JPH08277173A - セラミックスの接合構造およびその製造方法 - Google Patents

セラミックスの接合構造およびその製造方法

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JPH08277173A
JPH08277173A JP8024836A JP2483696A JPH08277173A JP H08277173 A JPH08277173 A JP H08277173A JP 8024836 A JP8024836 A JP 8024836A JP 2483696 A JP2483696 A JP 2483696A JP H08277173 A JPH08277173 A JP H08277173A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】接合強度が高く、ハロゲン系腐食性ガスに対す
る耐蝕性が良好な、セラミックス部材と金属接合部材と
の接合構造を提供する。 【解決手段】セラミックス部材１と金属接合部材１２ａ
とが、ろう材からなる接合層によって接合されている。
セラミックス部材１に金属部材７が埋設されており、セ
ラミックス部材１の接合層と接触する接合面８ａに金属
部材７の一部が露出して金属露出部７ａを形成してお
り、この接合面８ａに沿ってセラミックス部材１と金属
露出部７ａとが、それぞれ接合層に対して接合してい
る。好ましくは、セラミックス部材１を構成するセラミ
ックスが窒化アルミニウムであり、接合層が、少なくと
も主成分が銅、アルミニウムおよびニッケルからなる群
より選ばれた金属からなる連続相を備えており、かつマ
グネシウム、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムか
らなる群より選ばれた活性金属を含有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス部材と金
属接合部材とをろう材により接合したセラミックスの接
合構造、およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、窒化アルミニウム部材とセラ
ミックス部材との接合体、または窒化アルミニウム部材
と金属部材との接合体は、種々の構成のものが様々な用
途に使用されている。例えば、半導体製造装置において
用いられるセラミックスヒータ、静電チャックおよび高
周波電極等においては、窒化アルミニウム部材と種々の
セラミック部材との間、窒化アルミニウム部材と熱電対
セット用の金具との間、窒化アルミニウム部材と電極と
の間等を接合する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のセラミックスの
接合構造として、セラミックス部材と金属接合部材との
間にろう材を配し、加熱して、セラミックス部材と金属
接合部材とを接合することが知られている。本発明者ら
はこのろう材を使用する接合構造の改良を行っていく過
程で、従来のろう付けによるセラミックス部材と金属接
合部材との接合において、場合によっては接合強度が十
分でないことがあることを見いだした。
【０００４】本発明の目的は、上述した課題を解決し
て、接合強度が良好なセラミックスの接合構造を提供し
ようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のセラミックスの
接合構造は、セラミックス部材と金属接合部材とが、ろ
う材からなる接合層によって接合されており、セラミッ
クス部材に金属部材が埋設されており、セラミックス部
材の接合層と接触する接合面に金属部材の一部が露出し
て金属露出部を形成しており、この接合面に沿ってセラ
ミックス部材と金属露出部とがそれぞれ接合層に対して
接合していることを特徴とする。
【０００６】また、本発明に係るセラミックスの接合構
造の製造方法は、セラミックス部材の接合面に金属部材
の一部を露出させて金属露出部を形成し、この接合面に
沿ってろう材を接触させてろう付けを行うことによっ
て、セラミックス部材と金属露出部とをそれぞれ接合層
に対して接合させることを特徴とする。
【０００７】本発明者は、セラミックス部材のろう材と
接触する側の接合面に、セラミックス部材の内部の金属
部材の一部分を露出させて金属露出部を部分的に形成
し、セラミックス部材とろう材とを接合させるのと共
に、セラミックスの間から露出している金属露出部をも
ろう材と接合させることによって、セラミックス部材と
金属接合部材との接合を、接合強度が十分な状態で行う
ことができることを見いだした。これによって、たとえ
セラミックス部材がろう材によって濡れにくいような場
合でも、強固な接合力を得ることができる。
【０００８】すなわち、セラミックス部材とろう材との
