JP2004273736A - 接合部材及び静電チャック - Google Patents
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Abstract
【課題】冷却操作中に、熱応力に対して弱い部材にクラックが発生し難い接合部材及び静電チャックを提供する。
【解決手段】静電チャックは、電極３を内部に備える基材２と、電極３へ給電を行う端子１とを備える。基材２は、端子１を接合するための凹状の端子接合用穴８を備える。端子１の先端部と端子接合用穴８の底面部との間は、底面部接合材４により接合され、端子１の側面部と端子接合用穴８の側面部との間は、側面部接合材５により接合される。底面部接合材４は、端子１の先端部と側面部との間のコーナーを覆うように、端子１と電極３を接合する。端子１の先端部と側面部との間のコーナー半径をＲ１、端子接合用穴８の底面部と側面部との間のコーナー半径をＲ２とするとき、Ｒ１≧Ｒ２×０．６の条件を満たす。又、端子１の先端部と側面部との間のコーナー半径Ｒ１は０．３ｍｍ以上である。
【選択図】 図１
【解決手段】静電チャックは、電極３を内部に備える基材２と、電極３へ給電を行う端子１とを備える。基材２は、端子１を接合するための凹状の端子接合用穴８を備える。端子１の先端部と端子接合用穴８の底面部との間は、底面部接合材４により接合され、端子１の側面部と端子接合用穴８の側面部との間は、側面部接合材５により接合される。底面部接合材４は、端子１の先端部と側面部との間のコーナーを覆うように、端子１と電極３を接合する。端子１の先端部と側面部との間のコーナー半径をＲ１、端子接合用穴８の底面部と側面部との間のコーナー半径をＲ２とするとき、Ｒ１≧Ｒ２×０．６の条件を満たす。又、端子１の先端部と側面部との間のコーナー半径Ｒ１は０．３ｍｍ以上である。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異種部材同士を接合させて２種類以上の異種部材からなる接合部材に関し、特に、半導体製造装置において好適に使用できる静電チャックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セラミックス部材と金属部材の接合には、ロウ材を用いる方法がある。しかし、高温での接合後の冷却操作中に、異種部材間、あるいはこれら異種部材を接合するために使用したロウ材と部材との熱膨張率の差に起因する熱応力が発生し、接合界面に剥離を生じたり、一方の部材が脆弱な場合には接合界面近傍にクラックを生じたりして、所望の接合強度や気密性を得られないことがある。製造過程でこれらの異常が発生した製品は、不良品として処分せざるを得ないためにこれら接合部材の製品のコストを押し上げる一因となっている。又、使用時に熱サイクルがかかる場合には、これらの異常が一定期間の使用後に発生して、製品の信頼性を低下させる一因ともなっている。
【０００３】
上記の現状から、異種部材同士を適度な結合強度を保持しながら、高温での接合後における冷却操作の間の熱応力による接合界面近傍での接合強度の低下現象を起こさず、又、熱応力に対して弱い部材での冷却操作中にクラック発生させない接合方法が検討されている。例えば、硬ロウ材をベースとして用い、この硬ロウ材に熱応力を低下させる粒子状の物質を添加し、接合層とする方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。又、嵌合構造部分における異種部材同士の壁面間に存在する隙間の幅が狭い場合に、異種部材同士を接合する方法も開示されている（例えば、特許文献２参照。）。更に、接合部材の特性制御を行うため、硬ロウ材との濡れ性において異なる粒子状の物質を少なくとも二種混合したものと硬ロウ材とからなる接合用接着剤組成物についても開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００４】
又、セラミックス部材と金属部材の接合を要する製品としては、例えば、半導体プロセス等で使用される静電チャックが挙げられる。この静電チャックは、電極を内蔵したセラミックス等からなる基材と、当該内蔵される電極へ給電を行う金メッキされたモリブデン等からなる端子の部分でセラミックス部材と金属部材の接合がなされている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３３１５９１９号公報（第２−３頁）
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−１０８７３公報（第４−７頁、図４）
【０００７】
【特許文献３】
特開２００１−１２２６７３公報（第５−７頁、表１−４）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、接合強度の低下現象を起こさず、又、熱応力に対して弱い部材での冷却操作中にクラックを発生させない種々のセラミックス部材と金属部材の接合方法が知られている。しかし、これらの方法によっても、凹部と凸部を嵌合する構造での異種接合の場合はコーナー部に残留応力が集中しやすく、クラックが発生する場合があった。
【０００９】
上記の問題に鑑み、本発明は、端子等のコーナー半径に注目し、冷却操作中に、熱応力に対して弱い部材にクラックが発生し難い接合部材及び静電チャックを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴は、（イ）凹部を有するセラミックス部材と、（ロ）凹部に嵌合する凸部を有する金属部材と、（ハ）セラミックス部材の凹部底面部と金属部材の凸部先端部とを接合し、かつ、金属部材の先端部と側面部との間のコーナーを覆う硬ロウ材と粒子状の物質を含み多孔質である第１の接合材と、（ニ）セラミックス部材の凹部側面部と金属部材の凸部側面部とを接合する硬ロウ材を含む第２の接合材とを有する接合部材である。第１の接合材が、金属部材の先端部と側面部との間のコーナーを覆うことにより、残留応力集中によってコーナー部で発生するクラックを防止できる。第１の特徴に係るセラミックス部材と金属部材の接合部材は、接合時の冷却操作中に、熱応力に対して弱い部材にクラックが発生し難い。
【００１１】
又、第１の特徴に係る接合部材は、凸部の先端部と側面部との間のコーナー半径をＲ１、凹部の底面部と側面部との間のコーナー半径をＲ２とするとき、Ｒ１≧Ｒ２×０．６の条件を満たすほうが望ましい。凸部のコーナー半径と凹部のコーナー半径に差があると、第１の接合材が凸部のコーナーを覆うことが容易となり、より十分な被覆が可能となる。
【００１２】
更に、第１の特徴に係る接合部材は、凸部の先端部と側面部との間のコーナー半径が０．３ｍｍ以上であるほうが望ましい。凸部のコーナー半径を大きくすることにより、第１の接合材が凸部のコーナーを覆うことができ、異種部材の接合強度を保持できる。
【００１３】
又、第１の特徴に係る接合部材は、凸部の底部から凸部内部を縦あるいは横方向に貫通するガス抜き穴を更に有していても良い。このガス抜き穴は、接合時にロウ材などから発生するガスを外部に逃がすことができるので、第１の接合材及び第２の接合材が凸部と凹部の間に十分に浸透する。又、ロウのはいあがりを防止できる。
【００１４】
本発明の第２の特徴は、（イ）電極を内部に備える凹状の端子接合用穴を有する基材と、（ロ）基材と異種材料の部材であり、電極へ給電を行う端子と、（ハ）端子接合用穴の底面部と端子の先端部とを接合し、かつ、端子の先端部と側面部との間のコーナーを覆う硬ロウ材と粒子状の物質を含み多孔質である底面部接合材と、（ニ）端子接合用穴の側面部と端子の側面部とを接合する硬ロウ材を含む側面部接合材とを有する、被処理物を吸着するための静電チャックである。底面部接合材が、端子の先端部と側面部との間のコーナーを覆うことにより、応力集中によってコーナー部で発生するクラックを防止できる。第２の特徴に係る静電チャックは、接合時の冷却操作中に、熱応力に対して弱い部材を含む基材にクラックが発生し難い。
【００１５】
又、第２の特徴に係る静電チャックは、端子の先端部と側面部との間のコーナー半径をＲ１、端子接合用穴の底面部と側面部との間のコーナー半径をＲ２とするとき、Ｒ１≧Ｒ２×０．６の条件を満たすほうが望ましい。端子のコーナー半径と端子接合用穴のコーナー半径に差があると、底面部接合材が端子の先端部のコーナーを覆うことが容易となり、より十分な被覆が可能となる。
【００１６】
又、第２の特徴に係る静電チャックは、端子の先端部と側面部との間のコーナー半径が０．３ｍｍ以上であるほうが望ましい。端子のコーナー半径を大きくすることにより、底面部接合材が端子の先端部のコーナーを覆うことができ、基材と端子の接合強度を保持できる。
【００１７】
