JP5320082B2 - 接合構造及び半導体製造装置 - Google Patents

Description

本発明は接合構造及び半導体製造装置に関する。さらに詳しくは、本発明はセラミックス部材に埋設された金属端子に接続部材を接合する構造、埋設された電極に電力を供給する接続部材を有する接合構造及びこの接合構造を有する半導体製造装置に関する。

エッチング装置やＣＶＤ装置等の半導体製造装置の分野において、セラミックス部材中に電極が埋設された静電チャック等の半導体用サセプタが使用されている。例えば窒化アルミニウムや緻密質アルミナの基材中に電極が埋設されプラズマを発生させるための放電電極として機能する半導体用サセプタ、窒化アルミニウムやアルミナ基材中に金属抵抗体（ヒータ）が埋設されたＣＶＤ等の熱処理プロセスにおいてウエハーの温度を制御するためのセラミックスヒーターとして機能する半導体用サセプタが挙げられる。また半導体ウエハーの搬送、露光、ＣＶＤ、スパッタリング等の成膜プロセス、微細加工、洗浄、エッチング、ダイシング等の工程において、半導体ウエハーを吸着し、保持するための静電チャックとして機能する半導体用サセプタにも電極が埋設されているものもある。

これらの装置においては、窒化アルミニウム等のセラミックス基材中に埋設された電極と接続部材とを電気的に接続する必要がある。接続部分は、高温と低温との熱サイクルにさらされる。このような条件下においても、長期間高い接合強度と良好な電気的接続とを保持することが望まれている。

このような課題を解決する手段としていくつかの技術が提案されているが（例えば、特許文献１参照。）、ある用途においては解決すべき課題が残されていた。

例えば半導体製造装置である半導体用サセプタの電極接続部の製造において、接続部材とセラミックス部材に埋設された端子は、ロウ接合層を介して互いに接続されている。セラミックス部材に埋設された端子がモリブデン（Ｍｏ）からなる場合、かかるロウ接合層としては主にＡｕ（金）―Ｎｉ（ニッケル）合金はんだが用いられているが、接合後に脆弱となり破断しやすくなるといった問題があった。この問題を解決する手段としては、ロウ接合層を厚く（安定的に２００μｍ以上）したり、Ｃｒ（クロム）層でＮｉ拡散を防いだりしていたが不十分であった。

また、接続部材にはネジ孔が設けられており、ネジ孔には、接続部材に給電するための給電部材がねじ込まれる。これにより、接続部材と給電部材とが接続される。そのため、接続部材にねじ込まれる給電部材に過剰なトルクが加えられると、接続部材とセラミックス部材に埋設された端子との接続部分に負荷がかかり、接続部分が破損するという問題が生じていた。

さらには、セラミックス部材と、セラミックス部材と接触する他の部品とを固定する場合、セラミックス部材に座繰り孔を設け、メスネジを設けた金属部材をアルミニウム（Ａｌ）ロウ付けしたものが従来あった。Ａｌロウの融点は低いため、４００℃以上の温度では接合強度が低下するために、使用することができなかった。

以上より、接続部材とセラミックス部材に埋設された端子を接合する信頼性の高い接合構造、この接合構造を有する半導体製造装置及び半導体用サセプタが求められていた。

特許第３７９０００号公報

本発明は、セラミックス部材中に埋設された金属端子に外部と接続するもしくは外部から電力を供給する金属接続部材を備える信頼性の高い接合構造、この接合構造を有する半導体製造装置を提供することを目的とする。さらに本発明は、４００℃以上の高温でも接合強度を維持する信頼性の高いネジ孔を有する接合構造を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴は、窒化アルミニウムからなり、孔が設けられたセラミックス部材と、前記セラミックス部材に埋設され前記孔の底部において露出するモリブデンからなる端子と、前記端子の露出面に接する金（Ａｕ）のみからなるロウ接合層と、前記孔に挿入され前記ロウ接合層を介して前記端子に接続されるモリブデンからなる接続部材と、を備える接合構造を要旨とする。

本発明の第２の特徴は、第１の特徴にかかる接合構造を有する半導体製造装置を要旨とする。

本発明によれば、セラミックス部材中に埋設された金属端子に外部と接続するもしくは外部から電力を供給する金属接続部材を備える信頼性の高い接合構造、この接合構造を有する半導体製造装置が提供される。さらに本発明によれば、４００℃以上の高温でも接合強度を維持する信頼性の高いネジ孔を有する接合構造が提供される。

