JP2010052015A - 異材接合体の製造方法およびその方法による異材接合体 - Google Patents

Abstract

【課題】熱膨張係数の異なる材質からなる二種の部材を、簡易な方法によってろう付接合して熱伝達効率の高い接合体を形成する方法およびその接合体を用いた静電チャック装置を提供する。
【解決手段】本発明によれば、第１の部材１と、前記第１の部材１と熱膨張係数が異なる第２の部材２との間に、ヤング率が１５０ＧＰａ以下でありかつ融点が１５００Ｋ以下である第３の部材３を、金属ろう材５を介して配設してろう付接合することを特徴とする異材接合体の製造方法が提供される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、異なる材質からなる部材の接合方法、特に、熱膨張係数が大きく異なる材質からなる部材の接合方法およびその方法によって接合した異材接合体に関する。

熱膨張係数が異なる材質によって形成された２つの部材（以下、本明細書においては異材部材という。）を接合して、熱伝達効率の高い接合体を形成することが求められる場合がある（以下、異材部材を接合した接合体を異材接合体という。）。例えば、半導体製造工程で使用される静電チャック装置や冷却板等である。

例えば、冷却板においては、冷却板に使用する金属が半導体製造工程において金属コンタミの原因となるため、冷却板に耐食性を持たせたい場合や絶縁性を持たせたい場合などには、冷却板表面をアルマイト膜や溶射膜の保護膜で被覆することを行っていた。また、同様の目的で焼結セラミックスの部材（以下、セラミックス部材という。）を接着することも行われていた。

しかし、アルマイト膜では、耐食性や絶縁性の面で万全とは言えず、また、溶射膜の保護膜では、パーティクル問題や熱伝導率などの点で、セラミックス部材を接着する方法に比して機能的に劣る。従って、近年は、冷却板に耐食性や絶縁性を持たせたい場合には、冷却板にセラミックス部材を接着する方法が一般的になっている。

ところが、冷却板にセラミックス部材を接着する場合には、基材となる金属部材とセラミックス部材との熱膨張係数の差に起因して、高温でのろう付接合（以下、ろう付という。）や、その他の高温での接合が困難であるという問題がある。基材となる金属部材とセラミックス部材とを、熱伝達率の高い金属ろう材でろう付すると、熱伝達率の高い冷却板を形成することができる。しかし、接合後の冷却過程で基材となる金属部材とセラミックス部材との間に生じる熱膨張係数の差に起因して生じる熱歪によって、セラミックス部材に破損が生じる場合が多いのである。また、破損が生じない場合でも、形成された冷却板に反りが生じ、許容値を超える場合は不良となる。特に、大型の製品においては、反りの無い冷却板の形成が困難である。

このような破損や反りを回避するために、金属ろう材によるろう付を行わずに、有機接着剤（特に、樹脂系接着剤。）または無機接着剤を用いる方法がある。また、いわゆる低温半田で接着する方法もある。しかし、有機接着剤を用いて接着すると、真空中でのガス放出や耐熱性の点で問題があるため、高温状況下での使用や激しい温度差を生じる使用等の過酷な温度環境で使用される部材の接着には、有機接着剤は使用できない。また、特に樹脂系接着剤は、機密性や熱伝達率に問題がある。また、無機接着剤は、接合強度が低く、剥れ易いという問題がある。更に、いわゆる低温半田は、インジウムやビスマス等を含む半田材を用いて接合するものであるが、インジウムは希少金属で高価であり製品コストの上昇を招き、一方ビスマスは毒性があるため問題がある。また、低温半田による接合は、接合した部材の使用温度環境が半田付け温度以下の低温に限定されるため、高温環境下で使用する部材の場合には、低温半田による接合方法を用いることはできない。

以上のような理由から、高い熱伝達率を求められる真空チャック装置や冷却板などに使用する部材は、金属部材とセラミックス部材とを、金属ろう材を用いたろう付等の高温接合することが必要である。そこで、上述した問題を解決するために、特許文献１および特許文献２に示されるように、２つの部材の中間に、複数層（具体的には、３層。）からなる応力緩和層（または、ダンパ層。）を設けることが提案されている。応力緩和層の材質は、熱膨張係数が２つの部材の材質の熱膨張係数の中間である材質である。

上述の方法を、図を基に説明する。図４は、特許文献２に示された３層の応力緩和層を有する異材接合体の製造方法を示す概略図である。図４（Ａ）は、接合の過程を示し、図４（Ｂ）は、接合後の状態を示す。図４（Ａ）に示すように、この方法においては、セラミック部材（ここでは、セラミックスとして、アルミナあるいは窒化アルミなどから成るセラミックスを使用している。）２０１と、金属部材（ここでは、金属部材として第１酸化銅１を２０〜８０％体積含む銅複合材を使用している。）２０２を、三つの応力緩和層（２２１、２２２、２２３）を介して、金属ろう材２０５によってろう付する。ここで、応力緩和層（２２１、２２２、２２３）は、それぞれ第１酸化銅を２０〜８０％体積含む複合材で形成され、熱膨張係数が、セラミック部材２０１側の応力緩和層２２３から金属部材２０２側の応力緩和層２２１へ、順に大きくなるように設定されている。そして図４（Ｂ）に示すように、最終的に３層構造の応力緩和層（２２１、２２２、２２３）を有する接合体が形成されている。応力緩和層（２２１、２２２、２２３）の熱膨張係数が、セラミックス部材２０１側から逓増するように設定することで、熱歪によるセラミックス部材２０１の破損や反りを抑制するものである。