又、第２の特徴に係る静電チャックは、側面部接合材の厚さが、端子の直径の０．００８〜０．０１２倍であっても良い。０．０１２倍以上であると、熱膨張で残留応力が大きくなり、０．００８倍以下であると、硬い金属間化合物層のみとなり、応力緩衝効果がなくなる。どちらの場合も、クラックが発生しやすくなるので、０．００８〜０．０１２倍であることが望ましい。
【００１８】
又、第２の特徴に係る静電チャックは、端子の凸部先端内部に接合前の硬ロウ材を収納する接合材収納穴を有しても良い。
【００１９】
又、第２の特徴に係る静電チャックは、端子の底部から端子内部を縦あるいは横方向に貫通するガス抜き穴を更に有していても良い。このガス抜き穴は、接合時にロウ材から発生するガスを外部に逃がすことができるので、底面部接合材及び側面部接合材が端子と端子接合用穴の間に十分に浸透する。又、ロウのはいあがりを防止できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであることに留意すべきである。
【００２１】
本発明の実施の形態に係る接合部材は、凹部を有する第１の部材と、第１の部材と異種材料の部材であり、凹部に嵌合する凸部を有する第２の部材と、第１の部材の凹部底面部と第２の部材の凸部先端部とを接合し、かつ、第２の部材の先端部と側面部との間のコーナーを覆う硬ロウ材と粒子状の物質を含み多孔質である第１の接合材と、第１の部材の凹部側面部と第２の部材の凸部側面部とを接合する硬ロウ材を含む第２の接合材とを有する。
【００２２】
本発明の実施の形態に係る接合部材において使用する二種以上の異種部材の組み合わせとしては、例えば窒化アルミニウムや窒化珪素等のセラミックス製部材と、モリブデンやＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、タングステン等の金属部材との組み合わせ、あるいは、製造原料を異にする等の異種セラミック製部材同士の組み合わせが挙げられる。より具体的には半導体ウェハ製造において使用される、内蔵する金属電極や金属発熱体によって静電チャック機能やヒーター機能を発揮する窒化アルミニウム部材と、当該内蔵される金属電極材等へ給電を行う端子として接合される例えば金属モリブデン部材とを嵌合させ接合することからなる接合部材等が挙げられる。
【００２３】
以下において、本発明の実施の形態に係る接合部材として、静電チャックを用いたときを例にとり、説明する。
【００２４】
本発明の実施の形態に係る静電チャックの一例を図１（ａ）に示す。静電チャックは、電極３を内部に備える基材２と、電極３へ給電を行う端子１とを備える。基材２は、窒化アルミニウム焼結体からなる略円盤形状であり、その内部に、電極３が埋設されている。電極３は、モリブデン等の金属からなり、メッシュ状の金網でもスクリーン印刷電極でも構わない。基材２のうち支持部分側には、端子１が埋設されており、端子１の上面が電極３に接続されている。端子１の端面は、基材３の裏面に露出している。端子１は、金メッキが施されたモリブデン等からなる。
【００２５】
図１（ｂ）は、図１（ａ）の端子１と電極３の接合部分の拡大図であり、図１（ａ）とは上下が逆転している。基材２は、端子１を接合するための凹状の端子接合用穴８を備える。凹状の端子接合用穴８の底面には、電極３が露出している。端子１の先端部と電極３の間は、底面部接合材４により接合され、端子１の側面と端子接合用穴８の側面の間は、側面部接合材５により接合される。端子１には、縦方向ガス抜き穴６及び横方向ガス抜き穴７が設けられている。
【００２６】
図１（ｃ）に示すように、底面部接合材４は、端子１の先端部と側面部との間のコーナーを覆うように、端子１と電極３を接合する。又、端子１の先端部と側面部との間のコーナー半径Ｒ１と端子接合用穴８の底面部と側面部との間のコーナー半径Ｒ２は、Ｒ１≧Ｒ２×０．６の関係となるように設計される。このように、端子１及び端子接合用穴８のコーナーを設計することにより、応力が集中するコーナー部でのクラックを効果的に防止することができる。更に、端子１の先端部と側面部との間のコーナー半径Ｒ１は０．３ｍｍ以上である。従来は、端子１のコーナー半径Ｒ１は０．１ｍｍ程度と小さく、半径をこのように大きくすることにより、底面部接合材４がコーナーを覆いやすくしている。
【００２７】
多孔質である底面部接合材４は、硬ロウ材のみでも良いが、好ましくは、硬ロウ材と粒子状の物質を含む。粒子状の物質は、熱応力を低下させるために、硬ロウ材と濡れ性において異なる少なくとも２種以上の粒子状の物質である。硬ロウ材と硬ロウ材と濡れ性の良好な粒子状の物質および硬ロウ材と濡れ性の悪い粒子状の物質を混合し、硬ロウ材を溶融すると、硬ロウ材が上記粒子状の物質に浸透し、接合層が形成される。硬ロウ材と粒子状の物質は、７０：３０〜１０：９０の比率で混合して使用する。又、粒子状の物質を予め所定量接合箇所に充填しておき、それに所定量の溶融状態の硬ロウ材を流し込んで接合しても良い。底面部接合材４の厚さは、０．１〜０．６ｍｍであることが望ましい。
【００２８】
底面部接合材４に使用する硬ロウ材としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄなどの貴金属をベースとしたもの、Ａｌ、Ｎｉなどの金属をベースとした汎用性硬ロウ材等が挙げられる。特に材料の限定はなく、接合する部材の性質との関係でより適切なものを選択すれば良い。接合後の底面部接合材４の気孔率は、２０〜８０％であることが望ましい。
【００２９】
又、粒子状の物質としては、セラミック製の粒子、セラミックと金属との複合材料であるサーメット粒子、低熱膨張性金属粒子などが好適に使用される。セラミック粒子としては、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、炭化珪素などの粒子が挙げられる。サーメット粒子としては、Ｎｉ−Ａｌ２ Ｏ３、Ｃｕ−Ａｌ２ Ｏ３ 等の粒子が挙げられる。低熱膨張性金属粒子としては、高温での熱膨張率の低いモリブデン、タングステン等の金属の粒子が挙げられる。熱応力を効率よく低下させるためには、これらの物質の平均粒度を一定の範囲内にすることが必要となる。好ましい平均粒度は、１〜１００μｍであり、より最適な粒度は３０〜８０μｍである。平均粒径の異なる２種類以上の粒子を混合して使用しても勿論差し支えない。セラミックを使用する場合には、硬ロウ材との濡れが問題となるので、表面を金属、例えば、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ等の金属でメッキするか、またはＡｕ、Ａｇ、Ｔｉなどをスパッタなどのコーティングすることにより被覆する必要がある。メッキ方法としては特に制限はないが、無電解メッキなどが好適に使用される。このとき、メッキの厚さは、１〜５μｍであることが望ましい。
【００３０】
また、コーティングした粒子状物質とコーティングしていない粒子状物質を混合することで硬ロウ材との濡れ性が異なるため、接合後の第１の接合材の気効率を制御できる。コーティングした粒子状物質とコーティングしていない粒子状物質の混合比は１０：９０〜９０：１０の範囲が好ましく、更に３０：７０〜７０：３０が好ましい。
【００３１】
側面部接合材５は、硬ロウ材を含む。側面部接合材５に使用する硬ロウ材としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄなどの貴金属をベースとしたもの、Ａｌ、Ｎｉなどの金属をベースとした汎用性硬ロウ材等が挙げられる。特に材料の限定はなく、接合する部材の性質との関係でより適切なものを選択すれば良い。硬ロウ材の気孔率は、２０〜８０％であることが望ましい。側面部接合材５の構造は２層構造となっており、Ａｌ−Ｎｉ−Ａｕ系硬ロウ材を用いた場合は、Ａｌ−ｒｉｃｈな層とＡｌ−Ｎｉ−Ａｕ系金属間化合物層がある。
【００３２】
又、側面部接合材５の厚さは、端子１の直径に対して、０．００８〜０．０１２倍であることが望ましい。０．０１２倍以上であると、熱膨張で残留応力が大きくなり、０．００８倍以下であると、硬い金属間化合物層のみとなり、応力緩衝効果がなくなる。どちらの場合も、クラックが発生しやすくなる。
【００３３】
又、端子１は、端子１と基材２あるいは電極３と接合するための接合材を収納する接合材収納穴９を内部に備える。接合材収納穴９に接合材を収納した端子１を端子接合用穴８に設置し、接合を行うことにより、端子１と、基材２あるいは電極３を接合することができる。
【００３４】
又、端子１は、端子１の内部を縦あるいは横方向に通るガス抜き穴を備える。このガス抜き穴６、７は、接合時に接合材から発生するガスを外部に逃がすことができるので、底面部接合材４及び側面部接合材５が端子１と端子接合用穴８の間に十分に浸透する。又、接合材のはいあがりを防止できる。図１（ｂ）は、縦方向ガス抜き穴６及び横方向ガス抜き穴７の両方を示すが、どちらか一方を備えることでも構わないことは勿論である。
【００３５】