図１（ａ）は、第１の実施形態にかかる半導体用サセプタの縦方向に切断して得られる断面概略図を示し、図１（ｂ）は第１の実施形態にかかる半導体用サセプタのセラミックス部材の主面に平行に切断して得られる断面概略図を示す。 図２は、第１の実施形態にかかる半導体用サセプタの製造工程図を示す。 図３（ａ）（ｂ）は、第１の実施形態にかかる半導体用サセプタの製造工程図を示す。 図４は、第１の実施形態にかかる半導体用サセプタの製造工程図を示す。 図５（ａ）は、第２の実施形態にかかる半導体用サセプタの縦方向に切断して得られる断面概略図を示し、図５（ｂ）は、第２の実施形態にかかる半導体用サセプタのセラミックス部材の主面に平行に切断して得られる断面概略図を示す。 図６は第２の実施形態にかかる半導体用サセプタの製造工程図を示す。 図７（ａ）（ｂ）は、第２の実施形態にかかる半導体用サセプタの製造工程図を示す。 図８（ａ）（ｂ）は、第２の実施形態にかかる半導体用サセプタの製造工程図を示す。 図９（ａ）（ｂ）は、第２の実施形態にかかる半導体用サセプタの製造工程図を示す。 図１０は、第２の実施形態にかかる半導体用サセプタの製造工程図を示す。 図１１（ａ）は、変形例１にかかる半導体用サセプタの縦方向に切断して得られる断面概略図を示し、図１１（ｂ）は、変形例１にかかる半導体用サセプタのセラミックス部材の主面に平行に切断して得られる断面概略図を示す。 図１２（ａ）は、変形例２にかかる半導体用サセプタの縦方向に切断して得られる断面概略図を示し、図１２（ｂ）は、変形例２にかかる半導体用サセプタのセラミックス部材の主面に平行に切断して得られる断面概略図を示す。 図１３（ａ）は、変形例３にかかる半導体用サセプタの縦方向に切断して得られる断面概略図を示し、図１３（ｂ）は、変形例３にかかる半導体用サセプタのセラミックス部材の主面に平行に切断して得られるＡ１Ａ２断面概略図を示し、図１３（ｃ）は、変形例３にかかる半導体用サセプタのセラミックス部材の主面に平行に切断して得られるＢ１Ｂ２断面概略図を示す。 図１４は、半導体用サセプタの接合構造の接合強度測定の概念図を示す。 図１５（ａ）は、クリアランスがない半導体用サセプタの縦方向に切断して得られる断面概略図を示し、図１５（ｂ）は、クリアランスがない半導体用サセプタのセラミックス部材の主面に平行に切断して得られる断面概略図を示す。 図１６（ａ）（ｂ）は、接続部材５とロウ接合層６との接合境界近傍の断面写真図である。 図１７（ａ）は、図１６の領域Ｓ１における、接続部材５とロウ接合層６との接合境界近傍における接続部材５の元素分析結果を示す図であり、図１７（ｂ）は、図１６の領域Ｓ２におけるロウ接合層６の元素分析結果を示す図であり、図１７（ｃ）は、図１６の領域Ｓ３におけるロウ接合層６と端子３との接合境界近傍における端子３の元素分析結果を示す図である。

以下に、実施形態を挙げて本発明の説明を行うが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。図中同一の機能又は類似の機能を有するものについては、同一又は類似の符号を付して説明を省略する。

〔第１の実施形態〕
（半導体用サセプタ（接合構造））
図１（ａ）は、第１の実施形態にかかる半導体用サセプタの縦方向に切断して得られる断面概略図を示し、図１（ｂ）は、実施形態にかかる半導体用サセプタのセラミックス部材の主面に平行に切断して得られる断面概略図を示す。尚、第１の実施形態にかかる半導体用サセプタの説明をすることで、接合構造や接合構造を有する半導体装置についても説明することとなる。

実施形態にかかる半導体用サセプタ１は、窒化アルミニウムからなり、セラミックス部材４と、端子３と、端子３に接続される接続部材５と、端子３と接続部材５とを接続するロウ接合層６とを有する。

セラミックス部材４の表面には、孔４ａが形成される。セラミックス部材４の内部には、ヒーター抵抗体２が埋設される。ヒーター抵抗体２は、導電体層を構成する。ヒーター抵抗体２は、セラミックス部材４の表面に平行に埋設される。

端子３は、セラミックス部材４と熱膨張係数がほぼ同一の高融点金属からなる。端子３は、モリブデンである。端子３は、孔４ａの底部に埋設される。端子３は、第１の主面３ａと、第２の主面３ｂとを有する。端子３の第１の主面３ａは、孔４ａの底面において露出されており、第２の主面３ｂは、ヒーター抵抗体２に電気的に接する。

ロウ接合層６は、金（Ａｕ）のみからなる。ロウ接合層６は、端子３の露出面である第１の主面３ａに接する。

接続部材５は、孔４ａに挿入され、ロウ接合層６を介して端子３に接続される。接続部材５は、セラミックス部材４と熱膨張係数がほぼ同一の高融点金属からなる。接続部材５はモリブデンである。