以上説明したように、これの方法は熱膨張係数のみに着目してろう付するものであるため、金属部材とセラミックス部材のように、２つの部材の熱膨張係数の差が大きい場合、熱膨張係数の異なる応力緩和層を複数層形成する必要がある。しかも、ろう付する２つの部材の熱膨張係数の差に応じて、複数の応力緩和層のそれぞれの熱膨張係数をコントロールし、複数の応力緩和層の配置位置を制御する必要がある。従って、製造工程が複雑であり、コスト上昇を招いてしまう。

そこで、例えば、金属部材とセラミックス部材のように、熱膨張係数の差が大きい２つの部材を簡易にろう付できる、異材接合体の製造方法が求められている。
特開平１１−１５７９５３号公報 特開２００１−２２３２６１号公報

本発明は、熱膨張係数の異なる材質からなる二種の部材を、簡易な方法によってろう付接合して熱伝達効率の高い接合体を形成する方法およびその接合体を用いた冷却板や静電チャック装置等を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態によれば、第１の部材と、前記第１の部材と熱膨張係数が異なる第２の部材との間に、ヤング率が１５０ＧＰａ以下でありかつ融点が１５００Ｋ以下である第３の部材を、金属ろう材を介して配設してろう付接合することを特徴とする異材接合体の製造方法が提供される。

本発明の他の実施形態によれば、第１のプレートと、前記前記第１のプレートと熱膨張係数が５×１０^−６／℃以上異なる第２のプレートと、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に配設され、ヤング率が１５０ＧＰａ以下でありかつ融点が１５００Ｋ以下である第３のプレートとを有し、前記第１のプレートと第３のプレートおよび前記第３のプレートと前記第２のプレートがそれぞれろう付接合されていることを特徴とする異材プレート接合体が提供される。

本発明の別の実施形態によれば、真空処理室と、前記真空処理室を真空排気する真空排気装置と、前記真空処理室内に配設され、被処理物を静電吸着する静電チャック部と、前記静電チャック部に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記静電チャック部は、高熱伝導率および高耐食性のいずれか一つ以上を有する上部絶縁層および下部絶縁層、並びに金属電極を有して前記上部絶縁層と前記下部絶縁層との間に配置される電極層を備えた第１のプレートと、冷却または加熱構造を有し、前記前記第１のプレートと熱膨張係数が５×１０^−６／℃以上異なる第２のプレートと、前記第１のプレートと前記第２のプテートとの間に配設され、ヤング率が１５０ＧＰａ以下でありかつ融点が１５００Ｋ以下である第３のプレートとを有し、前記第１のプレートと第３のプレートおよび前記第３のプレートと前記第２のプレートがそれぞれろう付接合されていることを特徴とする静電チャック装置が提供される。

前記第１の部材と前記第２の部材との熱膨張係数の差は、５×１０^−６／℃以上であってもよい。

前記第１の部材は、耐摩耗性、高熱伝導性、高熱耐食性および高絶縁性のいずれか一つ以上の性質を有してもよい。

前記第１の部材は、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、三酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、三酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、シリコン（Ｓｉ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）および炭素（Ｃ）のいずれか一つまたはこれらの複合体によって形成された部材であってもよい。

前記第２の部材は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、コバールおよびインコネル（登録商標）のいずれか一つまたはこれらの複合体によって形成された部材であってもよい。

前記第３の部材は、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、錫（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、インジウム（Ｉｎ）およびマグネシウム（Ｍｇ）のいずれか一つまたはこれらの複合体によって形成された部材であってもよい。

前記金属ろう材は、アルミニウム系ろう材、銀ろう材、銅ろう材およびニッケルろう材のいずれかであってもよい。

本発明によれば、熱膨張係数の異なる材質からなる二種の部材を、簡易な方法によってろう付接合して熱伝達効率の高い接合体を形成する方法およびその接合体を用いた冷却板や静電チャック装置等が提供される。

以下、本発明の実施形態に係る異材接合体の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるわけではない。また、各実施形態において、同様の構成については同じ符号を付し、改めて説明しない場合がある。