間の接合を、セラミックス部材の表面とろう材との間だ
けでなく、ろう材と接合性の良好な金属露出部とろう材
との間でも同時に行い、また接合面積を拡大でき、良好
な接合力を有する耐荷重性を向上した状態で、セラミッ
クスの接合構造を達成することができる。更に、後述す
るように、セラミックス部材とろう材との間も隙間のな
い良好な接合状態とすることで、例えばハロゲンガス等
の腐食性雰囲気下でも、金属露出部ないし金属部材に対
する耐食性の良好なセラミックスの接合構造を得ること
ができる。
【０００９】さらに、本発明において、ろう材の化学組
成は特に限定するものでない。しかし、セラミックス部
材そのものに対しても良好な接合力ないし濡れ易さを有
するろう材が好ましい。特に、ハロゲン系腐食性ガスに
対してさらされる用途の接合体においては、セラミック
ス部材として、緻密質アルミナ部材または窒化アルミニ
ウム部材を使用することが好ましいが、この場合には、
主成分がＣｕ、Ｎｉ、ＡｇおよびＡｌのうちの１種類か
らなり、Ｍｇ、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆのうちの１種類か
らなる活性金属を０．３〜２０ｗｔ％と、第３成分５０
ｗｔ％以下とを含むろう材を使用することが好ましい。
ハロゲン系腐食性ガスに対する耐食性の必要な用途にお
いては、Ａｇ系のろう材などは、耐蝕性が低いために、
使用しない方が好ましい。
【００１０】第３成分としては、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｕおよ
びＩｎのうちの少なくとも１種を用いることが、主成分
に影響を与えない点から好ましい。また、特に、主成分
がＡｌからなるろう材を用いると、低温で接合するた
め、接合後の熱応力が小さくなり好ましい。
【００１１】ここで、活性金属の配合量が０．３ｗｔ％
未満であると、濡れ性が悪くなり、接合しない場合があ
るとともに、２０ｗｔ％を超えると接合界面の反応層が
厚くなりクラックが発生する場合があるため、０．３〜
２０ｗｔ％であると好ましい。また、第３成分の合計の
配合量は、５０ｗｔ％を超えると、金属間化合物が多く
なり、接合界面にクラックが発生する場合があるため、
５０ｗｔ％以下であると好ましい。第３成分は含有され
ていなくとも良い。
【００１２】特に、窒化アルミニウム部材を金属接合部
材に対して接合する場合には、主成分が銅、アルミニウ
ムおよびニッケルのうちの１種類からなり、マグネシウ
ム、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムのうちの１
種類からなる活性金属を０．３重量％以上、１０重量％
含有しているろう材を使用すると、窒化アルミニウム部
材の他の部材との接合部分のハロゲン系腐食性ガスに対
する耐蝕性が著しく向上し、かつ窒化アルミニウム部材
へのろう材の濡れ性も向上する。
【００１３】更に、これらの活性金属の割合を０．３重
量％以上とすることによって、窒化アルミニウム部材の
濡れ性が著しく改善されることが判った。これを１．０
重量％以上とすることによって、前記の濡れ性が一層向
上した。一方、これらの活性金属の割合を１０重量％以
下とすることによって、ろう材のハロゲン系腐食性ガス
に対する耐蝕性が顕著に向上した。この観点からは、
５．０重量％以下とすることが一層好ましい。
【００１４】ただし、活性金属がマグネシウムである場
合には、接合時にマグネシウムの一部が気化するため
に、ろう付け後の接合層中におけるマグネシウムの割合
は０．３重量％よりも小さくなることがあり、通常は
０．１重量％になりうる。
【００１５】ここで、アルミニウム、ニッケルまたは銅
がろう材の主成分であるが、この含有割合は、ろう材の
全含有量を１００重量％とした場合に、活性金属成分お
よび第３成分の含有割合を１００重量％から差し引いた
残部である。
【００１６】このように窒化アルミニウム部材に対して
ろう材が強固に接合することによって、接合強度が向上
するだけでなく、接合層と窒化アルミニウム部材との界
面に沿った腐食の進行も防止できるために、金属部材な
いし金属露出部の腐食が一層生じにくい。
【００１７】アルミニウム合金ろうの場合、濡れ性向上
のために、マグネシウムを１〜２重量％含有し、珪素を
９〜１２重量％含有していることが好ましい。
【００１８】また、接合にあたり、セラミックス部材の
表面に、またはセラミックス部材に接合されるろう材の
表面に、銅、アルミニウムおよびニッケルからなる群よ
り選ばれた一種以上の金属からなる膜を、スパッタ、蒸
着、摩擦圧接、メッキ等の方法により設けることがより
好ましい。これらの膜は、ろう材とのぬれ性を良くする
効果がある。また、接合にあたり、セラミックス部材の
表面に、またはセラミックス部材に接合されるろう材の