接続部材５は、本体部５１と、本体部５１に連なる端部５２とを有する。端部５２は、ロウ接合層６を介して孔４ａの底面４ｂと接する接合面５２ｂを有する。接続部材５の接合面５２ｂと孔４ａの底面４ｂとは、互いに略平行である。端部５２の外側面５２ａと孔の内側面４ｄとの間隔（クリアランスという）７２は、本体部５１の外側面５１ａと孔４ａの内側面４ｄとのクリアランス７１よりも大きい。

本体部５１の外側面５１ａと孔４ａの内側面４ｄとの間にクリアランス７１が形成されることにより、孔４ａに接続部材５を挿入できる。また、クリアランス７１が形成されることにより、孔４ａに挿入された接続部材５が熱膨張することができる。クリアランス７１は、接続部材５の全周にわたってあっても良いし、一部が孔４ａの内側面４ｄに接触していてもよい。クリアランス７１が全周にわたって全くないことは実質的に起こらない。

クリアランス７１は、０ｍｍ超過、略０．５ｍｍ以下が好ましい。下限値より小さいと接続部材５が孔４ａに挿入することが困難になる。孔径が大きいと不純物が入り込みやすくなり、汚染源や電極の腐食原因になるおそれがあるからである。セラミックス部材４にあける孔４ａが大きいほど、セラミックス部材４の強度が低下する。また、接続部材５を孔４ａに挿入する時に、接続部材５をガイドする役割を有することから、接続部材５の外径に対して、必要以上に大きな孔を形成する必要はない。

クリアランス７１を小さくすることにより、接続部材５の外周の一部は、セラミックス部材４の孔４ａの内壁面４ｄと接触する可能性が高くなる。これにより、接続部材５の長手方向に垂直な方向に荷重が加わった場合でもセラミックス部材４の孔４ａは、接続部材５を支持することができる。従って、接続部材５と端子３との接続部分の破損を防ぐことができる。

クリアランス７２は、クリアランス７１よりも大きい。具体的に、接合面５２ｂの直径を４ｍｍ以上６ｍｍ以下としたとき、孔４ａの底面４ｂの直径は、接合面５２ｂの直径よりも１〜１．５ｍｍ大きい。なお、金（Ａｕ）層であるロウ接合層６の厚さは、３μｍ以上１０μｍ以下である。

端部５２の外側面５２ａと孔４ａの内側面４ｄとのクリアランス７２が形成されることにより、孔４ａの底面４ｂと接続部材５の接合面５２ｂとの間に配設されたロウ接合層６の厚さを薄くすることができる。

ロウ接合層６は、後述するロウ箔２０が溶融することによって形成される。従って、具体的に、ロウ接合層６を形成するために用いるロウ箔２０の量が多い場合、余剰のロウ材がクリアランス７２へ流れ込むことができる。すなわち、接合面５２ｂと底面４ｂとの間の接合に寄与するロウ接合層６を薄くすることができる。

また、クリアランス７２に余剰のロウ材が流れ込む程度にロウ箔２０の厚さ（すなわち、ロウ材の量）を調整できる。具体的に、接合面５２ｂの一部にロウ材に覆われない部分があると、接合不全を起こすことがあるが、本実施形態では、余剰のロウ材を投入することができるため接合不全が起こらない。余剰のロウ材を投入しても、ロウ接合層６の厚さを３μｍ以上１０μｍ以下にすることができる。

ロウ箔２０は、図３（ａ）や図４に示されるように、接続部材５の端部５２の接合面５２ｂと、端子３の第１の主面３ａが露出された孔４ａの底面４ｂと間に配設される。ロウ箔２０は、図４に仮想線で示される第１空間４ｃに配設される。本体部５１の内部には螺旋状の溝５ａが形成される。溝５ａには、螺旋状の溝を備える電極（不図示）の端がねじ込まれている。この電極は、半導体用サセプタ１に電力を供給する。

セラミックス部材４としては、特に制限はないが、アルミナ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、Ｓｉ３Ｎ４、窒化ホウ素（ＢＮ）が挙げられる。これらは焼結法等により所望の形状に成形することができる。

セラミックス部材４を製造する際に、端子３は、アルミナ粉末や窒化アルミニウム粉末等のセラミックス粉末と同時に焼成されるため、端子３は、セラミックス部材４と熱膨張係数の近い高融点金属により形成されることが好ましい。アルミナとニオブもしくはチタン、窒化アルミニウムとモリブデンもしくは白金、Ｓｉ３Ｎ４、窒化ホウ素（ＢＮ）とタングステンの組み合わせが良い。