本発明の実施の形態に係る静電チャックは、底面部接合材４が、端子１の先端部と側面部との間のコーナーを覆うことにより、応力集中によってコーナー部で発生するクラックを防止できる。よって、本発明の実施の形態に係る静電チャックは、接合時の冷却操作中に、熱応力に対して弱い部材を含む基材にクラックが発生し難い。又、端子１の先端部と側面部との間のコーナー半径をＲ１、端子接合用穴の底面部と側面部との間のコーナー半径をＲ２とするとき、Ｒ１≧Ｒ２×０．６の条件を満たすことにより、端子１のコーナー半径と端子接合用穴８のコーナー半径に差ができ、底面部接合材４が端子１の先端部のコーナーを覆うことが容易となり、より十分な被覆が可能となる。更に、端子１の先端部と側面部との間のコーナー半径を０．３ｍｍ以上と大きくすることにより、底面部接合材４が端子１の先端部のコーナーを覆うことができ、基材と端子の接合強度を保持できる。
【００３６】
次に、本発明の実施の形態に係る静電チャックの製造方法について、端子を接合する前段階までの処理を、図２を用いて説明する。
【００３７】
（イ）まず、基材の材料調整を行う（Ｓ２０１）。具体的には、静電チャックの基材の原料として、窒化アルミニウム粉に酸化物添加剤を添加する。酸化物添加剤としては、イットリアやセリア等が使用される。そして、窒化アルミニウム粉と酸化物添加剤を混合する。混合方法としては、工業的には、例えば、トロンメルと呼ばれる容器そのものが回転する大型のボールミル装置を用いて行う。トロンメルによる混合の時間は、例えば３０分程度である。原料粉末に成形用バインダを添加し、造粒を行う。
【００３８】
（ロ）次に、粉末仮焼を行う（Ｓ２０２）。通常、仮焼は、成形処理の後に行われるが、モリブデン等の金属からなる電極を埋設する静電チャックを製造する場合は、電極が仮焼によって酸化するため、成形処理の前に仮焼を行う。
【００３９】
（ハ）次に、電極を埋設し、窒化アルミニウム粉の成形処理を行う（Ｓ２０３）。成形方法としては、金型成形法により得られる一軸成形体を等方圧の成形処理を施し、成形体密度の向上とむらをなくす冷間等方圧プレス（冷間静水圧プレス：Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ， ＣＩＰ）処理を用いても良い。金型成形せずに、直接、ゴム型に原料粉末を充填しＣＩＰ処理を行い、成形体を得ることも可能である。
【００４０】
（ニ）次に、成形後の窒化アルミニウム粉を焼結し、窒化アルミニウム焼結体を生成する（Ｓ２０４）。この焼結方法としては、常圧焼結法やホットプレス方式が使用可能である。ホットプレス方式は、カーボン治具内に原料粉末や成形体を充填、あるいは挿入し、３０〜５０ＭＰａの一軸加圧下で焼成するもので、通常の常圧焼結では、緻密化が困難なセラミックス材料の焼成に適する。更に、ＣＩＰの原理を焼成に応用した熱間静水圧プレス（熱間等方圧加圧焼結：Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ， ＨＩＰ）方式も使用可能である。
【００４１】
（ホ）次に、窒化アルミニウム焼結体に、端子を設置するための加工を施す（Ｓ２０５）。具体的には、基材となる窒化アルミニウム焼結体に、端子を接合するための凹状の端子接合用穴を形成する。この加工処理としては、ダイヤモンド工具などを用いた切削や研磨が挙げられる。その他、レーザ加工、超音波加工、サンドブラスト加工などによるセラミックス加工も可能である。
【００４２】
次に、静電チャックの基材に端子を接合する工程について、図３を用いて説明する。
【００４３】
（イ）まず、基材の端子接合用穴の洗浄を行う（Ｓ３０１）。洗浄は、アセトン、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、アンモニア、純水などを用いて行う。そして、端子接合用穴の底面および側面に、Ｎｉメッキを厚さ１〜５μｍ程度で行う（Ｓ３０２）。次に、Ｎｉメッキしたセラミックス粒子とメッキしていないセラミックス粒子の混合粒子をＮｉメッキした穴底に敷き、平滑にならす。
【００４４】
（ロ）一方、端子は、モリブデンを端子形状に加工し、下地にニッケルメッキを施した後、厚さ１０μｍ程度の金メッキを施しておく。メッキ前に、端子の先端部と側面部との間のコーナー半径Ｒ１は０．３ｍｍ以上にする。又、端子の先端部と側面部との間のコーナー半径Ｒ１と端子接合用穴の底面部と側面部との間のコーナー半径Ｒ２は、Ｒ１≧Ｒ２×０．６の関係となるように加工される。又、端子の先端には接合材収納穴９を形成し、端子の内部には接合材収納穴９と接続されているガス抜き穴６、７を形成する。そして、端子接合用穴８の底面部と側面部との間のコーナーを覆うように底面部に粒子状物質を充填し、接合材収納穴９に硬ロウ材をセットした端子１を端子接合用穴８に設置する（Ｓ３０３）。
【００４５】
（ハ）次に、端子１の上から基材２に対して荷重をかける（Ｓ３０４）。荷重は例えば１２５ｇ程度である。そして、真空炉により接合を行う（Ｓ３０５）。接合の条件は、例えば、７００℃で１０分にて加熱する。このとき、端子１の接合材収納穴９にセットされた硬ロウ材が溶融され、粒子状物質に浸透することにより、硬ロウ材及び粒子状の物質からなる接着組成物による底面部接合材４が形成される。又、側面にも浸透した硬ロウ材が側面部接合材５を形成する。その後、冷却処理を行う。冷却時間は、接合する異種部材の特性などを考慮して定めれば良いが、通常は、１時間から１０時間の範囲内である。冷却操作の際、徐冷方法を採用すると、熱応力の影響を著しく低下させることが出来るのでより好ましい。なお、徐冷方法とは、通常の冷却方法に掛ける時間の約２倍またはそれ以上の時間を掛けて冷却することをいい、接合部への熱応力の影響を最小限にすることができる。
【００４６】
（ニ）その後、真空炉から基材を取り出し、外観検査、寸法測定、強度試験等を行う（Ｓ３０６）。
【００４７】
本発明の実施の形態に係る異種部材接合方法によると、底面部接合材４が、端子１の先端部と側面部との間のコーナーを覆うことにより、応力集中によってコーナー部で発生するクラックを防止できる。よって、本発明の実施の形態に係る異種部材接合方法によると、接合時の冷却操作中に、熱応力に対して弱い部材を含む基材にクラックが発生し難い。又、端子１の先端部と側面部との間のコーナー半径をＲ１、端子接合用穴８の底面部と側面部との間のコーナー半径をＲ２とするとき、Ｒ１≧Ｒ２×０．６の条件を満たすことにより、端子１のコーナー半径と端子接合用穴８のコーナー半径に差ができ、底面部接合材４が端子１の先端部のコーナーを覆うことが容易となり、より十分な被覆が可能となる。更に、端子１の先端部と側面部との間のコーナー半径を０．３ｍｍ以上と大きくすることにより、底面部接合材４が端子１の先端部のコーナーを覆うことができ、基材と端子の接合強度を保持できる。
【００４８】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。以下の実施例及び比較例では、電極を内部に備える窒化アルミニウムからなる基材と、当該内蔵される電極へ給電を行う金メッキされたモリブデンからなる端子との接合部材である静電チャックを用いた。電極はメッシュ状の金網であった。
【００４９】
（実施例１）
図２に示す手順で静電チャックを製造し、図３に示す手順で基材と端子の接合を行った。接合に用いた端子の直径は５ｍｍであり、端子の先端部と側面部との間のコーナー半径Ｒ１は０．３ｍｍとした。又、端子接合用穴の底面部と側面部との間のコーナー半径Ｒ２は、０．３ｍｍとした。このとき、硬ロウ材としては、Ａｌ−Ｍｇ合金を用い、粒子状の物質としては、平均粒径４０μｍのアルミナ粒子を厚さ１〜２μｍのＮｉメッキしたものを用いた。この硬ロウ材と粒子状の物質を、１：１の割合で調整し、底面部接合材４とした。又、側面部接合材５としては、Ａｌ−Ｎｉ−Ａｕ系合金を用いた。底面部接合材４の厚さは、０．３ｍｍ、側面部接合材５の厚さは０．０５ｍｍであった。そして、端子１の先端部と側面部とのコーナー部分は、底面部接合材４で覆った。又、接合の条件は以下の通りであった。
【００５０】
接合温度：７００℃
保持時間：１０分間
雰囲気：真空（１０−３Ｐａ）
上記の接合試験を２０個の静電チャックに対して行い、クラックの発生した静電チャックの数を調べた。結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】
２０個中、クラックが発生しなかった静電チャックは１９個であり、歩留まりは９５％であることが確認できた。
【００５２】
又、図４（ａ）、（ｂ）に、実施例１で用いた端子接合部分の断面ＳＥＭ写真を示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ部分の拡大図であるが、底面部接合材４は端子１のコーナー部分を覆っている。そして、コーナー部分にクラックは発生していない。
【００５３】
（実施例２）