表面に、マグネシウム、チタン、ジルコニウムおよびハ
フニウムからなる群より選ばれた一種以上の金属からな
る膜を、スパッタ、蒸着、摩擦圧接、メッキ等の方法に
より設けることがより好ましい。これらの膜によって、
ろう材との反応が良くなる効果がある。これらの各金属
膜の膜厚は、０．５〜５μｍとすることが好ましい。
【００１９】ハロゲン系腐食性ガスとしては、ＣＦ4 、
ＮＦ4 、ＣｌＦ3 を例示できる。ＣＦ4 、ＮＦ4 、Ｃｌ
Ｆ3 の中で、ＣｌＦ3 が特にＦラジカルの解離度が高
く、同じ温度およびプラズマ出力下において最も強い腐
食性を有している。接合層の厚さは、１μｍ以上とする
ことが好ましく、５００μｍ以下とすることが好まし
い。
【００２０】本発明の接合体を、ハロゲン系腐食性ガス
に対してさらされる部材に対して適用した場合には、特
に、ハロゲン系腐食性ガスを成膜用ガス、エッチング用
ガスとして使用する半導体製造装置内に設置するための
部材に対して適用することが好適である。
【００２１】こうした部材としては、窒化アルミニウム
基材中に抵抗発熱体を埋設したセラミックスヒーター、
窒化アルミニウム基材中に静電チャック用電極を埋設し
たセラミックス静電チャック、窒化アルミニウム基材中
に抵抗発熱体と静電チャック用電極とを埋設した静電チ
ャック付きヒーター、窒化アルミニウム基材中にプラズ
マ発生用電極を埋設した高周波発生用電極装置のような
能動型装置を例示することができる。
【００２２】更に、ダミーウエハー、シャドーリング、
高周波プラズマを発生させるためのチューブ、高周波プ
ラズマを発生させるためのドーム、高周波透過窓、赤外
線透過窓、半導体ウエハーを支持するためのリフトピ
ン、シャワー板等の装置を例示できる。
【００２３】
【発明の実施形態】以下、本発明を種々の形態の装置に
適用した実施形態を示す。図１は、静電チャックの構造
の一例を示す図である。図１において、１は、円盤形状
のセラミックス部材からなる静電チャック本体である。
このような、高周波電極を有する静電チャックは、ハロ
ゲン系腐食性ガス雰囲気下で使用されることが多く、こ
のような腐食性雰囲気下では、窒化アルミニウムまたは
緻密質のアルミナが耐食性があることがわかっているた
め、セラミックス部材は窒化アルミニウムまたは緻密質
アルミナから形成することが好ましい。
【００２４】４は、電極接合部であり、５は、熱電対の
接合部である。電極接合部４と熱電対接合部５との構造
の詳細が、図１に示されている。
【００２５】図１に示すように、静電チャック本体１の
内部の表面１ａの近傍には、メッシュ７が埋設されてい
る。このメッシュ７は、窒化アルミニウムヒーターの抵
抗発熱体や、静電チャック用電極として使用できるもの
である。
【００２６】また、静電チャック本体１には孔部８が形
成されており、孔部８が、静電チャック本体１の裏面１
ｂに開口しており、孔部８の底面８ａに、メッシュ７の
一部分が露出しており、図２に拡大して示すような金属
露出部７ａを形成している。そして、ニッケル等の耐蝕
性金属からなる端子１２の先端側に、端子１２の他の部
分よりも直径が大きな円柱形状の先端部１２ａが形成さ
れている。この先端部１２ａの先端面１２ｂと、孔部８
の底面８ａとの間に、好ましくは前記した特定組成のろ
う材からなるシート１０Ａ、残留応力緩和用のインサー
ト材１１よび前記した特定組成のろう材からなるシート
１０Ｂを挿入し、ろう付けを行うことによって、電極接
合部４を構成する。図１には、接合前の状態を図示して
いる。
【００２７】図１に示す構造の静電チャックにおいて、
本発明に係るセラミックスの接合構造の対象となる部分
は、上述した電極接合部４である。すなわち、電極接合
部４では、図２にその一例を示すように、窒化アルミニ
ウム製の静電チャック本体１の孔部８の底部８ａが、ろ
う材からなる接合層１７が直接接触する接合面となって
いる。この接合層８ａには、モリブデン、タングステン
やこれらの合金からなるメッシュ７が露出し、金属露出
部７ａを形成している。そして、ろう材からなる接合層
１７は、窒化アルミニウムの接合面８ａと接合すると共
に、メッシュ７の金属露出部７ａとも接合している。
【００２８】特に、この構造においては、金属露出部と
して網状構造を採用しているために、接合層１７には、
平面的に見て、窒化アルミニウムと接触する部分と金属
露出部と接触する部分とが交互に形成されているため
に、より一層強固な接合が達成される。
【００２９】さらに、静電チャック本体１には、静電チ
ャック本体１の裏面１ｂに開口する孔部９が形成されて
おり、この孔部９の底面９ａに窒化アルミニウムが露出
している。孔部９は孔部８よりも浅い。また、熱電対を
形成する一対の電極１４の先端部１４ａの周囲には、熱
電対保護用のニッケル製のキャップ１５が設けられてい
る。キャップ１５の外径は、孔部９の内径より若干小さ