これらの組み合わせに限定されるものではないが、端子３の材質としては、なかでも窒化アルミニウムとモリブデンを用いることが好ましい。セラミックス部材４として窒化アルミニウムセラミックスを用いた場合、端子３の材質として、モリブデンを用いることが好ましい。モリブデンは、熱膨張係数が窒化アルミニウムセラミックスに近く、且つ高融点で窒化アルミニウムセラミックスの焼成の際に内部に埋設できるある程度の大きさを持ったバルク体として使用できるからである。

接続部材５の材質としては、端子３と同じ熱膨張係数の金属を用いることが好ましい。接続部材５とセラミックス部材４とを直接ロウ付けする際、両者の熱膨張差によって接合強度が低下する傾向があるためである。接続部材５と端子３を同じ材質としたほうが、接続部材５と端子３間の応力差がなくなり、セラミックス部材４への応力を緩和できる。

以上の観点から、セラミックス部材４の材質を窒化アルミニウムとした場合には、接続部材５と端子３の材質として、モリブデンを用いることが特に好ましい。窒化アルミニウムは高熱伝導性で高強度の絶縁材料であり、半導体サセプタに用いるに最適な材料である。

ロウ接合層６の直径は、接続部材５の直径と同程度とすることが好ましい。ロウ接合層６（すなわち、金（Ａｕ）層）の厚さは、３μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。ロウ接合層６の直径は、４ｍｍ以上６ｍｍ以下であることが好ましい。上記範囲から外れると接合強度が低くなるからである。

ロウ接合層６は、端子３及び接続部材５の両者の間に隙間無く充填されながらも、端子３及び接続部材５と反応することなく、端子３及び接続部材５に密着して存在している。ロウ接合層６は、極めて薄いことにより、接続部材５と端子３との接合強度は、著しく高くなる。ロウ接合層６を形成する際に溶融したロウ箔２０は、接続部材５の端部５２の外側面５２ａと孔４ａの内側面４ｄとの間に形成されるクリアランス７２に流れ込む。従って、ロウ接合層６の厚さを薄くすることができる。

接続部材５の本体部５１の外側面５１ａと、セラミックス部材４の孔４ａの内側面４ｄとのクリアランス７１は、０ｍｍ超過、略０．５ｍｍ以下である。また、接続部材５の接合面５２ｂは、セラミックス部材４の孔４ａの内部に侵入した状態でロウ接合層６によって固定される。従って、接続部材５にトルクや曲げの力が加わっても、接続部材５とセラミックス部材４との接合が壊れない。

ヒーター抵抗体２としては、特に制限はないが、面状の金属バルク材とすることが好ましい。面状の金属バルク材としては、例えば金属を一体の面状として形成したものをいうが、その他にも多数の小孔を有する板状体からなるバルク材（パンチングメタル）や、網状のバルク材が含まれる。

第１の実施形態にかかる半導体用サセプタ１によれば、ロウ接合層６にニッケル（Ｎｉ）が含まれないため、接続部材５と端子３の間に金属間化合物が生成されない。その結果、熱サイクルやハンドリングなどの外力に対して耐久性が向上する。また金（Ａｕ）のみからなるロウ接合層６としたことにより、脆弱な金属間化合物ではなく固溶体層が形成されるため、外力が加わった場合に緩衝層として機能する。

図１５（ａ）（ｂ）に示す、セラミックス部材４の孔４ａ中の接続部材５が占める空間を除く部分にロウ接合層１０６が充填された半導体用サセプタ１０１の場合、クリアランスなく固定されているため、製造中もしくは使用時における温度サイクルで接続部材５とセラミックスの熱膨張差により応力が発生し、接続部材５の周囲のセラミックス部材４が破損する傾向があった。一方、第１の実施形態にかかる半導体用サセプタ１では、クリアランス７１，７２によって応力が緩和されるため、セラミックス部材４の破損が生じない。尚、第１の実施形態にかかる半導体用サセプタ１よりもねじり破断強度を高めるためには後に説明する第２の実施形態にかかる構成とすることが好ましい。

（半導体用サセプタ（接合構造）の製造方法）
（イ）図２に示すようなセラミックス部材４の主面に平行にヒーター抵抗体２が埋設され、ヒーター抵抗体２に電気的に接するように端子３が埋設されたセラミックス部材４を用意する。

（ロ）図３（ａ）、（ｂ）に示すように、接続部材５を挿入した際に接続部材５が熱膨張可能に接続部材５の外径との間にクリアランス７１が形成されるように、接続部材５の外径よりも大きい内径を備える孔４ａを設ける。尚、図３（ａ）中の仮想線で示される第１空間４ｃに、ロウ接合層６を形成するためのロウ材が含まれるロウ箔２０を載置する。なお、本実施形態において、ロウ箔２０の厚さは、０．２ｍｍである。