実施例２では、直径が１０ｍｍ、先端部と側面部との間のコーナー半径Ｒ１が０．３ｍｍである端子を用いて接合を行った。端子接合用穴８の底面部と側面部との間のコーナー半径Ｒ２は、０．５ｍｍとした。側面部接合材５の厚さは０．１０ｍｍであった。静電チャックの製造手順、端子の接合手順、底面部接合材及び側面部接合材の種類、底面部接合材の厚さ、接合条件は実施例１と同様であった。又、端子の先端部のコーナー部分は、底面部接合材４で覆った。上記の接合試験を２０個の静電チャックに対して行い、クラックの発生した静電チャックの数を調べた。結果を表１に示す。
【００５４】
２０個中、クラックが発生しなかった静電チャックは１８個であり、歩留まりは９０％であることが確認できた。
【００５５】
（比較例１）
実施例１〜２に対する比較例１として、直径が５ｍｍ、先端部と側面部とのコーナー半径Ｒ１が０．３ｍｍである端子を用いて接合を行った。端子接合用穴８の底面部と側面部との間のコーナー半径Ｒ２は、０．８ｍｍであった。静電チャックの製造手順、端子の接合手順、底面部接合材及び側面部接合材の種類、厚さ、接合条件は実施例１と同様であった。ただし、端子の先端部のコーナー部分は、底面部接合材で覆わなかった。上記の接合試験を２０個の静電チャックに対して行い、クラックの発生した静電チャックの数を調べた。結果を表１に示す。
【００５６】
２０個中、クラックが発生しなかった静電チャックは１０個であり、歩留まりは５０％であることが確認できた。
【００５７】
又、図５（ａ）、（ｂ）に、比較例１で用いた端子接合部分の断面ＳＥＭ写真を示す。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢ部分の拡大図であるが、底面部接合材４は端子１のコーナー部分を覆っていない。このとき、端子１のコーナー部分から基材２の内部にクラックが発生していた。
【００５８】
（比較例２）
実施例１〜２に対する比較例２として、直径が１０ｍｍ、先端部と側面部との間のコーナー半径Ｒ１が０．３ｍｍである端子を用いて接合を行った。端子接合用穴８の底面部と側面部との間のコーナー半径Ｒ２は、０．８ｍｍであった。静電チャックの製造手順、端子の接合手順、底面部接合材及び側面部接合材の種類、厚さ、接合条件は実施例２と同様であった。ただし、比較例１と同様、端子の先端部のコーナー部分は、底面部接合材４で覆わなかった。上記の接合試験を２０個の静電チャックに対して行い、クラックの発生した静電チャックの数を調べた。結果を表１に示す。
【００５９】
２０個中、クラックが発生しなかった静電チャックは９個であり、歩留まりは４５％であることが確認できた。
【００６０】
（比較例３）
実施例１〜２に対する比較例３として、直径が５ｍｍ、先端部と側面部との間のコーナー半径Ｒ１が０．５ｍｍである端子を用いて接合を行った。端子接合用穴８の底面部と側面部との間のコーナー半径Ｒ２は、０．３ｍｍであった。側面部接合材５の厚さは０．０２ｍｍであった。静電チャックの製造手順、端子の接合手順、底面部接合材及び側面部接合材の種類、底面部接合材の厚さ、接合条件は実施例１と同様であった。ただし、比較例１と同様、端子の先端部のコーナー部分は、底面部接合材４で覆わなかった。上記の接合試験を２０個の静電チャックに対して行い、クラックの発生した静電チャックの数を調べた。結果を表１に示す。
【００６１】
２０個中、クラックが発生しなかった静電チャックは１０個であり、歩留まりは５０％であることが確認できた。
【００６２】
（比較例４）
実施例１〜２に対する比較例４として、直径が５ｍｍ、先端部と側面部との間のコーナー半径Ｒ１が０．３ｍｍである端子を用いて接合を行った。端子接合用穴８の底面部と側面部との間のコーナー半径Ｒ２は、０．８ｍｍであった。側面部接合材５の厚さは０．０８ｍｍであった。静電チャックの製造手順、端子の接合手順、底面部接合材及び側面部接合材の種類、底面部接合材の厚さ、接合条件は実施例１と同様であった。ただし、比較例１と同様、端子の先端部のコーナー部分は、底面部接合材４で覆わなかった。上記の接合試験を２０個の静電チャックに対して行い、クラックの発生した静電チャックの数を調べた。結果を表１に示す。
【００６３】
２０個中、クラックが発生しなかった静電チャックは８個であり、歩留まりは４０％であることが確認できた。
【００６４】
（比較例５）
実施例１〜２に対する比較例５として、直径が５ｍｍ、先端部と側面部との間のコーナー半径Ｒ１が０．１ｍｍである端子を用いて接合を行った。端子接合用穴８の底面部と側面部との間のコーナー半径Ｒ２は、０．５ｍｍであった。側面部接合材５の厚さは０．０５ｍｍであった。静電チャックの製造手順、端子の接合手順、底面部接合材及び側面部接合材の種類、底面部接合材の厚さ、接合条件は実施例１と同様であった。ただし、比較例１と同様、端子の先端部のコーナー部分は、底面部接合材４で覆わなかった。上記の接合試験を２０個の静電チャックに対して行い、クラックの発生した静電チャックの数を調べた。結果を表１に示す。
【００６５】
２０個中、クラックが発生しなかった静電チャックは８個であり、歩留まりは４０％であることが確認できた。
【００６６】
（結果）
比較例１〜５の歩留まりが４０〜５０％であるのに対し、実施例１、２の歩留まりは、９０〜９５％と高いことが確認できた。従って、底面部接合材４が端子のコーナー部分を覆っていると、クラックが発生し難いことが確認できた。更に、端子の先端部のコーナー半径Ｒ１が０．３ｍｍ以上であるとクラックが発生し難いことが確認できた。又、実施例１、２については、端子の先端部と側面部との間のコーナー半径Ｒ１と端子の端子接合用穴の底面部と側面部との間のコーナー半径Ｒ２は、Ｒ１≧Ｒ２×０．６の条件を満たしていた。更に、実施例１、２については、側面部接合材５の厚さは、端子の直径の０．００８〜０．０１２倍であるのに対し、比較例３、４は、この値の範囲外であった。
【００６７】
（その他の実施の形態）
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかである。
【００６８】
例えば、本発明に係る実施の形態において、接合部材として静電チャックを例に説明したが、他に、２種類以上の異種部材同士を硬ロウ材等で接合したもの、例えば、多孔質性のセラミック製部材と熱膨張係数の著しく高い金属製部材とを接合して得られた接合部材や、熱膨張係数が相互に異なるセラミック製部材同士、または、熱膨張率が異なる金属製部材同士を接合して得られる接合部材にも適用可能である。より具体的には、ガスの分離に使用される多孔質性アルミナ製部材と各種ガス分析装置に装着するための金属製の金口部材を接合して形成したガス分離用接合部材等が挙げられる。勿論、３種類またはそれ以上の異種部材同士を接合したものも本発明で言うところの接合部材に含まれることは言うまでもない。
【００６９】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によると、冷却操作中に、熱応力に対して弱い部材にクラックが発生し難い接合部材及び静電チャックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る静電チャックの断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の端子と電極の接合部分の拡大図であり、（ｃ）は、（ｂ）の端子及び端子接合用穴のコーナー部分の拡大図である。
【図２】本発明の実施に形態に係る静電チャックの製造方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施に形態に係る静電チャックの端子の接合方法を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）は、実施例１における静電チャックの端子接合部分の断面ＳＥＭ写真であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ部分の拡大図である。
【図５】（ａ）は、比較例１における静電チャックの端子接合部分の断面ＳＥＭ写真であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ部分の拡大図である。
【符号の説明】
１ 端子
２ 基材
３ 電極
４ 底面部接合材
５ 側面部接合材
６ 縦方向ガス抜き穴
７ 横方向ガス抜き穴
８ 端子接合用穴
９ 接合材収納穴
【発明の属する技術分野】