くなるように設計されており、これによって、孔部９の
中にキャップ１５を所定の隙間をもって容易に挿入でき
るようになっている。
【００３０】そして、キャップ１５の先端面と、孔部９
の底部９ａとの間に、好ましくは前記した特定組成のろ
う材からなるシート１０Ｃ、インサート材１３および特
定組成のろう材からなるシート１０Ｄを挿入し、ろう付
けを行うことによって、熱電対接合部５を構成する。
【００３１】図３は、本発明のセラミックスの接合構造
に用いるろう材の一例の構成を示す図である。図３
（ａ）では、Ａｌ−Ｍｇろう等のＡｌ系のろう材からな
るシート１９Ａと１９Ｂとの間に、純度９９．９％のア
ルミニウム製のインサート材２０Ａを挟むことによっ
て、ろう材１８Ａを構成している。シート１９Ａ、１９
Ｂの厚さの一例は、０．２ｍｍであり、インサート材２
０Ａの厚さの一例は、０．５５ｍｍである。
【００３２】また、図３（ｂ）では、Ｃｕ系またはＮｉ
系のろう材からなるシート１９Ｃと１９Ｄとの間に、表
面をＮｉ、ＡｌまたはＣｕでコーティングしたＷまたは
Ｍｏ製のインサート材２０Ｂを挟むことによって、ろう
材１８Ｂを構成している。シート１９Ｃ、１９Ｄの厚さ
の一例は、０．２ｍｍであり、インサート材２０Ｂの厚
さの一例は、０．５ｍｍである。
【００３３】なお、ろう材からなる各シート１９Ａ、１
９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄを単独で使用しても、本発明のセ
ラミックスの接合構造を製造することができる。しか
し、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、インサート材２
０Ａ、２０Ｂを使用すると、ろう付け後に、ろう材と接
合する窒化アルミニウム等のセラミックス部材への残留
応力を低減できるとともに、接合部の耐熱サイクル性も
向上するため、インサート材を使用することが特に好ま
しい。
【００３４】図４〜図９は、それぞれ、図１に示した例
と同様の静電チャックについての、電極接合部分の周辺
の接合構造について、他の例の構成を示す図である。図
４〜図９に示す各例において、図１に示す部材と同一の
部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３５】図４に示す例では、ＮｉまたはＡｌ製の円
筒状部材２２を孔部８中に収容し、底部８ａと円筒状部
材２２の下側面とをろう付けして接合層２１を形成した
後、ＮｉまたはＡｌ製の端子部材２３を円筒状部材２２
の内側空間に挿入し、端子部材２３と円筒状部材２２と
を溶接する。
【００３６】図５に示す例では、孔部２８をテーパー加
工する。この孔部２８には、平坦な底面２８ａと、傾斜
面２８ｂとが形成されている。これと共に、孔部２８と
相似の形態の、ＮｉまたはＡｌ製の端子先端部２５を孔
部２７内に挿入する。この際、端子先端部２５の底面２
５ｂを孔部２８の底面２８ａとろう付けすることによっ
て接合層２７ｂを形成し、同時に、端子先端部２５の傾
斜面２５ａを孔部２８の傾斜面２８ｂとろう付けするこ
とによって、接合層２７ａを形成する。接合層２７ａと
２７ｂとによってＵ字形状の接合層２７が生成する。そ
の後、ＮｉまたはＡｌ製の端子部材２６を端子先端部２
５に溶接する。
【００３７】図５に示す例では、テーパー部（孔部の傾
斜面）もろう付けすることで、接合面積を大きくするこ
とができるのと共に、接合層２７ａにも気密性があるた
めに、底部２８ａに対して極めて気密性の高い構造とな
る。また、端子先端部２５を孔部２８内に挿入するのに
際して、端子先端部２５を上から加圧することによっ
て、端子先端部２５から接合層２７ｂに対して圧力が加
わるのと同時に、端子先端部２５から傾斜したテーパー
面の接合層２７ａに対しても圧力が加わるので、端子先
端部２５の側面側のろう付けも一層確実に実施される。
【００３８】図６に示す例では、図５に示す例における
テーパー付きの端子先端部３０の中心部に孔部３０ａを
設ける。先端部２９ａが凸形状の端子部材２９を、端子
先端部３０の孔部３０ａに対して挿入し、固定する。孔
部２８の底部２８ａを先端部２９ａによって加圧し、荷
重を加えながら、ろう付けを行い、接合層２８を形成す
る。
【００３９】図７に示す例では、まず、孔部８の内径と
ほぼ同じ内径を有する、ＮｉまたはＡｌ製の薄い円板３
２を、孔部８の底部８ａに対してろう付けし、接合層２
１を形成する。その後、ＮｉまたはＡｌ製の端子部材２
６を円板３２に対して接合、例えば溶接することによっ
て、電極を構成する。図７に示す例においては、円板３
２を使用することで、製造時および使用時の熱応力を低
減することができる。
【００４０】また、図８に示す例では、孔部８内におい
て、窒化アルミニウム製の円筒形状の中間部材３４を底