（ハ）図４に示すように、端子３の第１の主面（露出面）３ａが露出された底面４ｂにロウ箔２０を配置する。ロウ箔２０は、第１空間４ｃに配置される。そしてロウ箔２０を介して接続部材５をセラミックス部材４の孔４ａ内に配置する。接続部材５の上に５００ｇ以下の重りを載せる。

その後、ロウ箔２０を加熱して溶融させる。加熱温度は金の融点より２０℃程度高くまで加熱することが好ましい。ロウ箔２０の溶融を確認してから５分程度その温度に放置した後、加熱を止め自然冷却を行なう。

ロウ箔２０は、溶融されてロウ箔２０の大部分が接合面５２ｂから流れ出す。接合面５２ｂに残ったロウ材の一部がロウ接合層６を形成する。このロウ接合層６を介して、接続部材５は、端子３と接続される。ロウ箔２０は、溶融することによって流れ出すため、溶融後に形成されたロウ接合層６の厚さは、ロウ箔２０の厚さ０．２ｍｍよりも薄くなる。以上により、図１（ａ）（ｂ）に示す半導体用サセプタ１が製造される。

〔第２の実施形態〕
（半導体用サセプタ（接合構造））
第１の実施形態にかかる半導体用サセプタ１との相違点について中心に説明する。

図５（ａ）に示す第２の実施形態にかかる半導体用サセプタ１１は、セラミックス部材１４の主面に形成された孔１４ａの内側面の一部に、ロウ溜空間１４ｄが形成される。ロウ溜空間１４ｄは、図５（ａ）のＢ１Ｂ２断面において、略半円形状を有する。ロウ接合層６２は、ロウ溜空間１４ｄの一部に充填される。

第２の実施形態にかかる半導体用サセプタはクリアランス７３に加え、クリアランス７３の一部にロウ溜空間１４ｄを備えるため、かかる空間に充填されたロウ接合層６２が鍵の役割をするため（以下「キー効果」という）、ロウ溜空間１４ｄがないものに比べてねじり破断強度がはるかに高い。

第２の実施形態によれば、クリアランス７３の一部のみがロウ接合層６２により満たされるため、接続部材５とセラミックス部材１４は孔１４ａの側面の一部でのみ強固に拘束され、接続部材５とセラミックス部材１４の間の大部分にクリアランス７３が形成される。よって、図１５に示すように、接続部材５とセラミックス部材１４の孔１４ａとの間をロウ接合層１０６で満たした場合に起きるセラミックス部材１０４の破壊は、第２の実施形態では生じない。

つまり第２の実施形態は、図１に示すような、孔４ａと同形状の断面形状の接続部材５を入れた第１の実施形態よりもはるかに高いねじり破断強度を有する。第１の実施形態のように、孔４ａと同形状の断面形状の接続部材５を入れた場合、孔４ａと接続部材５の間にクリアランス７１，７２が発生する。接続部材５が孔４ａの一部と接触している場合もあるが、接続部材５のねじる方向によっては、必ずクリアランス７１，７２があるため、ねじる方向を逆にすると破断する傾向がある。一方、第２の実施形態では、接続部材５の溝５ａにねじ込んだねじを締めたり緩めたりした場合であっても、両方のねじる方向で略半円形状のロウ溜空間１４ｄにクリアランス７３がないようにロウ接合層６２が満たされているので、キー効果により高強度のねじり破断強度を発揮する。

ロウ溜空間１４ｄは一箇所でも良いが、複数のロウ溜空間１４ｄを設けても構わない。例えば２もしくは４箇所に互いに対称になるようにロウ溜空間１４ｄを配置することにより更にねじり破断強度が高くなるからである。しかし、例えば５箇所以上に多くなると、必要なロウ材量が多くなり、また、セラミックスに破断が生じる可能性が高くなるので好ましくない。なかでも、ロウ溜空間１４ｄは、孔１４ａの側壁の互いに対向する位置に１組もしくは２組設けられていることが好ましく、孔１４ａの側壁の互いに対向する位置に１組設けられていることが最も好ましい。

（半導体用サセプタの製造方法）
第１の実施形態にかかる半導体用サセプタ１の製造方法との相違点を中心に説明する。

（イ）図６，図７（ａ）（ｂ）に示すように第１の実施形態の図２，図３（ａ）（ｂ）と同様に、セラミックス部材１４を加工する。

（ロ）図８（ａ）（ｂ）に示すように、ドリルなどを用いてセラミックス部材１４の孔１４ａの側面の一部にロウ溜空間１４ｄを形成する。この場合、孔１４ａと同時にロウ溜空間１４ｄを形成してもよい。