本発明は、異種部材同士を接合させて２種類以上の異種部材からなる接合部材に関し、特に、半導体製造装置において好適に使用できる静電チャックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セラミックス部材と金属部材の接合には、ロウ材を用いる方法がある。しかし、高温での接合後の冷却操作中に、異種部材間、あるいはこれら異種部材を接合するために使用したロウ材と部材との熱膨張率の差に起因する熱応力が発生し、接合界面に剥離を生じたり、一方の部材が脆弱な場合には接合界面近傍にクラックを生じたりして、所望の接合強度や気密性を得られないことがある。製造過程でこれらの異常が発生した製品は、不良品として処分せざるを得ないためにこれら接合部材の製品のコストを押し上げる一因となっている。又、使用時に熱サイクルがかかる場合には、これらの異常が一定期間の使用後に発生して、製品の信頼性を低下させる一因ともなっている。
【０００３】
上記の現状から、異種部材同士を適度な結合強度を保持しながら、高温での接合後における冷却操作の間の熱応力による接合界面近傍での接合強度の低下現象を起こさず、又、熱応力に対して弱い部材での冷却操作中にクラック発生させない接合方法が検討されている。例えば、硬ロウ材をベースとして用い、この硬ロウ材に熱応力を低下させる粒子状の物質を添加し、接合層とする方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。又、嵌合構造部分における異種部材同士の壁面間に存在する隙間の幅が狭い場合に、異種部材同士を接合する方法も開示されている（例えば、特許文献２参照。）。更に、接合部材の特性制御を行うため、硬ロウ材との濡れ性において異なる粒子状の物質を少なくとも二種混合したものと硬ロウ材とからなる接合用接着剤組成物についても開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００４】
又、セラミックス部材と金属部材の接合を要する製品としては、例えば、半導体プロセス等で使用される静電チャックが挙げられる。この静電チャックは、電極を内蔵したセラミックス等からなる基材と、当該内蔵される電極へ給電を行う金メッキされたモリブデン等からなる端子の部分でセラミックス部材と金属部材の接合がなされている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３３１５９１９号公報（第２−３頁）
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−１０８７３公報（第４−７頁、図４）
【０００７】
【特許文献３】
特開２００１−１２２６７３公報（第５−７頁、表１−４）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、接合強度の低下現象を起こさず、又、熱応力に対して弱い部材での冷却操作中にクラックを発生させない種々のセラミックス部材と金属部材の接合方法が知られている。しかし、これらの方法によっても、凹部と凸部を嵌合する構造での異種接合の場合はコーナー部に残留応力が集中しやすく、クラックが発生する場合があった。
【０００９】
上記の問題に鑑み、本発明は、端子等のコーナー半径に注目し、冷却操作中に、熱応力に対して弱い部材にクラックが発生し難い接合部材及び静電チャックを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴は、（イ）凹部を有するセラミックス部材と、（ロ）凹部に嵌合する凸部を有する金属部材と、（ハ）セラミックス部材の凹部底面部と金属部材の凸部先端部とを接合し、かつ、金属部材の先端部と側面部との間のコーナーを覆う硬ロウ材と粒子状の物質を含み多孔質である第１の接合材と、（ニ）セラミックス部材の凹部側面部と金属部材の凸部側面部とを接合する硬ロウ材を含む第２の接合材とを有する接合部材である。第１の接合材が、金属部材の先端部と側面部との間のコーナーを覆うことにより、残留応力集中によってコーナー部で発生するクラックを防止できる。第１の特徴に係るセラミックス部材と金属部材の接合部材は、接合時の冷却操作中に、熱応力に対して弱い部材にクラックが発生し難い。
【００１１】
又、第１の特徴に係る接合部材は、凸部の先端部と側面部との間のコーナー半径をＲ１、凹部の底面部と側面部との間のコーナー半径をＲ２とするとき、Ｒ１≧Ｒ２×０．６の条件を満たすほうが望ましい。凸部のコーナー半径と凹部のコーナー半径に差があると、第１の接合材が凸部のコーナーを覆うことが容易となり、より十分な被覆が可能となる。
【００１２】
更に、第１の特徴に係る接合部材は、凸部の先端部と側面部との間のコーナー半径が０．３ｍｍ以上であるほうが望ましい。凸部のコーナー半径を大きくすることにより、第１の接合材が凸部のコーナーを覆うことができ、異種部材の接合強度を保持できる。
【００１３】
又、第１の特徴に係る接合部材は、凸部の底部から凸部内部を縦あるいは横方向に貫通するガス抜き穴を更に有していても良い。このガス抜き穴は、接合時にロウ材などから発生するガスを外部に逃がすことができるので、第１の接合材及び第２の接合材が凸部と凹部の間に十分に浸透する。又、ロウのはいあがりを防止できる。
【００１４】
本発明の第２の特徴は、（イ）電極を内部に備える凹状の端子接合用穴を有する基材と、（ロ）基材と異種材料の部材であり、電極へ給電を行う端子と、（ハ）端子接合用穴の底面部と端子の先端部とを接合し、かつ、端子の先端部と側面部との間のコーナーを覆う硬ロウ材と粒子状の物質を含み多孔質である底面部接合材と、（ニ）端子接合用穴の側面部と端子の側面部とを接合する硬ロウ材を含む側面部接合材とを有する、被処理物を吸着するための静電チャックである。底面部接合材が、端子の先端部と側面部との間のコーナーを覆うことにより、応力集中によってコーナー部で発生するクラックを防止できる。第２の特徴に係る静電チャックは、接合時の冷却操作中に、熱応力に対して弱い部材を含む基材にクラックが発生し難い。
【００１５】
又、第２の特徴に係る静電チャックは、端子の先端部と側面部との間のコーナー半径をＲ１、端子接合用穴の底面部と側面部との間のコーナー半径をＲ２とするとき、Ｒ１≧Ｒ２×０．６の条件を満たすほうが望ましい。端子のコーナー半径と端子接合用穴のコーナー半径に差があると、底面部接合材が端子の先端部のコーナーを覆うことが容易となり、より十分な被覆が可能となる。
【００１６】
又、第２の特徴に係る静電チャックは、端子の先端部と側面部との間のコーナー半径が０．３ｍｍ以上であるほうが望ましい。端子のコーナー半径を大きくすることにより、底面部接合材が端子の先端部のコーナーを覆うことができ、基材と端子の接合強度を保持できる。
【００１７】
又、第２の特徴に係る静電チャックは、側面部接合材の厚さが、端子の直径の０．００８〜０．０１２倍であっても良い。０．０１２倍以上であると、熱膨張で残留応力が大きくなり、０．００８倍以下であると、硬い金属間化合物層のみとなり、応力緩衝効果がなくなる。どちらの場合も、クラックが発生しやすくなるので、０．００８〜０．０１２倍であることが望ましい。
【００１８】
又、第２の特徴に係る静電チャックは、端子の凸部先端内部に接合前の硬ロウ材を収納する接合材収納穴を有しても良い。
【００１９】
又、第２の特徴に係る静電チャックは、端子の底部から端子内部を縦あるいは横方向に貫通するガス抜き穴を更に有していても良い。このガス抜き穴は、接合時にロウ材から発生するガスを外部に逃がすことができるので、底面部接合材及び側面部接合材が端子と端子接合用穴の間に十分に浸透する。又、ロウのはいあがりを防止できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであることに留意すべきである。
【００２１】
本発明の実施の形態に係る接合部材は、凹部を有する第１の部材と、第１の部材と異種材料の部材であり、凹部に嵌合する凸部を有する第２の部材と、第１の部材の凹部底面部と第２の部材の凸部先端部とを接合し、かつ、第２の部材の先端部と側面部との間のコーナーを覆う硬ロウ材と粒子状の物質を含み多孔質である第１の接合材と、第１の部材の凹部側面部と第２の部材の凸部側面部とを接合する硬ロウ材を含む第２の接合材とを有する。
【００２２】
本発明の実施の形態に係る接合部材において使用する二種以上の異種部材の組み合わせとしては、例えば窒化アルミニウムや窒化珪素等のセラミックス製部材と、モリブデンやＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、タングステン等の金属部材との組み合わせ、あるいは、製造原料を異にする等の異種セラミック製部材同士の組み合わせが挙げられる。より具体的には半導体ウェハ製造において使用される、内蔵する金属電極や金属発熱体によって静電チャック機能やヒーター機能を発揮する窒化アルミニウム部材と、当該内蔵される金属電極材等へ給電を行う端子として接合される例えば金属モリブデン部材とを嵌合させ接合することからなる接合部材等が挙げられる。
【００２３】
以下において、本発明の実施の形態に係る接合部材として、静電チャックを用いたときを例にとり、説明する。
【００２４】