（第１の実施形態）
［異材接合体の製造方法］
以下、本発明の第１の実施形態に係る異材接合体の製造方法について、図を基に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る異材接合体の製造方法を示す概略図である。図１（Ａ）は、接合の過程を示し、図１（Ｂ）は、接合後の状態を示す。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る異材接合体の製造方法においては、熱膨張係数の異なる材質からなる２種の部材として、硬度が高く、熱膨張係数の低い第１の部材１と、第１の部材１と熱膨張係数が大きく異なる第２の部材２を用意した。ここで、２つの部材の熱膨張係数の差は、より好適には５×１０^−６／℃以上であればよい。即ち、熱膨張係数の差が５×１０^−６／℃以上の２種の部材を用いると、効果が顕著である。そして、更に、ヤング率が１５０Ｇｐa以下であり、かつ融点が１５００Ｋ以下である材質で形成した部材を第３の部材３として用意した。第３の部材３は、上述したように低ヤング率の材質であり、撓み易い材質である。また、第３の部材３は、低融点材であるため、この第３の部材３に蓄えられた内部応力は、熱接合処理時の回復機構によって減少させることができる材質である。なお、図１は一例であり、図１（Ａ）に示した第２の部材２の下側に、同じ様に第３の部材３、第１の部材１を金属ろう材５を配設して接合し、第２の部材２を中心にして、上下対称に第３の部材３および第１の部材１を接合することで、より歪に対して有効な構造とすることもできる。

本発明の第１の実施形態に係る異材接合体の製造方法においては、まず、第２の部材２上に、シート状に形成した金属ろう材５を配設する。金属ろう材５は、第１の部材１、第２の部材２および第３の部材３とのろう付性を考慮して選択する。例えば、第１の部材１がセラミックス部材で、第２の部材２がチタニウム合金の部材であり、第３の部材３がアルミニウムの部材であれば、金属ろう材５としては、例えば、アルミニウムを主成分とするろう材を使用する。なお、本実施形態においては、金属ろう材５をシート状に形成したものを使用したが、これに限定される訳ではなく、例えば、ペースト状の金属ろう材５を塗布してもよい。

次に金属ろう材５の上に、第３の部材３を配設する。更に、第３の部材３の上に前記シート状の金属ろう材５を配設する。そして、金属ろう材５の上に、第１の部材１を配設する。

以上の工程によってそれぞれの部材（１〜３）の間に金属ろう材５が挟み込まれた積層状態に形成された３つの部材（１〜３）を、加熱・冷却して全面ろう付する。加熱温度は、使用する金属ろう材５によって適宜変更し、例えば、アルミニウムを主成分とする金属ろう材５であれば、約５７０〜５９０℃程度に加熱する。また、熱接触性や機械的強度を向上させるために、ろう付の際に機械的圧力（約１〜１０ＭＰａ）を掛けてろう付してもよい。

以上説明した方法によって、本発明の第１の実施形態に係る異材接合体が形成される。本発明の異材接合体は、図１（Ｂ）に示すように、ろう付された状態で、３層構造となる。即ち、図１（Ｂ）に向かって、上から第１の部材１、第３の部材３、第２の部材２の３層構造である。言い換えれば、熱膨張係数が、５×１０^−６／℃以上異なる第１の部材１と第２の部材２との間に、ヤング率が１５０ＧＰａ以下かつ融点が１５００Ｋ以下の低ヤング率かつ低融点の第３の部材３が存在する３層構造となる。熱処理時に、第１の部材１と第２の部材２との熱膨張係数の差によって生じる熱歪は、第３の部材３に対する応力として働く。しかし、第３の部材３が低ヤング率の材質で形成されているため、この応力は第３の部材３の内部応力として吸収されて緩和される。また、第３の部材３は、低融点の材質で形成されているため、前記内部応力は、接合熱処理時の回復機構によって応力が開放されて減少する。従って、第１の部材１と第２の部材２との熱膨張係数の差によって生じる熱歪は、これによって吸収されることになり、異材部材接合材の破損や反りが抑制される。また、上述した本発明の第１の実施形態に係る異材接合体の製造方法によれば、第１の部材１と第２の部材２との間に、所定の範囲のヤング率および融点を有する材質で形成した第３の部材３を介在させてろう付するだけで、異材接合体の破損や反りを抑制することができる。そして、第３の部材３については、ヤング率および融点に留意するだけで、熱膨張率について考慮する必要がない。即ち、上述した特許文献に開示されたように、複数の応力緩和層をそれぞれの熱膨張係数を所定の範囲に設定して形成する作業、およびろう付時に複数の応力緩和層を、それぞれの熱膨張係数に基づいて所定の順番に配置する作業を行う必要がない。即ち、これらの作業を軽減することができる。従って、製造工程の効率を改善することができ、製品コストを抑制することができる。

なお、本発明の第１の実施形態に係る異材接合体を形成する第１の部材１、第２の部材２および第３の部材３の材質、およびそれぞれの材質のヤング率、熱膨張係数および融点を表１に示す。