（ハ）その後、図９（ａ）（ｂ）に示すように、ロウ溜空間１４ｄを除いてシール部材１０をセラミックス部材１４上に配置し、そしてメタライズ処理を行なう。また接続部材５についてもロウ材を這い上がらせたい部分にメタライズ処理を行なうことが好ましい。メタライズ処理を行うことで、ロウ箔６１が溶融したときにロウ溜空間１４ｄに這い上がり易くするためであるが、必ずしも必要ではない。また接続部材５については、ロウ材を這い上がらせたい部分を除いて表面酸化処理を行なうことが好ましい。表面酸化処理によって、ロウ材が這い上がらなくなるので、クリアランス（ロウ溜空間１４ｄ）全体がロウ材で満たされるのを防ぐことができる。表面酸化処理に限らず、濡れ性の悪い物質を塗布してもよい。セラミックスへのメタライズ処理か、接続部材５への表面酸化処理のいずれかもしくは両方を行えば、ロウ材をロウ溜空間１４ｄにのみ這い上がらせることが出来る。

（ニ）図１０に示すように、端子３の第１の主面（露出面）３ａが露出された底面１４ｂにロウ箔６１を配置する。ロウ箔６１は、第１空間１４ｃに配置される。そして、ロウ箔６１を介して接続部材５をセラミックス部材４の孔１４ａ内に配置する。その後、ロウ箔６１を加熱して溶融させる。加熱温度は金の融点より２０℃程度高くまで加熱することが好ましい。ロウ箔６１の溶融を確認してから５分程度その温度に放置する。

（ホ）そして、ロウ材が接続部材５の側面やロウ溜空間１４ｄの側面を這い上がることでロウ材の界面が上昇してロウ溜空間１４ｄが充填される。その後、加熱を止め自然冷却を行なう。接続部材５がロウ接合層６を介して端子３に接続される。

以上により、図５（ａ）（ｂ）に示す半導体用サセプタ１１が製造される。

第２の実施形態によれば、セラミックス部材４中に埋設された端子３と接続部材５との間に金属間化合物が生成することがなく、外部螺旋の螺合および取り外しに際しても信頼性が高く、高温でも使用できる信頼性の高い接合構造、この接合構造を有する半導体製造装置が提供される。

〔変形例〕
（半導体用サセプタ（接合構造））
ねじり破断強度を増加させるためには、以下のような構成としても構わない。

変形例１：図１１（ａ）は、変形例１にかかる半導体用サセプタ２１のセラミックス部材１４の主面に垂直な方向に切断した断面の概略図である。接続部材５は、接続部材５の外周表面の一部に、カギ部５ｂを備えていてもよい。カギ部５ｂは、接続部材５の幅方向の断面が半円形状である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示すＢ１Ｂ２断面を開口部側から見た断面図である。カギ部５ｂは、図１１（ｂ）に示すように、ロウ溜空間１４ｄの一部を埋めている。ロウ接合層６２は、ロウ溜空間１４ｄの一部に充填されていてもよい。カギ部５ｂは、接続部材５の幅方向の断面が半円形状の凸部となっている。これにより、カギ部５ｂとロウ溜空間１４ｄとが嵌合しあうため、ねじり破断強度が増加する。

変形例１にかかる半導体用サセプタは、カギ部５ｂとロウ溜空間１４ｄとの間のクリアランス７４の一部に充填されたロウ接合層６２が鍵の役割をするため、ねじり破断強度が高い。

変形例２：図１２（ａ）は、変形例２にかかる半導体用サセプタ３１のセラミックス部材３４の主面に垂直な方向に切断した断面の概略図である。接続部材５は、接続部材５の外側面の一部に、接続部材５の内部に向かって切り込まれた切り欠き部５ｃを備える。また、セラミックス部材１４の主面に形成された孔３４ａの内側面の一部に、ロウ溜空間３４ｄが形成される。ロウ溜空間３４ｄは、図１２（ａ）のＡ１Ａ２断面において、略半円形状を有する。ロウ接合層６２は、切り欠き部５ｃの一部、及びロウ溜空間１４ｄの一部に充填される。

変形例３：図１３（ａ）は、変形例３にかかる半導体用サセプタ４１のセラミックス部材４の主面に垂直な方向に切断した断面の概略図である。接続部材５の径は一定であるが、図１３（ｃ）に示すように、端子４３の第１の主面４３ａの表面に十文字（クロス）状に溝４４を形成してもよい。溶融されたロウ材が溝４４に入り込んだ状態で、ロウ接合層６が形成される。これにより、アンカー効果が得られ、ねじり破断強度が高められる。

（接合強度測定）
（実施例１〜実施例９）（比較例１〜比較例２１）
図１４に示すような孔４ａの直径Ａが４.１ｍｍ、５.１ｍｍ、６.１ｍｍのいずれかであり、試験片の厚みＤが５ｍｍであり、孔４ａの深さＥが４ｍｍであり、端子３の直径Ｃが３ｍｍ、端子３の厚みが０．５ｍｍである試験用の窒化アルミニウムからなるセラミックス部材４を複数用意した。また図１４に示すような外径Ｂが４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍのいずれかであり、溝５ａが設けられた円柱状のモリブデンからなる複数の試験用の接続部材５を用意した。