本発明の実施の形態に係る静電チャックの一例を図１（ａ）に示す。静電チャックは、電極３を内部に備える基材２と、電極３へ給電を行う端子１とを備える。基材２は、窒化アルミニウム焼結体からなる略円盤形状であり、その内部に、電極３が埋設されている。電極３は、モリブデン等の金属からなり、メッシュ状の金網でもスクリーン印刷電極でも構わない。基材２のうち支持部分側には、端子１が埋設されており、端子１の上面が電極３に接続されている。端子１の端面は、基材３の裏面に露出している。端子１は、金メッキが施されたモリブデン等からなる。
【００２５】
図１（ｂ）は、図１（ａ）の端子１と電極３の接合部分の拡大図であり、図１（ａ）とは上下が逆転している。基材２は、端子１を接合するための凹状の端子接合用穴８を備える。凹状の端子接合用穴８の底面には、電極３が露出している。端子１の先端部と電極３の間は、底面部接合材４により接合され、端子１の側面と端子接合用穴８の側面の間は、側面部接合材５により接合される。端子１には、縦方向ガス抜き穴６及び横方向ガス抜き穴７が設けられている。
【００２６】
図１（ｃ）に示すように、底面部接合材４は、端子１の先端部と側面部との間のコーナーを覆うように、端子１と電極３を接合する。又、端子１の先端部と側面部との間のコーナー半径Ｒ１と端子接合用穴８の底面部と側面部との間のコーナー半径Ｒ２は、Ｒ１≧Ｒ２×０．６の関係となるように設計される。このように、端子１及び端子接合用穴８のコーナーを設計することにより、応力が集中するコーナー部でのクラックを効果的に防止することができる。更に、端子１の先端部と側面部との間のコーナー半径Ｒ１は０．３ｍｍ以上である。従来は、端子１のコーナー半径Ｒ１は０．１ｍｍ程度と小さく、半径をこのように大きくすることにより、底面部接合材４がコーナーを覆いやすくしている。
【００２７】
多孔質である底面部接合材４は、硬ロウ材のみでも良いが、好ましくは、硬ロウ材と粒子状の物質を含む。粒子状の物質は、熱応力を低下させるために、硬ロウ材と濡れ性において異なる少なくとも２種以上の粒子状の物質である。硬ロウ材と硬ロウ材と濡れ性の良好な粒子状の物質および硬ロウ材と濡れ性の悪い粒子状の物質を混合し、硬ロウ材を溶融すると、硬ロウ材が上記粒子状の物質に浸透し、接合層が形成される。硬ロウ材と粒子状の物質は、７０：３０〜１０：９０の比率で混合して使用する。又、粒子状の物質を予め所定量接合箇所に充填しておき、それに所定量の溶融状態の硬ロウ材を流し込んで接合しても良い。底面部接合材４の厚さは、０．１〜０．６ｍｍであることが望ましい。
【００２８】
底面部接合材４に使用する硬ロウ材としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄなどの貴金属をベースとしたもの、Ａｌ、Ｎｉなどの金属をベースとした汎用性硬ロウ材等が挙げられる。特に材料の限定はなく、接合する部材の性質との関係でより適切なものを選択すれば良い。接合後の底面部接合材４の気孔率は、２０〜８０％であることが望ましい。
【００２９】
又、粒子状の物質としては、セラミック製の粒子、セラミックと金属との複合材料であるサーメット粒子、低熱膨張性金属粒子などが好適に使用される。セラミック粒子としては、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、炭化珪素などの粒子が挙げられる。サーメット粒子としては、Ｎｉ−Ａｌ２ Ｏ３、Ｃｕ−Ａｌ２ Ｏ３ 等の粒子が挙げられる。低熱膨張性金属粒子としては、高温での熱膨張率の低いモリブデン、タングステン等の金属の粒子が挙げられる。熱応力を効率よく低下させるためには、これらの物質の平均粒度を一定の範囲内にすることが必要となる。好ましい平均粒度は、１〜１００μｍであり、より最適な粒度は３０〜８０μｍである。平均粒径の異なる２種類以上の粒子を混合して使用しても勿論差し支えない。セラミックを使用する場合には、硬ロウ材との濡れが問題となるので、表面を金属、例えば、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ等の金属でメッキするか、またはＡｕ、Ａｇ、Ｔｉなどをスパッタなどのコーティングすることにより被覆する必要がある。メッキ方法としては特に制限はないが、無電解メッキなどが好適に使用される。このとき、メッキの厚さは、１〜５μｍであることが望ましい。
【００３０】
また、コーティングした粒子状物質とコーティングしていない粒子状物質を混合することで硬ロウ材との濡れ性が異なるため、接合後の第１の接合材の気効率を制御できる。コーティングした粒子状物質とコーティングしていない粒子状物質の混合比は１０：９０〜９０：１０の範囲が好ましく、更に３０：７０〜７０：３０が好ましい。
【００３１】
側面部接合材５は、硬ロウ材を含む。側面部接合材５に使用する硬ロウ材としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄなどの貴金属をベースとしたもの、Ａｌ、Ｎｉなどの金属をベースとした汎用性硬ロウ材等が挙げられる。特に材料の限定はなく、接合する部材の性質との関係でより適切なものを選択すれば良い。硬ロウ材の気孔率は、２０〜８０％であることが望ましい。側面部接合材５の構造は２層構造となっており、Ａｌ−Ｎｉ−Ａｕ系硬ロウ材を用いた場合は、Ａｌ−ｒｉｃｈな層とＡｌ−Ｎｉ−Ａｕ系金属間化合物層がある。
【００３２】
又、側面部接合材５の厚さは、端子１の直径に対して、０．００８〜０．０１２倍であることが望ましい。０．０１２倍以上であると、熱膨張で残留応力が大きくなり、０．００８倍以下であると、硬い金属間化合物層のみとなり、応力緩衝効果がなくなる。どちらの場合も、クラックが発生しやすくなる。
【００３３】
又、端子１は、端子１と基材２あるいは電極３と接合するための接合材を収納する接合材収納穴９を内部に備える。接合材収納穴９に接合材を収納した端子１を端子接合用穴８に設置し、接合を行うことにより、端子１と、基材２あるいは電極３を接合することができる。
【００３４】
又、端子１は、端子１の内部を縦あるいは横方向に通るガス抜き穴を備える。このガス抜き穴６、７は、接合時に接合材から発生するガスを外部に逃がすことができるので、底面部接合材４及び側面部接合材５が端子１と端子接合用穴８の間に十分に浸透する。又、接合材のはいあがりを防止できる。図１（ｂ）は、縦方向ガス抜き穴６及び横方向ガス抜き穴７の両方を示すが、どちらか一方を備えることでも構わないことは勿論である。
【００３５】
本発明の実施の形態に係る静電チャックは、底面部接合材４が、端子１の先端部と側面部との間のコーナーを覆うことにより、応力集中によってコーナー部で発生するクラックを防止できる。よって、本発明の実施の形態に係る静電チャックは、接合時の冷却操作中に、熱応力に対して弱い部材を含む基材にクラックが発生し難い。又、端子１の先端部と側面部との間のコーナー半径をＲ１、端子接合用穴の底面部と側面部との間のコーナー半径をＲ２とするとき、Ｒ１≧Ｒ２×０．６の条件を満たすことにより、端子１のコーナー半径と端子接合用穴８のコーナー半径に差ができ、底面部接合材４が端子１の先端部のコーナーを覆うことが容易となり、より十分な被覆が可能となる。更に、端子１の先端部と側面部との間のコーナー半径を０．３ｍｍ以上と大きくすることにより、底面部接合材４が端子１の先端部のコーナーを覆うことができ、基材と端子の接合強度を保持できる。
【００３６】
次に、本発明の実施の形態に係る静電チャックの製造方法について、端子を接合する前段階までの処理を、図２を用いて説明する。
【００３７】
（イ）まず、基材の材料調整を行う（Ｓ２０１）。具体的には、静電チャックの基材の原料として、窒化アルミニウム粉に酸化物添加剤を添加する。酸化物添加剤としては、イットリアやセリア等が使用される。そして、窒化アルミニウム粉と酸化物添加剤を混合する。混合方法としては、工業的には、例えば、トロンメルと呼ばれる容器そのものが回転する大型のボールミル装置を用いて行う。トロンメルによる混合の時間は、例えば３０分程度である。原料粉末に成形用バインダを添加し、造粒を行う。
【００３８】
（ロ）次に、粉末仮焼を行う（Ｓ２０２）。通常、仮焼は、成形処理の後に行われるが、モリブデン等の金属からなる電極を埋設する静電チャックを製造する場合は、電極が仮焼によって酸化するため、成形処理の前に仮焼を行う。
【００３９】
（ハ）次に、電極を埋設し、窒化アルミニウム粉の成形処理を行う（Ｓ２０３）。成形方法としては、金型成形法により得られる一軸成形体を等方圧の成形処理を施し、成形体密度の向上とむらをなくす冷間等方圧プレス（冷間静水圧プレス：Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ， ＣＩＰ）処理を用いても良い。金型成形せずに、直接、ゴム型に原料粉末を充填しＣＩＰ処理を行い、成形体を得ることも可能である。