本発明の第１の実施形態に係る異材接合体の、第１の部材１の材質としては、表１に示すように、タングステンカーバード（炭化タングステン＿ＷＣ）、チタンカーバイド（炭化チタン＿ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミナイトライド（窒化アルミニウム＿ＡｌＮ）、アルミナ（三酸化アルミニウム＿Ａｌ_２Ｏ_３）、シリコンナイトライド（窒化ケイ素＿Ｓｉ_３Ｎ_４）、マグネシア（酸化マグネシウム＿ＭｇＯ）、チタニア（二酸化チタン＿ＴｉＯ_２）、ジルコニア（二酸化ジルコニウム＿ＺｒＯ_２）、イットリア（三酸化イットリウム＿Ｙ_２Ｏ_３）、シリコン（Ｓｉ）、シリカ（二酸化ケイ素＿ＳｉＯ_２）、ガラス類および炭素（Ｃ）のいずれか一つ若しくはいずれか一つを主成分とする合金若しくは焼結体またはこれらの複合材が用いられる。

また、第１の部材１は、形成された異材接合体の使用目的に応じて、例えば、耐摩耗性、高熱伝導率や高耐食性を持たせてもよい。また、例えば、第１の部材１に高絶縁性を持たせ、内部に電極を配設して静電チャック（Ｅｌｅｃｔｒｏ＿Ｓｔａｔｉｃ＿Ｃｈｕｃｋ）機能を持たせたＥＳＣ機能体のような、いわゆる機能体であってもよい。

本発明の第１の実施形態に係る異材接合体の、第２の部材２の材質としては、表１に示すように、ステンレス合金（ＳＵＳ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、コバールおよびインコネル（登録商標）のいずれか一つ若しくはいずれか一つを主成分とする合金またはこれらの複合材が用いられる。但し、第２の部材２の材質は、第１の部材１と熱膨張係数が大きく異なる材質となるように選択すると、本発明の効果が発揮され、好適には、第１の部材１と第２の部材２との熱膨張係数の差が、５×１０^−６／℃以上であるように、第１の部材１の材質に対応して第２の部材２の材質を選択するとよい。このように大きな熱膨張係数の差がある材質からなる２つの部材をろう付する際に、本発明の第１の実施形態に係る異材接合体の製造方法の効果が顕著になるためである。

本発明の第１の実施形態に係る異材接合体の、第３の部材３の材質としては、好適には、表１に示すように、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、インジウム（Ｉｎ）およびマグネシウム（Ｍｇ）のいずれか一つ若しくはいずれか一つを主成分とする合金またはこれらの複合材が用いられる。但し、第３の部材３は、これに限定されるわけではなく、例えばポリマーや樹脂等であってもよい。ヤング率が１５０ＧＰａ以下の低ヤング率であって、かつ融点が１５００Ｋ以下の低融点の材質であれば、第３の部材３として用いることができる。前記の低ヤング率かつ低融点である材質からなる部材を挟んでろう付することが、本発明の第１の実施形態に係る異材接合体の製造方法の特徴だからである。なお、第３の部材３と第２の部材２とは、異なる材質となるように選択する。従って、第２の部材２として例えばアルミニウム（Ａｌ）を選択した場合、第３の部材３としては、アルミニウム以外を選択する。

また、第３の部材３に、例えば、バキューム機能やガス系統の機能を持たせることもできる。本発明の第１の実施形態に係る異材接合体の製造方法によって製造された異材接合体は、上述したとおり、例えば、半導体製造工程で使用される静電チャック装置や冷却板に使用される場合がある。静電チャック装置の場合、真空中または所定のガス雰囲気下で使用されることが多い。従って、この第３の部材３に、バキューム機能またはガス系統の機能を持たせてもよい。

上述した第１の部材１乃至第３の部材３の厚さ等については特に制約はなく、目的に合わせて適宜選択することができるが、第３の部材３については、厚さが厚いほど応力緩和の効果が大きく、接合体の反りを軽減することができる。また、ろう付に使用する金属ろう材５の材質も、第１の部材１乃至第３の部材３の材質を考慮して、例えば、アルミニウムろう材、銅ろう材等を適宜選択することができる。また、ろう付時の加熱温度は、選択された金属ろう材５に応じて、適宜変更される。

[効果]
以上説明した、本発明の第１の実施形態に係る異材接合体の製造方法およびこの製造方法によって製造された異材接合体の効果について説明する。まず、製造方法の効果について説明する。本発明の第１の実施形態に係る異材接合体の製造方法は、上述したように、熱膨張係数が大きく異なる異材部材の間に、低ヤング率かつ低融点である第３の部材を挟んで、金属ろう材によってろう付するものである。即ち、この第３の部材を挟んでろう付することのみによって、簡易に異材接合体の破損や反りを抑制し、効率的に異材接合体を製造することができる。これは、２つの異材部材の熱膨張係数の差によって生じる熱歪を、低ヤング率の第３の部材の内部応力として吸収し、吸収した内部応力を低融点の第３の部材の接合熱処理時の回復機構によって開放して減少させることができるからである。従って、複数の応力緩和層を形成し、かつ、複数の応力緩和層の配置順を制御等する複雑な製造工程を用いる必要がない。よって、本発明に係る製造方法によれば、効率的に、低コストで異材接合体を製造することができる。なお、本効果は、異材部材間の熱膨張係数の差が、５×１０^−６／℃以上であると、一層顕著に発揮される。

