JP3037669B1

JP3037669B1 - 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: JP3037669B1
Application number: JP34074498A
Authority: JP
Inventors: 純司大江
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2000-04-24
Anticipated expiration: 2018-11-30
Also published as: JP2000169252A

Abstract

【要約】【課題】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接合層
に隙間ができたり、剥離することを効果的に防ぎ、耐久
性を向上させる。【解決手段】セラミック部材に、金属部材のフランジ部
をロウ材からなる接合層でもって接合し、かつ上記フラ
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からなる接合層でもっ
て接合するとともに、上記応力緩和部材の厚みを１ｍｍ
以上、その幅を前記金属部材のフランジ部よりも長く
し、かつ上記フランジ部との接合面側の外周エッジ部に
切欠部を形成するとともに、この切欠部の始点からフラ
ンジ部の外周までの距離Ｌを０≦Ｌ≦２ｍｍとする。

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からなる接合層でもって接合してな
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、Ｃ
ＶＤ、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、両部材をロウ材からなる
接合層に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を載置する載置面１１ａを有し、その内部に内部電極
１２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のフランジ部１３ａをロウ材から
なる接合層１４によって気密接合したもがあった。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１
１の下面に備える内部電極１２への通電端子２１や熱電
対等の温度検出素子２２、あるいは測温用光ファイバー
等のウエハ３０の温度検出素子２３等と接続された導線
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。

【０００４】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
加工を行うようになっていた。

【０００５】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１０^-9ｔｏｒｒ／ｓｅｃ
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。

【０００６】そのため、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を加工することが多く、
上記ウエハ支持部材には常温から上記加工温度の間での
熱サイクルが加わることになる。

【０００９】そのため、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との接合層
１４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接合層１４に隙間が生じたり、ある
いはフランジ部１３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、接合層１４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
行すると接合層１４より剥離や割れが生じるというもの
であった。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１３
の内側に侵入し、温度検出素子２２、２３、通電端子２
１、及び導体を腐食させるといった課題もあった。

【００１０】そこで、本件出願人はこれらの課題を解決
するために、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との熱膨張差の小さい応力緩和
リングを接合した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）。

【００１１】このウエハ支持部材１１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と応力緩和リングとで挟持し、フラン
ジ部１３ａの変形を拘束することができるため、接合層
１４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。

【００１２】しかしながら、本件発明者がさらに研究を
重ねたところ、図６に示すように、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
ウ材と、上記フランジ部１３ａと応力緩和リング１６と
を接合するロウ材とがそれぞれ外側に流出して板状セラ
ミック体１１と応力緩和リング１６との間で上記フラン
ジ部１３ａの外周を覆うようなロウ材溜まりＱが形成さ
れると、熱サイクルによって上記ロウ材溜まり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課題があった。

【００１３】

【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、セラミック部材に金属部材のフランジ部をロ
ウ材からなる接合層でもっ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からなる接合層でも
っ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、上記応力緩和部材の厚みを１ｍｍ以上、その幅
を前記金属部材のフランジ部よりも長くし、かつ上記フ
ランジ部との接合面側の外周エッジ部に切欠部を形成す
るとともに、この切欠部の始点からフランジ部の外周ま
での距離Ｌを０ｍｍ≦Ｌ≦２ｍｍとしたことを特徴とす
る。

【００１４】また、本発明の接合体は、切欠部をテーパ
面又は曲面とし、切欠部の長さを０．３ｍｍ以上とする
とともに、切欠部がテーパ面である時には、テーパ面の
接合面に対する傾斜角度を２０°〜７０°とし、切欠部
が曲面である時には、曲面の曲率半径を０．３ｍｍ以上
したことを特徴とする。

【００１５】また、本発明は、ウエハの載置面を有する
板状セラミックス体の下面に、筒状金属体のフランジ部
をロウ材からなる接合層でもって接合するとともに、上
記フランジ部の下面に前記板状セラミック体との熱膨張
差が２×１０^-6／℃以下の応力緩和リングをロウ材から
なる接合層でもって接合してなるウエハ支持部材におい
て、上記応力緩和リングの厚みを１ｍｍ以上、その幅を
前記筒状金属体のフランジ部よりも長くし、かつ上記フ
ランジ部との接合面側の外周エッジ部に切欠部を形成す
るとともに、この切欠部の始点からフランジ部の外周ま
での距離Ｌを０ｍｍ≦Ｌ≦２ｍｍとしたことを特徴とす
る。