部８ａに対してろう付けしている。これと同時に、Ｎｉ
またはＡｌ製の端子部材２３を、中間部材３４の内側空
間内に挿入し、この端子部材２３を底部８ａに対してろ
う付けすることによって、電極を形成している。図８に
示す例では、端子部材２３と同時に窒化アルミニウム製
の中間部材３４を底部８ａに対してろう付けすることに
よって、熱応力を低減することができる。図８におい
て、接合層３３のうち、３３ａは中間部材３４とセラミ
ックス部材１および金属露出部７ａとを接合しており、
３３ｂは孔部８内の空間に対して露出しており、３３ｃ
は金属製の端子部材２３とセラミックス部材１および金
属露出部７ａとを接合している。
【００４１】図９に示す例では、孔部８の下側に更に孔
部３５が形成されており、この孔部３５に対して、セラ
ミックス部材（静電チャック本体）１の内部の金属部材
７の金属露出部７ａが露出している。金属導電部材３６
がこの部分で孔部３５の底面および金属露出部７ａに対
して接合されており、金属導電部材３６がメッシュ７に
対して電気的に接続されている。金属導電部材３６は、
金属板であってよく、また、粉末冶金で作製した金属バ
ルクであってよい。金属導電部材３６および底部８ａに
対して、端子部材２３の先端面がろう付けされている。
接合層２１の一方の主面が端子部材２３に対して接触し
ており、他方の主面が金属導電部材３６およびセラミッ
クス部材１に対して接触している。
【００４２】さらに、図１０に示す例では、金属導電部
材３６の代わりに、メッシュ７を利用している。すなわ
ち、メッシュ７の一部を切断し、この切断部分を裏面１
ｂの方へと延ばした状態で焼成する。これによって、メ
ッシュ７の先端部分３７の端面３７ａが、裏面１ｂに露
出する。この状態で、端子部材２３の先端面を、セラミ
ックス部材１の裏面１ｂおよび端面３７ａに対して同時
にろう付けすることによって、接合層３８を形成する。
【００４３】図９および図１０に示す例では、メッシュ
７の部分に孔を形成する困難な加工の必要がなく、その
分、電極接合部を簡単に形成することができる。
【００４４】本発明者は、前記した接合方法に従って、
窒化アルミニウム部材の種々の接合体を製造し、その接
合部分ないし接合層の構造を詳細に検討し、かつそのハ
ロゲン系腐食性ガスに対する耐蝕性を観測した。
【００４５】図１１（ａ）、（ｂ）、図１２（ａ）、
（ｂ）、図１３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明に
よって形成される接合層を拡大して示す模式的断面図で
ある。図１１（ａ）においては、窒化アルミニウム部材
１と金属接合部材４０の表面４０ａとの間に接合層４１
Ａが形成されている。この接合層４１Ａは、主成分が
銅、アルミニウムおよびニッケルからなる群より選ばれ
た金属からなる連続相４２を備えている。
【００４６】接合層４１Ａの窒化アルミニウム部材１側
には、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムからなる
群より選ばれた一種以上の活性金属からなる活性金属層
４３が形成されている。これらの活性金属はろう材の主
成分に対して固溶しにくく、窒化アルミニウム部材１の
接合面８ａ、２８ａ等に対して濡れ易いという特徴を有
しているために、このように層状になるものと考えられ
る。なお、図１１、図１２、図１３においては、前記し
た静電チャック本体１と、金属接合部材４０とを接合す
る場合について図示しているが、この金属接合部材４０
は、前記したいずれの端子部材であっても良い。また、
他の形態の窒化アルミニウム部材と金属接合部材とにつ
いても、図１１、図１２、図１３のような接合層が生成
しうる。
【００４７】図１１（ｂ）の接合層４１Ｂにおいては、
連続相４２および活性金属層４３の構成は、図１１
（ａ）の接合層４１Ａと同じであるが、連続相４２の中
に多数の分散相４４が生成している。この分散相４４
は、ろう材中の第３成分からなる粒子である。
【００４８】図１２（ａ）に示す接合層４１Ｃにおいて
は、連続相４６の中に、分散相４４が多数生成してい
る。分散相４４は、ろう材中の第３成分からなる粒子で
ある。連続相４６は、金属接合部材４０の表面４０ａに
対して接合しているのと共に、窒化アルミニウム部材１
の接合面８ａ、２８ａおよび金属露出部７ａに対しても
強固に接合している。本発明者は、ろう材の主成分をア
ルミニウムとし、第２成分をマグネシウムとした場合
に、連続相の中にマグネシウムが固溶して連続相が生成
することを見いだした。この場合には、図１１（ａ）、
（ｂ）に示す接合層の微構造とは異なり、窒化アルミニ
ウム部材１側の表面に沿って活性金属層が生成すること
はない。この結果、図１２（ａ）に示す連続相４６の主
成分はアルミニウムとなり、この連続相４６の中にマグ
ネシウムが固溶している。