次に、本発明の第１の実施形態に係る異材接合体の製造方法によって製造された、異材接合体の効果について説明する。第１に、本発明の第１の実施形態に係る製造方法によって製造された異材接合体は、熱伝導率および機密性に優れる。上述したように本異材接合体は、金属ろう材５を用いてろう付によって接合される。従って、金属で接合されるため、樹脂系接着剤を用いて接着する場合に比して熱伝達率に優れる。また、樹脂系接着剤を用いて接着する場合に比して機密性に優れる。

第２に、本発明に係る異材接合体は、使用温度枠が広がる。即ち、本異材接合体の接合に用いる金属ろう材は、樹脂系接着剤や低温半田に比して融点が高い。従って、本異材接合体は、高温環境下での使用が可能となる。

第３に、本発明に係る異材接合体は、低コストかつ安全性に優れる。本発明に使用する第３の部材３は、銅やアルミニウム等の一般的な金属であり、またろう付に用いる金属ろう材５も、アルミニウム系ろう材や銅系ろう材の一般的なものである。従って、低温半田に用いられるインジウム等の希少金属でないため、低コストである。また、これらの金属は、低温半田に用いられるビスマスのような毒性が問題となることはない。従って、本発明に係る異材接合体は、低コストかつ安全性に優れる。

第４に、本発明に係る異材接合体は、簡易にバキューム機能やガス系統の機能を持たせることができる。異材を樹脂系接着剤で接着する場合、および低温半田で接合する場合、かかる機能を持たせることはできない。これらの方法による場合は、形成した異材接合体に別個に上記の機能を有する層を形成する必要がある。しかし、本発明に係る異材接合体は、第３の部材３として、低ヤング率かつ低融点であって、更にバキューム機能やガス系統の機能を有す部材を選択するだけで、形成した異材接合体にバキューム機能やガス系統の機能を持たせることができる。

（実施例１）
上述した、本発明の第1の実施形態に係る異材接合体の製造方法を、冷却板またはヒータ等の異材プレート接合体に適用した実施例について、以下に説明する。以下においては、例として冷却板に適用した例を説明するが、本実施例は冷却板に限定されるものではなく、上述したようにヒータ等の他のプレートであってもよい。図２を基に説明する。図２は、本発明の実施例1に係る異材プレート接合体の製造方法およびその方法によって製造した異材プレート接合体を示す概略断面図であり、図２（Ａ）は、実施例１に係る異材プレート接合体の製造方法を示す概略断面図であり、図２（Ｂ）は、前記方法によって製造された異材プレート接合体の概略断面図である。

本実施例１に係る異材プレート接合体である冷却板１０は、第１のプレート１１と、第１のプレート１１と熱膨張係数が大きく異なる（好適には、５×１０^−６／℃以上の差を有する。）材質で形成された第２のプレート１２との間に、ヤング率が１５０ＧＰａ以下でありかつ融点が１５００Ｋ以下である材質で形成された第３のプレート１３を、金属ろう材１５を介してろう付することによって形成する。

ここで、第２のプレート１２は、凹所が形成された第２のプレート第１部材１２ａと、第２のプレート第１部材１２ａと同一の材質で形成された第２のプレート第２部材１２ｂとを、凹所を覆うようにろう付等によって接合して形成される。従って、第２のプレート１２は、内部に断面形状が略矩形の複数の孔を有する部材となる。本実施例１においては、この複数の孔に冷却用の不活性ガスや液状の冷媒を流すことで冷却板として使用する。従って、本実施例１においては、この孔は溝であり、冷却溝２１となる。但し、これに限定されず、例えば、前記溝に電熱体を配設して加熱溝としてもよい。

本実施例１においては、第２のプレート１２の材質としてチタン（Ｔｉ。熱膨張係数８．９×１０^−６／℃。）を用いた。上述した第２のプレート第１部材１２ａと第２のプレート第２部材１２ｂをチタンで形成し、ろう付して冷却孔２１を有する第２のプレート（冷却板基材）１２を形成した。また、第１のプレート１１は、炭化ケイ素（ＳｉＣ。熱膨張係数４×１０^−６／℃。）のセラミックスプレートを使用した。更に、第３のプレート１３の材質として、アルミニウム（Ａｌ。ヤング率７６ＧＰａ、融点９３３Ｋ。）を用い、アルミニウムプレートを形成して使用した。金属ろう材１５としては、アルミニウム系金属ろう材を使用した。第１のプレート１１と第２のプレート１２との熱膨張係数の差は、本実施例１においては、５．９×１０^−６／℃である。