【００１６】また、本発明のウエハ支持部材は、切欠部
をテーパ面又は曲面とし、切欠部の長さを０．３ｍｍ以
上とするとともに、切欠部がテーパ面である時には、テ
ーパ面の接合面に対する傾斜角度を２０°〜７０°と
し、切欠部が曲面である時には、曲面の曲率半径を０．
３ｍｍ以上したことを特徴とする。

【００１７】

【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。

【００１８】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る。なお、従来例と同一
部分は同一符号で表す。

【００１９】図１に示すウエハ支持部材は、サセプター
と呼ばれる板状セラミック体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１
２を埋設しいる。また、板状セラミック体１１の下面に
は、筒状金属体１３のフランジ部１３ａをロウ材からな
る接合層１４でもって気密接合するとともに、このフラ
ンジ部１３ａの下面にロウ材からなる接合層１５によっ
て上記板状セラミック体１１との熱膨張差が２×１０^-6
／℃以下である応力緩和リング１を接合してある。そし
て、筒状金属体１３の下端に備えたフランジ部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。

【００２０】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や熱電対等の板状セラミ
ック体１１の温度検出素子２２、あるいは測温用光ファ
イバー等のウエハ３０の温度検出素子２３等を設置して
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。

【００２１】さらに、上記応力緩和リング１は、筒状金
属体１３のフランジ部１３ａの幅以上の長さを有し、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状の切欠部２を形成してあり、板状
セラミック体１１と応力緩和リング１との間にロウ材溜
まりが形成されることを防ぎ、フランジ部１３ａの外周
から応力緩和リング１の切欠部２にかけて滑らかなメニ
スカスが形成されるようにしてある。

【００２２】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
加工を行うようになっている。

【００２３】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１０^-9ｔｏｒｒ／ｓｅｃ
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。

【００２４】そのため、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。

【００２５】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リング１
を接合してあることから、熱サイクルが加わっても接合
層１４に隙間が生じにくくすることができ、ガスリーク
の発生を防ぐことができる。

【００２６】即ち、図２に接合部の拡大図を示すよう
に、板状セラミック体１１の下面にメタライズ層を形成
しておいて、ロウ材からなる接合層１４によって筒状金
属体１３のフランジ部１３ａを接合する。また、このフ
ランジ部１３ａの反対側の下面には、ロウ材からなる接
合層１５を介して環状の応力緩和リング１を接合してあ
る。

【００２７】そのため、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１
３ａとの間に熱膨張差が生じても、上記フランジ部１３
ａ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リング１で挟まれて拘束さ
れることになるため、フランジ部１３ａが変形すること
を防止できる。その結果、接合層１４に隙間が生じにく
く、ガスリークの発生を効果的に防ぐことができる。

【００２８】さらに、本発明では、応力緩和リング１の
幅Ｍを、筒状金属体１３のフランジ部１３ａの幅Ｎより
長くするとともに、上記フランジ部１３ａとの接合面４
側の外周エッジ部に、周方向に沿ってテーパ状の切欠部
２を形成してあるため、接合層１４を構成するロウ材と
接合層１５を構成するロウ材とが外側に流出して塊を形
成する、いわゆるロウ材溜まりができることを効果的に
防ぎ、筒状金属体１３のフランジ部１３ａの外周から応
力緩和リング１の切欠部２にかけて滑らかなメニスカス
を形成することができるため、図６に示す従来のように
ロウ材溜まりＱに熱応力が集中して板状セラミック体１
１が破損することを効果的に防ぐことができる。

【００２９】ところで、上記応力緩和リング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２×１
０^-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１
１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。

