側の外周エッジ部に切欠部を備えてなり、該切欠部
の始点が上記フランジ部の外周より内側にあり、かつ上
記切欠部の始点からフランジ部の外周までの距離Ｌが０
ｍｍ＜Ｌ≦２ｍｍであることを特徴とする請求項１に記
載のセラミック部材と金属部材との接合体。
【請求項３】上記セラミック部材と上記金属部材のフラ
ンジ部とを接合するロウ材層及び上記応力緩和部材と上
記金属部材のフランジ部とを接合するロウ材層の降伏応
力がそれぞれ１９６〜９８０ＭＰａであることを特徴と
する請求項１に記載のセラミック部材と金属部材との接
合体。
【請求項４】上記応力緩和部材に形成した切欠部がテー
パ面又は凸状の曲面であることを特徴とする請求項２に
記載のセラミック部材と金属部材との接合体。
【請求項５】ウエハの載置面を有する板状セラミック体
の下面に、筒状金属体のフランジ部をロウ材層を介して
接合するとともに、上記フランジ部に前記板状セラミッ
ク体との熱膨張差が２×１０^-6／℃以下の応力緩和部材
をロウ材層を介して接合してなるウエハ支持部材におい
て、上記板状セラミック体と上記筒状金属体のフランジ
部とを接合するロウ材層及び上記応力緩和部材と上記筒
状金属体のフランジ部とを接合するロウ材層の厚みがそ
れぞれ１５〜２００μｍであるとともに、上記板状セラ
ミック体と上記筒状金属体のフランジ部とを接合するロ
ウ材層及び上記応力緩和部材と上記筒状金属体のフラン
ジ部とを接合するロウ材層とが上記筒状金属体のフラン
ジ部外側において一体化され、かつ上記板状セラミック
体から上記応力緩和部材にわたって凹状のメニスカスを
形成してなり、該メニスカスと上記板状セラミック体と
のなす角度が４０°以下であることを特徴とするウエハ
支持部材。
【請求項６】上記応力緩和部材の上記フランジ部との接
合面側の外周エッジ部に切欠部を備えてなり、該切欠部
の始点が上記フランジ部の外周より内側にあり、かつ上
記切欠部の始点からフランジ部の外周までの距離Ｌが０
ｍｍ＜Ｌ≦２ｍｍであることを特徴とする請求項５に記
載のウエハ支持部材。
【請求項７】上記板状セラミック体と上記筒状金属体の
フランジ部とを接合するロウ材層及び上記応力緩和部材
と上記筒状金属体のフランジ部とを接合するロウ材層の
降伏応力がそれぞれ１９６〜９８０ＭＰａであることを
特徴とする請求項５に記載のウエハ支持部材。
【請求項８】上記応力緩和部材に形成した切欠部がテー
パ面又は凸状の曲面であることを特徴とする請求項６に
記載のウエハ支持部材。