【００４０】
（ニ）次に、成形後の窒化アルミニウム粉を焼結し、窒化アルミニウム焼結体を生成する（Ｓ２０４）。この焼結方法としては、常圧焼結法やホットプレス方式が使用可能である。ホットプレス方式は、カーボン治具内に原料粉末や成形体を充填、あるいは挿入し、３０〜５０ＭＰａの一軸加圧下で焼成するもので、通常の常圧焼結では、緻密化が困難なセラミックス材料の焼成に適する。更に、ＣＩＰの原理を焼成に応用した熱間静水圧プレス（熱間等方圧加圧焼結：Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ， ＨＩＰ）方式も使用可能である。
【００４１】
（ホ）次に、窒化アルミニウム焼結体に、端子を設置するための加工を施す（Ｓ２０５）。具体的には、基材となる窒化アルミニウム焼結体に、端子を接合するための凹状の端子接合用穴を形成する。この加工処理としては、ダイヤモンド工具などを用いた切削や研磨が挙げられる。その他、レーザ加工、超音波加工、サンドブラスト加工などによるセラミックス加工も可能である。
【００４２】
次に、静電チャックの基材に端子を接合する工程について、図３を用いて説明する。
【００４３】
（イ）まず、基材の端子接合用穴の洗浄を行う（Ｓ３０１）。洗浄は、アセトン、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、アンモニア、純水などを用いて行う。そして、端子接合用穴の底面および側面に、Ｎｉメッキを厚さ１〜５μｍ程度で行う（Ｓ３０２）。次に、Ｎｉメッキしたセラミックス粒子とメッキしていないセラミックス粒子の混合粒子をＮｉメッキした穴底に敷き、平滑にならす。
【００４４】
（ロ）一方、端子は、モリブデンを端子形状に加工し、下地にニッケルメッキを施した後、厚さ１０μｍ程度の金メッキを施しておく。メッキ前に、端子の先端部と側面部との間のコーナー半径Ｒ１は０．３ｍｍ以上にする。又、端子の先端部と側面部との間のコーナー半径Ｒ１と端子接合用穴の底面部と側面部との間のコーナー半径Ｒ２は、Ｒ１≧Ｒ２×０．６の関係となるように加工される。又、端子の先端には接合材収納穴９を形成し、端子の内部には接合材収納穴９と接続されているガス抜き穴６、７を形成する。そして、端子接合用穴８の底面部と側面部との間のコーナーを覆うように底面部に粒子状物質を充填し、接合材収納穴９に硬ロウ材をセットした端子１を端子接合用穴８に設置する（Ｓ３０３）。
【００４５】
（ハ）次に、端子１の上から基材２に対して荷重をかける（Ｓ３０４）。荷重は例えば１２５ｇ程度である。そして、真空炉により接合を行う（Ｓ３０５）。接合の条件は、例えば、７００℃で１０分にて加熱する。このとき、端子１の接合材収納穴９にセットされた硬ロウ材が溶融され、粒子状物質に浸透することにより、硬ロウ材及び粒子状の物質からなる接着組成物による底面部接合材４が形成される。又、側面にも浸透した硬ロウ材が側面部接合材５を形成する。その後、冷却処理を行う。冷却時間は、接合する異種部材の特性などを考慮して定めれば良いが、通常は、１時間から１０時間の範囲内である。冷却操作の際、徐冷方法を採用すると、熱応力の影響を著しく低下させることが出来るのでより好ましい。なお、徐冷方法とは、通常の冷却方法に掛ける時間の約２倍またはそれ以上の時間を掛けて冷却することをいい、接合部への熱応力の影響を最小限にすることができる。
【００４６】
（ニ）その後、真空炉から基材を取り出し、外観検査、寸法測定、強度試験等を行う（Ｓ３０６）。
【００４７】
本発明の実施の形態に係る異種部材接合方法によると、底面部接合材４が、端子１の先端部と側面部との間のコーナーを覆うことにより、応力集中によってコーナー部で発生するクラックを防止できる。よって、本発明の実施の形態に係る異種部材接合方法によると、接合時の冷却操作中に、熱応力に対して弱い部材を含む基材にクラックが発生し難い。又、端子１の先端部と側面部との間のコーナー半径をＲ１、端子接合用穴８の底面部と側面部との間のコーナー半径をＲ２とするとき、Ｒ１≧Ｒ２×０．６の条件を満たすことにより、端子１のコーナー半径と端子接合用穴８のコーナー半径に差ができ、底面部接合材４が端子１の先端部のコーナーを覆うことが容易となり、より十分な被覆が可能となる。更に、端子１の先端部と側面部との間のコーナー半径を０．３ｍｍ以上と大きくすることにより、底面部接合材４が端子１の先端部のコーナーを覆うことができ、基材と端子の接合強度を保持できる。
【００４８】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。以下の実施例及び比較例では、電極を内部に備える窒化アルミニウムからなる基材と、当該内蔵される電極へ給電を行う金メッキされたモリブデンからなる端子との接合部材である静電チャックを用いた。電極はメッシュ状の金網であった。
【００４９】
（実施例１）
図２に示す手順で静電チャックを製造し、図３に示す手順で基材と端子の接合を行った。接合に用いた端子の直径は５ｍｍであり、端子の先端部と側面部との間のコーナー半径Ｒ１は０．３ｍｍとした。又、端子接合用穴の底面部と側面部との間のコーナー半径Ｒ２は、０．３ｍｍとした。このとき、硬ロウ材としては、Ａｌ−Ｍｇ合金を用い、粒子状の物質としては、平均粒径４０μｍのアルミナ粒子を厚さ１〜２μｍのＮｉメッキしたものを用いた。この硬ロウ材と粒子状の物質を、１：１の割合で調整し、底面部接合材４とした。又、側面部接合材５としては、Ａｌ−Ｎｉ−Ａｕ系合金を用いた。底面部接合材４の厚さは、０．３ｍｍ、側面部接合材５の厚さは０．０５ｍｍであった。そして、端子１の先端部と側面部とのコーナー部分は、底面部接合材４で覆った。又、接合の条件は以下の通りであった。
【００５０】
接合温度：７００℃
保持時間：１０分間
雰囲気：真空（１０−３Ｐａ）
上記の接合試験を２０個の静電チャックに対して行い、クラックの発生した静電チャックの数を調べた。結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】
【００５２】
又、図４（ａ）、（ｂ）に、実施例１で用いた端子接合部分の断面ＳＥＭ写真を示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ部分の拡大図であるが、底面部接合材４は端子１のコーナー部分を覆っている。そして、コーナー部分にクラックは発生していない。
【００５３】
（実施例２）
実施例２では、直径が１０ｍｍ、先端部と側面部との間のコーナー半径Ｒ１が０．３ｍｍである端子を用いて接合を行った。端子接合用穴８の底面部と側面部との間のコーナー半径Ｒ２は、０．５ｍｍとした。側面部接合材５の厚さは０．１０ｍｍであった。静電チャックの製造手順、端子の接合手順、底面部接合材及び側面部接合材の種類、底面部接合材の厚さ、接合条件は実施例１と同様であった。又、端子の先端部のコーナー部分は、底面部接合材４で覆った。上記の接合試験を２０個の静電チャックに対して行い、クラックの発生した静電チャックの数を調べた。結果を表１に示す。
【００５４】
２０個中、クラックが発生しなかった静電チャックは１８個であり、歩留まりは９０％であることが確認できた。
【００５５】
（比較例１）
実施例１〜２に対する比較例１として、直径が５ｍｍ、先端部と側面部とのコーナー半径Ｒ１が０．３ｍｍである端子を用いて接合を行った。端子接合用穴８の底面部と側面部との間のコーナー半径Ｒ２は、０．８ｍｍであった。静電チャックの製造手順、端子の接合手順、底面部接合材及び側面部接合材の種類、厚さ、接合条件は実施例１と同様であった。ただし、端子の先端部のコーナー部分は、底面部接合材で覆わなかった。上記の接合試験を２０個の静電チャックに対して行い、クラックの発生した静電チャックの数を調べた。結果を表１に示す。
【００５６】
２０個中、クラックが発生しなかった静電チャックは１０個であり、歩留まりは５０％であることが確認できた。
【００５７】
又、図５（ａ）、（ｂ）に、比較例１で用いた端子接合部分の断面ＳＥＭ写真を示す。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢ部分の拡大図であるが、底面部接合材４は端子１のコーナー部分を覆っていない。このとき、端子１のコーナー部分から基材２の内部にクラックが発生していた。
【００５８】
（比較例２）
実施例１〜２に対する比較例２として、直径が１０ｍｍ、先端部と側面部との間のコーナー半径Ｒ１が０．３ｍｍである端子を用いて接合を行った。端子接合用穴８の底面部と側面部との間のコーナー半径Ｒ２は、０．８ｍｍであった。静電チャックの製造手順、端子の接合手順、底面部接合材及び側面部接合材の種類、厚さ、接合条件は実施例２と同様であった。ただし、比較例１と同様、端子の先端部のコーナー部分は、底面部接合材４で覆わなかった。上記の接合試験を２０個の静電チャックに対して行い、クラックの発生した静電チャックの数を調べた。結果を表１に示す。