【００３０】また、応力緩和リング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。

【００３１】さらに、応力緩和リング１をフランジ部１
３ａに接合した際、応力緩和リング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、この始点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。これ
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が０ｍｍ未満であると、フランジ部１３ａと応力
緩和リング１の切欠部２との間に大きな空間ができるこ
ととなり、この空間に毛細管現象によってロウ材溜まり
が形成されて応力緩和リング１を破損させる恐れがある
からであり、逆に、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２ｍｍを越えると、応力緩和
リング１に切欠部２を形成した効果がなく、板状セラミ
ック１１と応力緩和リング１との間でロウ材溜まりが形
成され、そのロウ材溜まりに熱応力が集中して板状セラ
ミック体１１を破損させる恐れがあるからである。

【００３２】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０ｍｍ≦Ｌ≦１
ｍｍ、望ましくは０ｍｍ≦Ｌ≦０．３ｍｍとすることが
良い。

【００３３】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θは、２０°〜７０°とするととも
に、切欠部２の長さＴを０．３ｍｍ以上とすることが好
ましい。これは、傾斜角度θが２０°未満では、外側へ
はみ出した接合層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１２と応力緩和
リング１の切欠部２との間にロウ材溜まりが形成される
ことを防ぐ効果が低いからであり、逆に、傾斜角度θが
７０°を越えると、外側へはみ出した接合層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にフランジ部１３ａの外周
から応力緩和リング１の切欠部２にかけて滑らかなメニ
スカス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、応力緩和リ
ング１に割れが発生する恐れがあるからである。

【００３４】また、切欠部２の長さ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１２と応力緩和リン
グ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の長さＴとは、切欠部２の始点から応力緩和リング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。

【００３５】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。そのた
め、フランジ部１３ａの肉厚Ｕは、０．０５〜２．０ｍ
ｍが良く、好ましくは０．１〜２．０ｍｍの範囲が良
い。

【００３６】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、Ａｌ₂Ｏ
₃，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を主成分とし周期律
表２ａ族元素や３ａ族元素の酸化物を０．５〜２０重量
％の範囲で含有する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。

【００３７】したがって、応力緩和リング１の材質とし
ても、上記板状セラミック体１１と同様のセラミックス
を用いることが好ましい。

【００３８】一方、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６×１０^-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６×１０^-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や易くなるためであ
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。

【００３９】さらに、接合層１４，１５を構成するロウ
材の材質としては、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，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐ
ｄ，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、Ｔｉ−Ｃｕ−Ａｇ系の
ロウ材が良い。

【００４０】次に、本発明の他の実施形態を説明する。

【００４１】図３は、応力緩和リング１に形成する切欠
部２として曲面５を形成する以外は図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、接
合層１４を構成するロウ材と接合層１５を構成するロウ
材とが外側に流出してロウ材溜まりを形成することを防
ぎ、フランジ部１３ａの外周から応力緩和リング１の切
欠部２にかけて滑らかなメニスカスを形成することがで
きるため、熱応力の集中を防いで板状セラミック体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。

【００４２】さらに、他の実施形態としては、筒状金属
体１３のフランジ部１３ａを外側と内側の両方に形成し
ても良く、この場合、接合層１４の面積を大きくして板
状セラミック体１１と筒状金属体１３との接合強度を高
めることができる。なお、本発明では、筒状金属体１３
の外側（真空側）又は内側（大気側）のいずれか一方に
フランジ部１３ａを形成してあれば構わない。

【００４３】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
ロウ材からなる接合層でもっ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。

【００４４】

【実施例】（実施例１）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。

【００４５】板状セラミック体１１は、直径８インチ
（約２００ｍｍ）の円板状で、ＡｌＮ含有量が９９．９
重量％の高純度窒化アルミニウム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。

【００４６】一方、筒状金属体１３は、熱膨張率が８×
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１６５．５ｍｍ、内径が１６
５．０ｍｍとするとともに、フランジ部１３ａの外径を
１８０．０ｍｍ、内径を１６５．０ｍｍ、肉厚を０．５
ｍｍとした。

【００４７】さらに、応力緩和リング１は、上記板状セ
ラミック体１１と同じ高純度窒化アルミニウムセラミッ
クスにより形成し、その寸法は、厚みＷを５ｍｍ、幅Ｍ
を７ｍｍとしたリング体とした。そして、この応力緩和
リング１のフランジ部１３ａとの接合面４側の外周シー
ル部に切欠部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。