予め冷却孔２１を形成した第２のプレート（冷却板基材）１２上に、シート状に形成したアルミニウム系金属ろう材１５を配設し、更に金属ろう材１５の上に、第３のプレート１３を配設する。そして、第３のプレート１３の上に更にシート状の金属ろう材１５を配設し、最後に金属ろう材１５の上に第１のプレート１１を配設する。以上のように積層した部材を、加熱炉において、約５７０〜５９０℃程度に加熱して金属ろう材１５を溶融し、更に冷却してろう付する。ろう付の際に、機械的圧力を掛けてもよい。以上のような工程によって図２（Ｂ）に示す、異材プレート接合体（冷却板）１０が形成される。図２（Ｂ）に示すように、本実施例１２に係る異材プレート接合体（冷却板）１０は、第２のプレート（冷却板基材）１２内部に冷却孔２１を有し、該冷却板基材１２上に、アルミニウムプレート１３、セラミックスプレート１１が積層された３層構造の冷却板１０となる。即ち、中間に低ヤング率かつ低融点のアルミニウムプレート１３を有する３層構造の冷却板１０となる。

なお、第１のプレート１１の材質は、炭化ケイ素に限定されず、上述した表１の第１のプレートの材質中から適宜選択される。第１のプレート１１の材質に、高熱伝達係数を有する材質や、高耐食性を有する材質、更には、高絶縁性を有する材質を用いることが可能である。また、第１のプレート１１に、静電チャック機能（ＥＳＣ機能）を持たせてもよい。第１のプレート１１は、異材プレート接合体１０の使用目的に合わせて、適宜選択することができる。

また、第２のプレート１２の材質も、形成された異材プレート接合体１０の使用目的に合わせて、前記表１の第２のプレートの材質中から適宜選択される。但し、第１のプレート１１と第２のプレート１２との熱膨張係数の差が大きく異なるように、第２のプレート１２の材質を選択するとよい。好適には、２つのプレートの熱膨張係数の差が５×１０^−６／℃以上であれば、本発明の効果がより顕著に発揮できる。

また、第３のプレート１３の材質も、アルミニウムには限定されず、上記表１の第３のプレートに示した材質中から、適宜選択される。また、上記表１柱の材質に限定されるわけではなく、例えばポリマーや樹脂等であってもよい。上記表１の第３のプレートに示した材質は、いずれもヤング率が１５０ＧＰａ以下であり、かつ融点が１５００Ｋ以下の材質である。従って、第１のプレート１１と第２のプレート１２との間に、かかる材質から形成された第３のプレート１３を挟んで金属ろう材１５でろう付することで、第１のプレート１１と第２のプレート１２との熱膨張係数の差に起因する熱歪を、減少することができる。即ち、熱歪を、低ヤング率の第３のプレート１３の内部応力として吸収し、吸収した内部応力を低融点の第３のプレート１３の接合熱処理時の回復機構によって開放して減少させることができるからである。

以上説明した構造を有する、本実施例１に係る異材プレート接合体（冷却板）１０は、第１に、金属ろう材１５を用いてろう付されるため、熱伝導率および機密性に優れる。従って、例えば、冷却板やヒータ等の部材として好適である。

第２に、本実施例１に係る異材プレート接合体（冷却板）１０は、使用温度枠が広い。樹脂系接着剤や低温半田に比して融点の高い金属ろう材でろう付するためである。この点でも、冷却板やヒータ等の部材として好適である。

第３に、本実施例１に係る異材プレート接合体（冷却板）１０は、低コストかつ安全性に優れる。第３のプレート１３として、一般的な金属であるアルミニウムや銅を用い、一般的なろう付によって接合するためである。また、金属ろう材１５も一般的なろう材であり、毒性を有するビスマス等を含まないため、低コストかつ安全性に優れる。

第４に、本実施例１に係る異材プレート接合体（冷却板）１０は、簡易にバキューム機能やガス系統の機能を持たせることができる。即ち、第３のプレート１３の材質を、低ヤング率かつ低融点で、更にバキューム機能やガス系統の機能を有する材質で形成することで、かかる機能を実現できるためである。

（実施例２）
本発明の第１の実施形態に係る異材接合体の製造方法の、別の実施例について、図を基に説明する。本実施例２は、本発明に係る異材接合体を静電チャック装置に用いて実施例である。図３は、本発明の実施例２に係る静電チャック装置１００の概略断面図である。本発明の第１の実施形態に係る異材接合体の製造方法及びその方法によって製造された異材接合体は、静電チャック装置１００の製造に用いることができる。

図３に示すように、本実施例２に係る静電チャック装置１００は、真空処理室１０２、真空処理室１０２外部に設けられた電源供給手段１０６および真空排気装置１１０を有し、真空処理室１０２と真空排気装置１１０は、ガス供給口１１２およびガス排気口１１４で接続される。かかる構成は、一般的な静電チャック装置と同様である。

真空処理室１０２内部に、静電チャック部１２０が配設され、静電チャック部１２０は、真空処理室１０２外部に設けられた電源供給手段１０６と電源線１０８によって接続される。電源供給手段１０６からの電源の供給を受けて、静電チャック部１２０は吸着力を発生し、被吸着物を吸着する。