【００５９】
２０個中、クラックが発生しなかった静電チャックは９個であり、歩留まりは４５％であることが確認できた。
【００６０】
（比較例３）
実施例１〜２に対する比較例３として、直径が５ｍｍ、先端部と側面部との間のコーナー半径Ｒ１が０．５ｍｍである端子を用いて接合を行った。端子接合用穴８の底面部と側面部との間のコーナー半径Ｒ２は、０．３ｍｍであった。側面部接合材５の厚さは０．０２ｍｍであった。静電チャックの製造手順、端子の接合手順、底面部接合材及び側面部接合材の種類、底面部接合材の厚さ、接合条件は実施例１と同様であった。ただし、比較例１と同様、端子の先端部のコーナー部分は、底面部接合材４で覆わなかった。上記の接合試験を２０個の静電チャックに対して行い、クラックの発生した静電チャックの数を調べた。結果を表１に示す。
【００６１】
２０個中、クラックが発生しなかった静電チャックは１０個であり、歩留まりは５０％であることが確認できた。
【００６２】
（比較例４）
実施例１〜２に対する比較例４として、直径が５ｍｍ、先端部と側面部との間のコーナー半径Ｒ１が０．３ｍｍである端子を用いて接合を行った。端子接合用穴８の底面部と側面部との間のコーナー半径Ｒ２は、０．８ｍｍであった。側面部接合材５の厚さは０．０８ｍｍであった。静電チャックの製造手順、端子の接合手順、底面部接合材及び側面部接合材の種類、底面部接合材の厚さ、接合条件は実施例１と同様であった。ただし、比較例１と同様、端子の先端部のコーナー部分は、底面部接合材４で覆わなかった。上記の接合試験を２０個の静電チャックに対して行い、クラックの発生した静電チャックの数を調べた。結果を表１に示す。
【００６３】
２０個中、クラックが発生しなかった静電チャックは８個であり、歩留まりは４０％であることが確認できた。
【００６４】
（比較例５）
実施例１〜２に対する比較例５として、直径が５ｍｍ、先端部と側面部との間のコーナー半径Ｒ１が０．１ｍｍである端子を用いて接合を行った。端子接合用穴８の底面部と側面部との間のコーナー半径Ｒ２は、０．５ｍｍであった。側面部接合材５の厚さは０．０５ｍｍであった。静電チャックの製造手順、端子の接合手順、底面部接合材及び側面部接合材の種類、底面部接合材の厚さ、接合条件は実施例１と同様であった。ただし、比較例１と同様、端子の先端部のコーナー部分は、底面部接合材４で覆わなかった。上記の接合試験を２０個の静電チャックに対して行い、クラックの発生した静電チャックの数を調べた。結果を表１に示す。
【００６５】
２０個中、クラックが発生しなかった静電チャックは８個であり、歩留まりは４０％であることが確認できた。
【００６６】
（結果）
比較例１〜５の歩留まりが４０〜５０％であるのに対し、実施例１、２の歩留まりは、９０〜９５％と高いことが確認できた。従って、底面部接合材４が端子のコーナー部分を覆っていると、クラックが発生し難いことが確認できた。更に、端子の先端部のコーナー半径Ｒ１が０．３ｍｍ以上であるとクラックが発生し難いことが確認できた。又、実施例１、２については、端子の先端部と側面部との間のコーナー半径Ｒ１と端子の端子接合用穴の底面部と側面部との間のコーナー半径Ｒ２は、Ｒ１≧Ｒ２×０．６の条件を満たしていた。更に、実施例１、２については、側面部接合材５の厚さは、端子の直径の０．００８〜０．０１２倍であるのに対し、比較例３、４は、この値の範囲外であった。
【００６７】
（その他の実施の形態）
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかである。
【００６８】
例えば、本発明に係る実施の形態において、接合部材として静電チャックを例に説明したが、他に、２種類以上の異種部材同士を硬ロウ材等で接合したもの、例えば、多孔質性のセラミック製部材と熱膨張係数の著しく高い金属製部材とを接合して得られた接合部材や、熱膨張係数が相互に異なるセラミック製部材同士、または、熱膨張率が異なる金属製部材同士を接合して得られる接合部材にも適用可能である。より具体的には、ガスの分離に使用される多孔質性アルミナ製部材と各種ガス分析装置に装着するための金属製の金口部材を接合して形成したガス分離用接合部材等が挙げられる。勿論、３種類またはそれ以上の異種部材同士を接合したものも本発明で言うところの接合部材に含まれることは言うまでもない。
【００６９】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によると、冷却操作中に、熱応力に対して弱い部材にクラックが発生し難い接合部材及び静電チャックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る静電チャックの断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の端子と電極の接合部分の拡大図であり、（ｃ）は、（ｂ）の端子及び端子接合用穴のコーナー部分の拡大図である。
【図２】本発明の実施に形態に係る静電チャックの製造方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施に形態に係る静電チャックの端子の接合方法を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）は、実施例１における静電チャックの端子接合部分の断面ＳＥＭ写真であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ部分の拡大図である。
【図５】（ａ）は、比較例１における静電チャックの端子接合部分の断面ＳＥＭ写真であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ部分の拡大図である。
【符号の説明】
１ 端子
２ 基材
３ 電極
４ 底面部接合材
５ 側面部接合材
６ 縦方向ガス抜き穴
７ 横方向ガス抜き穴
８ 端子接合用穴
９ 接合材収納穴
Claims (10)
- 凹部を有するセラミックス部材と、
前記凹部に嵌合する凸部を有する金属部材と、
前記セラミックス部材の凹部底面部と前記金属部材の凸部先端部とを接合し、かつ、前記金属部材の先端部と側面部との間のコーナーを覆う硬ロウ材と粒子状の物質を含み多孔質である第１の接合材と、
前記セラミックス部材の凹部側面部と前記金属部材の凸部側面部とを接合する硬ロウ材を含む第２の接合材とを有することを特徴とする接合部材。 - 前記凸部の先端部と側面部との間のコーナー半径をＲ１、前記凹部の底面部と側面部との間のコーナー半径をＲ２とするとき、Ｒ１≧Ｒ２×０．６の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の接合部材。
- 前記凸部の先端部と側面部との間のコーナー半径が０．３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の接合部材。
- 前記凸部の底部から凸部内部を縦あるいは横方向に貫通するガス抜き穴を更に有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の接合部材。
- 電極を内部に備える凹状の端子接合用穴を有する基材と、
該基材と異種材料の部材であり、前記電極へ給電を行う端子と、
前記端子接合用穴の底面部と前記端子の先端部とを接合し、かつ、前記端子の先端部と側面部との間のコーナーを覆う硬ロウ材と粒子状の物質を含み多孔質である底面部接合材と、
前記端子接合用穴の側面部と前記端子の側面部とを接合する硬ロウ材を含む側面部接合材とを有することを特徴とする被処理物を吸着するための静電チャック。 - 前記端子の先端部と側面部との間のコーナー半径をＲ１、前記端子接合用穴の底面部と側面部との間のコーナー半径をＲ２とするとき、Ｒ１≧Ｒ２×０．６の条件を満たすことを特徴とする請求項５に記載の静電チャック。
- 前記端子の先端部と側面部との間のコーナー半径が０．３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項５又は６に記載の静電チャック。
- 前記側面部接合材の厚さが、前記端子の直径の０．００８〜０．０１２倍であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の静電チャック。
- 前記端子の凸部先端内部に接合前の硬ロウ材を収納する接合材収納穴を有することを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の静電チャック。
- 前記端子の底部から端子内部を縦あるいは横方向に貫通するガス抜き穴を更に有することを特徴とする請求項５〜９のいずれか１項に記載の静電チャック。
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