【００４８】上記板状セラミック体１１、筒状金属体１
３、応力緩和リング１をロウ付けで接合する際は、予め
板状セラミック体１１と応力緩和リング１の接合面３に
Ｃｕ−Ａｇ−Ｔｉ系のロウ材を用いて８００℃で表面に
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１３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Ａ
ｇ−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を接合層１４で、上記フランジ部１３ａ
と応力緩和リング１を接合層１５でそれぞれ接合した。

【００４９】そして、これらのウエハ支持部材をＣＶＤ
装置の真空処理室１８内に気密に設置し、１５℃／分の
昇温速度で常温から５００℃までの熱サイクルを加え、
接合層１４における隙間の有無をＨｅガスリークディテ
クターを用いて測定し、接合層１４に隙間ができるまで
の耐久性を熱サイクル数を調べることで評価した。

【００５０】それぞれの結果は表１に示す通りである。

【００５１】

【表１】

【００５２】この結果、応力緩和リング１を接合して
も、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未満では、１０回の熱サイクルで２０
個中１個の接合層１４に隙間ができ、さらに５００回の
熱サイクルでは２０個中８個の接合層１４に隙間が発生
した。

【００５３】また、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２．０ｍｍを越えると、５０
０回の熱サイクルで２０個中１０個以上の接合層１４に
隙間が発生した。

【００５４】これに対し、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≦Ｌ≦２ｍｍの範囲
にあるものは、５００回の熱サイクルにおいて、接合層
１４に隙間ができたのは多くても３個だけであり、耐久
性に優れ、試料Ｎｏ．６，７のように、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≦Ｌ≦
０．３ｍｍの範囲にあるものでは、５００回の熱サイク
ルにおいても接合層１４に隙間ができたものはなく特に
優れていた。

【００５５】この結果、応力緩和リング１に切欠部２を
形成するとともに、この切欠部２の始点Ｓからフランジ
部１３ａの外周までの距離Ｌを０≦Ｌ≦２ｍｍとすれ
ば、板状セラミック体１１と筒状金属体１３との十分な
接合強度が得られ、接合部の耐久性を高められることが
判る。

【００５６】（実施例２）そこで、厚みＷが５ｍｍ、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を０．３ｍｍとした応力緩和リング１を用意し、切欠
部２の傾斜角度θ及び切欠部２の長さＴをそれぞれ異な
らせた時の耐久性を調べるため、実施例１と同様の条件
にて実験を行った。

【００５７】それぞれの結果は表２に示す通りである。

【００５８】

【表２】

【００５９】この結果、試料Ｎｏ．１１のように、切欠
部２の長さＴが０．３ｍｍ未満では、ロウ材溜まりを効
果的に防ぐことができず、５００回の熱サイクルで２０
個中１０個の接合層１４に隙間が発生した。

【００６０】また、切欠部２の長さＴが０．３ｍｍ以上
であっても、試料Ｎｏ．１７のように、切欠部２の傾斜
角度θが２０°未満のものでは、ロウ材溜まりができる
ことを防ぐことができず、５００回の熱サイクルで２０
個中８個の接合層１４に隙間ができ、また、試料Ｎｏ．
２０のように、切欠部２の傾斜角度θが７０°を越える
と、フランジ部１３ａの外周から切欠部２のテーパ面４
にかけて滑らかなメニスカスを形成することができず、
５００回の熱サイルクで２０個中１０個の接合層１４に
隙間ができた。

【００６１】これに対し、切欠部２の傾斜角度θが２０
°〜７０°の範囲にあり、かつ切欠部２の長さＴが０．
３ｍｍ以上であるものは、フランジ部１３ａの外周から
切欠部２のテーパ面４にかけて滑らかなメニスカスが形
成されており、５００回の熱サイルクにおいても接合層
１４に隙間ができたものは、多いものでも２０個中５個
と優れていた。

【００６２】（実施例３）次に、応力緩和リング１に形
成する切欠部２を図３に示すように曲面５とし、その曲
面５の曲率半径Ｒを異ならせて実施例１と同様の条件に
て実験を行った。それぞれの結果は表３に示す通りであ
る。

【００６３】

【表３】

【００６４】この結果、試料Ｎｏ．２１のように、曲面
５の曲率半径Ｒが０．３ｍｍ以上とすれば、フランジ部
１３ａの外周から切欠部２の曲面５にかけて滑らかなメ
ニスカスを形成することができ、５００回の熱サイルク
においても接合層１４に隙間ができたものは、多いもの
でも２０個中３個と優れていた。