【００４９】図１２（ｂ）の接合層４１Ｄにおいては、
ろう材の主成分をアルミニウムとし、第２成分（活性成
分）をマグネシウムとする。更に、金属接合部材として
ニッケル部材５０を使用した。これによって、ニッケル
部材５０とろう材中のアルミニウムとがろう付け時に反
応し、ニッケル部材５０の表面５０ａに沿って、ニッケ
ル−アルミニウム金属間化合物からなる層４８が生成す
る。
【００５０】図１３（ａ）の接合層４１Ｅにおいては、
連続相４６の中に、第３成分の粒子からなる分散相４４
と、ニッケル−アルミニウム金属間化合物からなる分散
相５１とが、共に多数分散している。こうした微構造を
生成させるためには、ろう材の主成分をアルミニウムと
し、活性成分をマグネシウムとし、かつろう材中に第３
成分を含有させる。そして、窒化アルミニウム部材１の
接合面８ａ、２８ａに予めニッケル膜を形成するか、あ
るいは、ろう材からなるシートの窒化アルミニウム部材
１側の表面にニッケル膜を形成しておく。
【００５１】この後にろう付けを行うと、アルミニウム
の中にマグネシウムが固溶した連続相４６が生成するの
と共に、薄いニッケル膜中の成分がアルミニウムと反応
してニッケル−アルミニウム金属間化合物を生成し、こ
れが連続相４６中に分散して分散相５１を生成する。
【００５２】これと同様のろう材および製造方法を使用
した場合に、更に金属接合部材としてニッケル部材５０
を使用すると、図１３（ｂ）に示すような微構造を有す
る接合層４１Ｆが生成する。接合層４１Ｆにおける連続
相４６、分散相４４、５１は、それぞれ図１３（ａ）に
示す接合層４１Ｅ中の連続相および接合層と同様であ
る。更に、ニッケル部材５０の表面５０ａに沿って、ニ
ッケル−アルミニウム金属間化合物からなる層４８が生
成している。
【００５３】以上、例示してきたような各微構造を有す
る接合層においては、まず、連続相の主成分がアルミニ
ウムであり、この連続相の中にマグネシウムが固溶して
いるものが特に好ましい。図１２（ａ）、図１２
（ｂ）、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に述べたものが、
この実施形態に該当する。活性金属としてチタン、ジル
コニウムまたはハフムウムを使用した場合には、図１１
（ａ）、（ｂ）に示すように、これらの活性金属が窒化
アルミニウム部材の表面側に集まって活性金属層を生成
する傾向があり、これによってろう材の窒化アルミニウ
ム部材への濡れ性が向上している。
【００５４】例えば図１４（ａ）に示すように、矢印Ａ
のようにハロゲン系腐食性ガスを接触させた場合には、
接合層の表面側から順次腐食されていき、連続相４２中
の金属粒子の表面が腐食する。５４は、この腐食領域を
示すものであり、「Ｌ」は、接合層の表面から見た腐食
領域５４の幅を示す。この際、ＳｉＯ2 等の第３成分
は、連続相の主成分である各金属よりも腐食され易いた
めに、第３成分からなる分散相は空孔５６となり、この
空孔５６は、腐食領域５４よりもかなり奥にも発生す
る。
【００５５】この際、本発明者が見いだしたところで
は、活性金属層４３もハロゲン系腐食性ガスによって腐
食を受けやすく、この層４３に沿って、腐食領域５５が
連続相４２と窒化アルミニウム部材１との間で層状に生
成することが判明した。この腐食領域５５の幅Ｍは、連
続相４２の腐食領域５４の幅Ｌよりもはるかに大きいも
のであった。しかし、このような細長い層状の腐食領域
５５によっても、やはり部材１と４０との間の接合強度
に顕著な低下を招きうる。
【００５６】これに対して、連続相の主成分がアルミニ
ウムであり、連続相の中にマグネシウムが固溶している
場合には、こうした層状の腐食領域５５は生成しないの
で、一層ハロゲン系腐食性ガスに対する耐蝕性が向上す
る。
【００５７】本発明者は、更に、ニッケル−アルミニウ
ム金属間化合物がハロゲン系腐食性ガスに対して顕著な
耐蝕性を有していることを見いだした。例えば、図１３
（ａ）や図１３（ｂ）に示すような微構造を有する接合
層に対して、図１４（ｂ）に矢印Ａで示すようにハロゲ
ン系腐食性ガスを接触させた場合には、連続相４６が腐
食され、同時に第３成分からなる分散相が腐食されて空
孔５６を生成する。しかし、ニッケル−アルミニウム金
属間化合物からなる層４８にはほとんど腐食が見られ
ず、かつニッケル−アルミニウム金属間化合物からなる
分散相５１も、腐食領域５４中にある分散相５１をも含
めて、ほとんど腐食が見られなかった。
【００５８】このように、ニッケル−アルミニウム金属
間化合物は、接合層の中に、分散相の形で存在している
場合も、連続相の形で存在している場合も、高い耐蝕性
を有していた。特に、主としてアルミニウムからなる連
続相の中に分散相５１が多数存在している場合には、連
続相中を進行してきた腐食の進行が、連続相中に分散し