セラミックス部材４の孔４ａの中に厚さ０．２ｍｍのロウ箔２０を配置し、さらにロウ箔２０上に接続部材５を配置した。接続部材５の外径Ｂとロウ箔２０の径を同一とした。接続部材５の上から、表１に示す重さのモリブデン製の重り（図示しない）を載せることにより、ロウ箔２０を介して、接続部材５の底面によって孔４ａの底面が押されるようにした。重りの重さを変えることによって、ロウ箔２０が溶融することによって形成されるロウ接合層６の厚さを制御した。その後、ロウ箔２０（金）の融点よりも２０℃程度高い温度まで加熱し、ロウ箔２０の溶融を確認してから５分間放置しその後自然冷却した。

以上によりロウ接合層６を介して接続部材５とセラミックス部材４を接合した。そして図１（ａ）（ｂ）に示すような、端子３の表面上にロウ接合層６を備える接合構造を得た。

その後、図１４の固定具８にセラミックス部材４を引っ掛けた後、接続部材５の溝５ａにねじ込ませた引張部材９で矢印で示すように垂直上方に加重を加え、接続部材５がセラミックス部材４からはく離するまでの耐加重を接合強度（ｋｇｆ）として測定した。実験条件及び実験結果をまとめて表１に示す。

実施例１〜実施例３、比較例１，２：端子３の直径を４ｍｍとし、端子３の直径に併せてロウ接合層６の直径を４ｍｍとしたときのロウ接合層６の厚みが接合強度に与える影響を測定した。その結果、ロウ接合層６の厚みが３μｍを超え、１０μｍ以下のときに良好な接合強度が得られることが分かった。

比較例３〜比較例７：Ｎｉを１７％含有する、Ａｕ−Ｎｉ１７％の厚さ０．２ｍｍのロウ箔を設けたことを除き、実施例１〜実施例３、比較例１，２と同様に実験を行なった。その結果、ロウ接合層６は、モリブデンと反応して厚みが厚くなり、接着強度が低下することが分かった。

実施例４〜実施例６、比較例８，９：端子３の直径を５ｍｍとし、端子３の直径に併せてロウ接合層６の直径を５ｍｍとしたときのロウ接合層６の厚みが接合強度に与える影響を測定した。その結果、ロウ接合層６の厚みが３μｍを超え、１０μｍ以下のときに良好な接合強度が得られることが分かった。

比較例１０〜比較例１４：Ｎｉを１７％含有する厚み０．２ｍｍのＡｕ−Ｎｉ１７％のロウ箔を設けたことを除き、実施例４〜実施例６、比較例８，９と同様に実験を行なった。その結果、接着強度が低下することが分かった。

実施例７〜実施例９、比較例１５、１６：端子３の直径を６ｍｍとし、端子３の直径に併せてロウ接合層６の直径を６ｍｍとしたときのロウ接合層６の厚みが接合強度に与える影響を測定した。その結果、ロウ接合層６の厚みが３μｍを超え、１０μｍ以下のとき良好な接合強度が得られることが分かった。

比較例１７〜比較例２１：Ｎｉを１７％含有する厚み０．２ｍｍのＡｕ−Ｎｉ１７％のロウ箔を設けたことを除き、実施例７〜実施例９、比較例１５，１６と同様に実験を行なった。その結果、接着強度が低下することが分かった。

（ねじり破断試験）
（実施例１０〜実施例１４）（比較例２２）
実施形態の記載に従い、表２に示す条件で、図１、図５、図１１〜図１５に示す半導体用サセプタを製造した。そして、トルクレンチで接続部材５をねじり、０．１Ｎ・ｍずつトルクを上昇させていき、ねじり破断トルクを測定した。その後、各半導体用サセプタについて２００℃での加熱と７００℃での加熱を１００サイクル行なった。そして上記と同様にしてねじり破断トルクを測定した。得られた結果をまとめて表２に示す。

比較例２２、実施例１０より、クリアランスを設けることでねじり破断トルクが向上することが分かった。また実施例１１〜実施例１４より、クリアランスに加えてロウ溜空間やアンカーを設けることで、キー効果とアンカー効果により、ねじり破断トルクが向上することが分かった。また実施例１２、１３より、ロウ溜空間に加えてカギ部や切り欠き部を設けることにより、ねじり破断トルクが向上することが分かった。

（反応層形成の測定）
実施例１で使用したモリブデン製の接続部材５と、モリブデン製の端子３が底部４ｂに配設されたセラミックス部材４とをロウ接合層６を介して接合した。