静電チャック部１２０は、ＥＳＣ機能（静電チャック機能）を有する第１のプレート１１、冷却孔または加熱孔２１を有する基材である第２のプレート１２および第３のプレート１３から構成される。図３には図示していないが、第１のプレート１１は内部に電極を有し、前記電極が２つの絶縁層によって挟み込まれ、各電極に電源供給手段１０６の電源が供給され、吸着力を発生する。

ここで、第１のプレート１１、第３のプレート１３および第２のプレート１２は、本発明の第１の実施形態に係る異材接合体の製造方法によって、ろう付されて形成される。本実施例２においては、第１のプレート１１として、ＥＳＣ機能を有するアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３。熱膨張係数７．５×１０^−６／℃。）のセラミックスプレートを使用した。また、第２のプレート１２として、予め内部に冷却孔または加熱工２１が形成された、チタン（Ｔｉ。熱膨張係数８．９×１０^−６／℃。）からなるチタンプレートを使用した。更に第３のプレート１３として、アルミニウム（Ａｌ。ヤング率７６ＧＰａ、融点９３３Ｋ。）からなるアルミニウムプレートを使用した。

第２のプレート１２上に、シート状に形成したアルミニウム系金属ろう材１５を配設し、更にその上に第３のプレート１３を配設する。そして、更にシート状の金属ろう材１５を配設して、その上に第１のプレート１１を配設する。これを、加熱炉を用いて、約５７０〜５９０℃で加熱して金属ろう材１５を溶融し、更に冷却して静電チャック部１２０を形成した。その上で、静電チャック部１２０を真空処理室１０２内に配設し、予め第１のプレート１１内部に配設した複数の電極に、電力線１０８を介して電源供給手段１０６を接続した。更に、ガス供給口１１２およびガス排出口１１４を介して、真空処理室１０２に真空排気装置１１０を接続することで、本実施例２に係る静電チャック装置１００を形成した。

なお、上述した第１のプレート１１、第３のプレート１３および第２のプレート１２の材質は一例であり、これに限定されるものではない。第１のプレート１１の材質は、上述した表１の第１のプレートの材質中から適宜選択される。静電チャック１００に適した高絶縁性を有し、更に高熱伝達率や高耐食性を有する材質が用いられる。また、第２のプレート１２の材質も、前記表１の第２のプレートの材質中から適宜選択される。但し、第１のプレート１１と第２のプレート１２との熱膨張係数の差が大きく異なるように、より好適には熱膨張係数の差が５×１０^−６／℃以上であるように選択すれば、本発明の効果がより顕著に発揮できる。更に、第３のプレート１３の材質も、上記表１の第３のプレートに示した材質中から適宜選択されるが、例えば、ポリマーや樹脂等表１中に記載されていないものであってもよい。第３のプレート１３として、ヤング率が１５０ＧＰａ以下かつ融点が１５００Ｋ以下の材質のプレートを用いれば、本発明による第１のプレート１１と第２のプレート１２との熱膨張係数が大きく異なることに起因する熱歪を減少する効果を奏することができる。

以上に説明した製造方法によって製造された、本実施例２に係る静電チャック装置１００は、金属ろう材１５を用いてろう付された静電チャック部１２０を有する。従って、熱伝導率および機密性に優れる静電チャック装置１００が提供される。

また、本実施例２に係る静電チャック装置１００は、樹脂系接着剤や低温半田に比して融点の高い金属ろう材でろう付するため、使用温度範囲が広い。

更に、本実施例２に係る静電チャック装置１００は、２つのプレートの熱膨張係数が大きく異なることに起因する熱歪を、一般的なアルミニウム等の材質で形成した第３のプレート１３によって減少させる。この第３のプレート１３は、一般的な金属で形成され、一般的で毒性のない金属ろう材でろう付される。従って、低コストかつ安全性に優れる静電チャック装置１００が提供される。

更にまた、本実施例２に係る静電チャック装置１００は、第３のプレート１３の材質を、低ヤング率かつ低融点で、更にバキューム機能やガス系統の機能を有する材質で形成することで、簡易に、バキューム機能やガス系統の機能を有する静電チャック装置１００とすることができる。

本発明の第１の実施形態に係る異材接合体の製造方法を示す概略図であり、図１（Ａ）は接合の過程を示し、図１（Ｂ）は接合後の状態を示す。 本発明の実施例1に係る異材プレート接合体の製造方法および該方法によって製造した異材プレート接合体を示す概略断面図であり、図２（Ａ）は実施例１に係る異材プレート接合体の製造方法を示す概略断面図であり、図２（Ｂ）は前記方法によって製造された異材プレーと接合体の概略断面図である。 本発明の実施例２に係る静電チャック装置１００の概略断面図である。 特許文献２に示された３層の応力緩和層を有する異材接合体の製造方法を示す概略図であり、図４（Ａ）は接合の過程を示し、図４（Ｂ）は接合後の状態を示す。