ている分散相５１によって停止するために、連続相それ
自体の耐蝕性も一層向上するために、特に有利であっ
た。
【００５９】ニッケル−アルミニウム金属間化合物に
は、Ａｌ3 Ｎｉ、Ａｌ2 Ｎｉ、ＡｌＮｉが含まれる。ま
た、ニッケル−アルミニウム金属間化合物からなる分散
相の粒径は、通常は２〜５００μｍであり、特に好まし
くは１０〜１００μｍである。この分散相の形状は不定
型である。
【００６０】以下、実際の例について説明する。実施例１ 本発明のセラミックスの接合構造の一例として、表面に
Ｍｏメッシュが露出した窒化アルミニウム部材と種々の
金属接合部材との接合体を準備し、セラミックス接合体
の引張強度および接合状態を調べた。まず、窒化アルミ
ニウム部材と、以下の表１に示す金属接合部材およびろ
う材とを準備した。窒化アルミニウム部材は、図１５
（ａ）に示すように、Ｍｏメッシュ７を埋設した窒化ア
ルミニウム部材５７に、Ｍｏメッシュ７の一部分が露出
するまで孔部８を形成し、金属露出部７ａを形成した。
金属接合部材２３の直径は、上記孔部８に挿入できるよ
う、孔部８の内径よりも若干小さくなるようにした。
【００６１】次に、図１５（ｂ）に示すように、窒化ア
ルミニウム部材５７の孔部８のＭｏメッシュ７が露出し
た底部８ａと、金属接合部材２３の先端部との間に、準
備したろう材からなるシート５８を配し、ろう材の組成
に応じて異なる加熱温度で加熱して、本発明例である実
施例Ｎｏ．１〜１３および比較例Ｎｏ．１、２のセラミ
ックス接合体を得た。なお、実施例Ｎｏ．５、６はそれ
ぞれ接合前に窒化アルミニウム部材表面に、Ｔｉ膜を、
３μｍまたは１μｍ、スパッタリングにより形成した。
実施例Ｎｏ．７は、接合前にろう材表面にＴｉ膜を１μ
ｍスパッタリングにより形成した。実施例Ｎｏ．８は、
接合前に窒化アルミニウム部材表面にＡｌ膜を１μｍス
パッタリングにより形成した。また、実施例Ｎｏ．１〜
８および１０〜１３と比較例Ｎｏ．１，２には、接合時
０．６ｇ／ｍｍ2 の荷重を与えたのに対し、実施例Ｎ
ｏ．９のみ接合時に２６．５ｇ／ｍｍ2 の荷重を与え
た。
【００６２】最後に、得られたセラミックス接合体に対
し、図１５（ｃ）に示すように引張試験を行い、引っ張
り強度を測定した。即ち、金属接合部材２３を矢印Ｃの
ように上方へと引き上げ、同時にセラミックス部材５７
を矢印Ｂのように加圧した。接合界面を切り出し、接合
部の状態を観察した。なお、６０は接合層である。この
結果を表１に示す。
【００６３】
【表１】
【００６４】表１の結果から、本発明のセラミックスの
接合構造のうち、ろう材５５が窒化アルミニウム部材５
２とＭｏメッシュ５１との両者に接合している実施例Ｎ
ｏ．１〜１２は、ろう材５５がＭｏメッシュ５１とは接
合しているものの窒化アルミニウム部材５２とは接合し
なかった比較例Ｎｏ．１およびＭｏメッシュを使用しな
かった比較例Ｎｏ．２と比べて、高い引張強度を得るこ
とができることがわかった。また、実施例のうちＡｌ系
のろう材を使用した中でも、実施例Ｎｏ．５〜８の接合
界面に所定の膜を設けた例が、実施例Ｎｏ．３の膜を設
けなかった例と比較して、良好な強度を示すことがわか
った。さらに、実施例Ｎｏ．９の接合時に大きな荷重を
与えた例は、実施例Ｎｏ．３の接合時の荷重が小さかっ
た例と比較して、引張強度が高くなることがわかった。
【００６５】実施例２ 実施例１と同様にして接合体を製造した。具体的には、
Ｍｏメッシュ７を埋設した窒化アルミニウム部材５７
に、Ｍｏメッシュ７の一部分が露出するまで孔部８を形
成し、金属露出部７ａを形成した。金属接合部材２３の
直径は、上記孔部８に挿入できるよう、孔部８の内径よ
りも若干小さくなるようにした。窒化アルミニウム部材
５７の孔部８のＭｏメッシュ７が露出した底部８ａと、
ニッケル部材の先端部との間に、Ａｌ−１．５Ｍｇ−１
０Ｓｉの組成からなるシート５８を配置した。このシー
トの窒化アルミニウム側の表面に、厚さ２μｍのニッケ
ルメッキ膜を形成した。
【００６６】図１６は、こうして得た接合体の界面付近
のセラミックス組織を示す電子顕微鏡写真であり、図１
７は、図１６の写真の概略説明図である。窒化アルミニ
ウム部材８とニッケル部材４０との間の接合層中に、マ
グネシウムが固溶したアルミニウム層（写真において灰
色の部分）があり、この中にニッケル−アルミニウム金
属間化合物からなる分散相５１（写真において白色の部
分）が多数生成していることが判る。また、主として第
３成分からなる細長い分散相４４（写真においてアルミ
ニウム層よりも若干明度の大きい部分）が多数生成して
いることが判る。更に、ニッケル−アルミニウム金属間
化合物からなる反応層４８の生成も認められる。マグネ
シウムが固溶したアルミニウムろう材からなる連続層
は、アルミニウム部材８に対して接合しているのと共
に、金属部材（Ｍｏメッシュ）７ａに対しても接合して