図１６（ａ），（ｂ）は、接続部材５とロウ接合層６との接合境界近傍の断面写真である。

このとき、接続部材５（図１６（ｂ）における領域Ｓ１）、ロウ接合層６（図１６（ｂ）における領域Ｓ２）、端子３（図１６（ｂ）における領域Ｓ３）の組成を、エネルギー分散型電子線プローブ元素分析装置（ＥＤＳ−ＥＰＭＡ）により観測した。なお、図１６（ｂ）において、領域Ｓ２を含むロウ接合層６の厚さは、５μｍであった。

図１７（ａ）は、接続部材５とロウ接合層６との接合境界近傍における接続部材５の元素分析結果を示す。図１７（ｂ）は、ロウ接合層６の元素分析結果を示す。図１７（ｃ）は、ロウ接合層６と端子３との接合境界近傍における端子３の元素分析結果を示す。

図１７（ａ）に示すように、接続部材５とロウ接合層６との接合境界近傍における、接続部材５は、モリブデンからなり、ロウ材の金が拡散していないことが判った。また、図１７（ｂ）に示すように、ロウ接合層６は、金からなり、モリブデンが拡散していないことが判った。更に、図１７（ｃ）に示すように、端子３には、モリブデンからなり、ロウ材の金が拡散していないことが判った。

従って、ロウ接合層６は、端子３及び接続部材５の両者の間に隙間無く充填されながらも、端子３及び接続部材５と反応することなく、端子３及び接続部材５に密着して存在していることが確認された。

１…半導体用サセプタ、 ２…ヒーター抵抗体、 ３…端子、 ３ａ…第１の主面、 ３ｂ…第２の主面、 ４…セラミックス部材、 ４ａ…孔、 ４ｂ…底面、 ４ｃ…第１空間、 ４ｄ…内側面、 ５…接続部材、 ５ａ…溝、 ５ｂ…カギ部、 ５ｃ…切り欠き部、 ６…ロウ接合層、 ８…固定具、 ９…引張部材、 １０…シール部材、 １１…半導体用サセプタ、 ２０…ロウ箔、 ５１…本体部、 ５１ａ…外側面、 ５２…端部、 ５２ａ…外側面、 ５２ｂ…接合面、 ７１，７２…クリアランス、 Ｓ１…領域、 Ｓ２…領域、 Ｓ３…領域

Claims (8)

1. 窒化アルミニウムからなり、孔が設けられたセラミックス部材と、
   前記セラミックス部材に埋設され、前記孔の底面において露出する露出面を有しており、モリブデンからなる端子と、
   前記端子の前記露出面に接する、金（Ａｕ）のみからなるロウ接合層と、
   前記孔に挿入され、前記ロウ接合層を介して前記端子に接続されており、モリブデンからなる接続部材と、を備え、
   前記孔の側壁には、ロウ溜空間が形成されており、
   前記ロウ溜空間は、前記セラミックス部材の主面に平行な断面において、略半円形状を有しており、前記ロウ溜空間の少なくとも一部には、ロウ材が充填されていることを特徴とする接合構造。
2. 前記接続部材は、
   本体部と、
   前記本体部に連なる端部とを有し、
   前記端部は、前記ロウ接合層を介して前記孔の底面と接する接合面を有し、
   前記接続部材の前記接合面と前記孔の底面とは、互いに略平行であって、
   前記端部の外側面と前記孔の内側面との間隔は、前記本体部の外側面と前記孔の内側面との間隔よりも大きく、
   前記接合面の直径が４ｍｍ以上６ｍｍ以下であり、前記孔の底面の直径は、前記接合面の直径よりも１〜１．５ｍｍ大きく、
   前記金（Ａｕ）層の厚さが３μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の接合構造。
3. 前記接続部材は、前記ロウ溜空間内に突出する凸部を有しており、
   前記凸部は、前記セラミックス部材の主面に平行な断面において、略半円形状を有しており、
   前記ロウ溜空間及び前記凸部は、嵌合によってカギ部を形成することを特徴とする請求項
   １又は２に記載の接合構造。
4. 前記接続部材の外周表面の一部には、前記接続部材の内側に窪む切り欠き部が形成されており、前記切り欠き部の少なくとも一部には、ロウ材が充填されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の接合構造。
5. 前記端子の前記露出面には、ロウ材が充填される溝が形成されており、前記溝に充填されたロウ材は、アンカーを構成することを特徴とする請求項１又は２に記載の接合構造。
6. 前記孔の側壁には、２個〜４個のロウ溜空間が形成されて設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の接合構造。
7. 前記孔の側壁には、前記ロウ溜空間が、前記孔の側壁の互いに対向する位置に１組もしくは２組設けられていることを特徴とする請求項６に記載の接合構造。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の接合構造を有することを特徴とする半導体製造装置。