符号の説明

１：第１の部材
２：第２の部材
３：第３の部材
５：金属ろう材
１０：冷却板
１１：第１のプレート（セラミックスプレート）
１２：第２のプレート（冷却板基材）
１３：第３のプレート（アルミニウムプレート）
１５：アルミニウム系金属ろう材
２１：冷却または加熱孔
１００：静電チャック装置
１０２：真空処理室
１０６：電圧供給手段（電源）
１０８：電源線
１１０：真空排気装置
１１２：ガス供給口
１１４：ガス排気口

Claims (15)

1. 第１の部材と、前記第１の部材と熱膨張係数が異なる第２の部材との間に、ヤング率が１５０ＧＰａ以下でありかつ融点が１５００Ｋ以下である第３の部材を、金属ろう材を介して配設してろう付接合することを特徴とする異材接合体の製造方法。
2. 前記第１の部材と前記第２の部材との熱膨張係数の差は、５×１０^−６／℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の異材接合体の製造方法。
3. 前記第１の部材は、耐摩耗性、高熱伝導性、高耐食性および高絶縁性のいずれか一つ以上の性質を有することを特徴とする請求項２に記載の異材接合体の製造方法。
4. 前記第１の部材は、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、三酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、三酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、シリコン（Ｓｉ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）および炭素（Ｃ）のいずれか一つまたはこれらの複合体によって形成された部材であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の異材接合体の製造方法。
5. 前記第２の部材は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、コバールおよびインコネル（登録商標）のいずれか一つまたはこれらの複合体によって形成された部材であることを特徴とする請求項４に記載の異材接合体の製造方法。
6. 前記第３の部材は、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、錫（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、インジウム（Ｉｎ）およびマグネシウム（Ｍｇ）のいずれか一つまたはこれらの複合体によって形成された部材であることを特徴とする請求項５に記載の異材接合体の製造方法。
7. 前記金属ろう材は、アルミニウム系ろう材、銀ろう材、銅ろう材およびニッケルろう材のいずれかであることを特徴とする請求項６に記載の異材接合体の製造方法。
8. 第１のプレートと、
   前記前記第１のプレートと熱膨張係数が５×１０^−６／℃以上異なる第２のプレートと、
   前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に配設され、ヤング率が１５０ＧＰａ以下でありかつ融点が１５００Ｋ以下である第３のプレートとを有し、
   前記第１のプレートと第３のプレートおよび前記第３のプレートと前記第２のプレートがそれぞれろう付接合されていることを特徴とする異材プレート接合体。
9. 前記第１のプレートは、耐摩耗性、高熱伝導性、高耐食性および高絶縁性のいずれか一つ以上の性質を有することを特徴とする請求項８に記載の異材プレート接合体。
10. 前記第１のプレートは、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、三酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、三酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、シリコン（Ｓｉ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）および炭素（Ｃ）のいずれか一つまたはこれらの複合体によって形成されたプレートであることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の異材プレート接合体。
11. 前記第２のプレートは、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、コバールおよびインコネル（登録商標）のいずれか一つまたはこれらの複合体によって形成されたプレートであることを特徴とする請求項１０に記載の異材プレート接合体。
12. 前記第３のプレートは、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、錫（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、インジウム（Ｉｎ）およびマグネシウム（Ｍｇ）のいずれか一つまたはこれらの複合体によって形成されたプレートであることを特徴とする請求項１１に記載の異材プレート接合体。
13. 真空処理室と、
    前記真空処理室を真空排気する真空排気装置と、
    前記真空処理室内に配設され、被処理物を静電吸着する静電チャック部と、
    前記静電チャック部に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
    前記静電チャック部は、
    高熱伝導率および高耐食性のいずれか一つ以上を有する上部絶縁層および下部絶縁層、並びに金属電極を有して前記上部絶縁層と前記下部絶縁層との間に配置される電極層を備えた第１のプレートと、
    冷却または加熱構造を有し、前記前記第１のプレートと熱膨張係数が５×１０^−６／℃以上異なる第２のプレートと、
    前記第１のプレートと前記第２のプテートとの間に配設され、ヤング率が１５０ＧＰａ以下でありかつ融点が１５００Ｋ以下である第３のプレートとを有し、
    前記第１のプレートと第３のプレートおよび前記第３のプレートと前記第２のプレートがそれぞれろう付接合されていることを特徴とする静電チャック装置。
14. 前記第１のプレートは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、三酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、三酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、シリコン（Ｓｉ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）および炭素（Ｃ）のいずれか一つまたはこれらの複合体によって形成されたプレートであり、
    前記第２のプレートは、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、コバールおよびインコネル（登録商標）のいずれか一つまたはこれらの複合体によって形成されたプレートであり、
    前記第３のプレートは、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、錫（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、インジウム（Ｉｎ）およびマグネシウム（Ｍｇ）のいずれか一つまたはこれらの複合体によって形成されたプレートであることを特徴とする請求項１３に記載の静電チャック装置。
15. 前記第３のプレートは、バキューム機能またはガス吸収機能の少なくとも一つを有することを特徴とする請求項１４に記載の静電チャック装置。