【００６５】

【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からなる接合
層でもっ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
緩和部材をロウ材からなる接合層でもって接合してなる
セラミック部材と金属部材の接合体において、上記応力
緩和部材の厚みを１ｍｍ以上、その幅を前記金属部材の
フランジ部よりも長くし、かつ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形成するとともに、この
切欠部の始点からフランジ部の外周までの距離Ｌを０≦
Ｌ≦２ｍｍとしたことによって、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
ンジ部を接合する接合層に隙間ができたり、剥離するこ
とを効果的に防ぎ、耐久性を向上させることができる。

【００６６】また、本発明は、ウエハの載置面を有する
板状セラミックス体の下面に、筒状金属体のフランジ部
をロウ材からなる接合層でもって接合するとともに、上
記フランジ部の下面に前記板状セラミック体との熱膨張
差が２×１０^-6／℃以下の応力緩和リングをロウ材から
なる接合層でもって接合してなるウエハ支持部材におい
て、上記応力緩和リングの厚みを１ｍｍ以上、その幅を
前記筒状金属体のフランジ部よりも長くし、かつ上記フ
ランジ部との接合面側の外周エッジ部に切欠部を形成す
るとともに、この切欠部の始点からフランジ部の外周ま
での距離Ｌを０≦Ｌ≦２ｍｍとしたことによって、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接合層に隙間ができ
たり、剥離することを効果的に防ぎ、ガスリークの発生
を防止することができる。その為、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とを防ぎ、長期間にわたって使用可
能なウエハ支持部材とすることができる。

【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構造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。

【符号の説明】

１・・・応力緩和リング２・・・切欠部３・・・接
合面４・・・テーパ面５・・・曲面Ｍ・・・応力緩和リングの幅Ｎ・・・
フランジ部の幅Ｑ・・・ロウ材溜まりＲ・・・曲面の曲率半径Ｓ・
・・切欠部の始点Ｔ・・・切欠部の長さＵ・・・ジランジ部の肉厚Ｗ・・・応力緩和リングの厚み１１・・・板状体１１ａ・・・載置面１２・・・内
部電極１３・・・筒状金属体１３ａ・・・フランジ部１
４，１５・・・接合層１６・・・応力緩和リング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

Claims

(57)【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
ロウ材で接合するとともに、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
和部材をロウ材で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、上記応力緩和部材の厚みを１ｍｍ
以上とするとともに、その幅を前記金属部材のフランジ
部よりも長くし、かつ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、該切欠部の始点から
フランジ部の外周までの距離Ｌが０ｍｍ≦Ｌ≦２ｍｍ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】上記切欠部がテーパ面又は曲面であること
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】上記切欠部がテーパ面であって、該テーパ
面の接合面に対する傾斜角度が２０°〜７０°でかつ切
欠部の長さが０．３ｍｍ以上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４】上記切欠部が曲面であって、該曲面の曲率
半径が０．３ｍｍ以上でかつ切欠部の長さが０．３ｍｍ
以上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ス
体の下面に、筒状金属体のフランジ部をロウ材で接合す
るとともに、上記フランジ部の下面に前記板状セラミッ
ク体との熱膨張差が２×１０^-6／℃以下の応力緩和リン
グをロウ材で接合してなるウエハ支持部材において、上
記応力緩和リングの厚みを１ｍｍ以上とするとともに、
その幅を前記筒状金属体のフランジ部よりも長くし、か
つ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、該切欠部の始点からフランジ部の外周ま
での距離Ｌが０ｍｍ≦Ｌ≦２ｍｍであることを特徴とす
るウエハ支持部材。
【請求項６】上記切欠部がテーパ面又は曲面であること
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】上記切欠部がテーパ面であって、該テーパ
面の接合面に対する傾斜角度が２０°〜７０°でかつ切
欠部の長さが０．３ｍｍ以上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。
【請求項８】上記切欠部が曲面であって、該曲面の曲率
半径が０．３ｍｍ以上でかつ切欠部の長さが０．３ｍｍ
以上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。