いる。
【００６７】
【発明の効果】以上のことから明らかなように、本発明
によれば、セラミックス部材のろう材と接触する面に、
金属露出部を部分的に形成するとともに、セラミックス
部材、金属接合部材および金属露出部とろう材とが接合
している接合構造をとっているため、セラミックス部材
と金属接合部材との接合を、接合強度が十分な状態でか
つ耐食性の良好な状態で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】静電チャック本体１およびその支持構造を示す
断面図である。
【図２】図１に示す静電チャック本体１における電極接
合部を拡大して示す断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、それぞれろう材の構成例を
示す正面図である。
【図４】静電チャック本体の電極接合部の他の例の構成
を示す断面図である。
【図５】静電チャック本体の電極接合部の更に他の例の
構成を示す断面図である。
【図６】静電チャック本体の電極接合部の更に他の例の
構成を示す断面図である。
【図７】静電チャック本体の電極接合部の更に他の例の
構成を示す断面図である。
【図８】静電チャック本体の電極接合部の更に他の例の
構成を示す断面図である。
【図９】静電チャック本体の電極接合部の更に他の例の
構成を示す断面図である。
【図１０】静電チャック本体の電極接合部の更に他の例
の構成を示す断面図である。
【図１１】（ａ）は、窒化アルミニウム部材１と他の部
材４０とが、連続相４２と活性金属層４３とを含む接合
層４１Ａによって接合されている状態を模式的に示す部
分断面図であり、（ｂ）は、部材１と４０とが、連続相
４２、分散相４４および活性金属層４３を含む接合層４
１Ｂによって接合されている状態を模式的に示す部分断
面図である。
【図１２】（ａ）は、部材１と４０とが、連続相４６お
よび分散相４４を含む接合層４１Ｃによって接合されて
いる状態を模式的に示す部分断面図であり、（ｂ）は、
部材１と５０とが、連続相４６、分散相４４およびニッ
ケル−アルミニウム金属間化合物からなる層４８を含む
接合層４１Ｄによって接合されている状態を模式的に示
す部分断面図である。
【図１３】（ａ）は、部材１と４０とが、連続相４６、
分散相４４、５１を含む接合層４１Ｅによって接合され
ている状態を模式的に示す部分断面図であり、（ｂ）
は、部材１と５０とが、連続相４６、分散相４４、５１
および層４８を含む接合層４１Ｆによって接合されてい
る状態を模式的に示す部分断面図である。
【図１４】（ａ）は、図１１（ｂ）の接合層４１Ｂがハ
ロゲン系腐食性ガスによって腐食された状態を模式的に
示す部分断面図であり、（ｂ）は、図１３（ｂ）の接合
層４１Ｆがハロゲン系腐食性ガスによって腐食された状
態を模式的に示す部分断面図である。
【図１５】本発明の実施例における試験用のセラミック
スの接合構造の例を示す図である。
【図１６】本発明の実施例に係る接合体の接合界面付近
のセラミックス組織を示す電子顕微鏡写真である。
【図１７】図１６の顕微鏡写真を説明するための説明図
である。
【符号の説明】
１ 静電チャック本体（セラミックス部材の一例）
４ 電極接合部 ５ 熱電対の接合部 ７ メッシ
ュ（金属部材の一例） ７ａ金属露出部 ８、９、
２８ 孔部 ８ａ、９ａ、２８ａ 孔部８、９、２８
の底部（セラミックス部材１の接合面） １０Ａ、１
０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９
Ｄ ろう材からなるシート １１、１３、２０Ａ、２
０Ｂ インサート材 １２ 端子部材（金属接合部材
の一例） １２ａ 端子部材の先端部 １７、２
１、２７、３３、４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ、４
１Ｅ、４１Ｆ 接合層

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】セラミックス部材と金属接合部材とが、ろ
    う材からなる接合層によって接合されているセラミック
    スの接合構造において、前記セラミックス部材に金属部
    材が埋設されており、前記セラミックス部材の前記接合
    層と接触する接合面に前記金属部材の一部が露出して金
    属露出部を形成しており、この接合面に沿って前記セラ
    ミックス部材と前記金属露出部とがそれぞれ前記接合層
    に対して接合していることを特徴とする、セラミックス
    の接合構造。
  2. 【請求項２】前記セラミックス部材を構成するセラミッ
    クスが窒化アルミニウムであることを特徴とする、請求
    項１記載のセラミックスの接合構造。
  3. 【請求項３】前記接合層が、少なくとも主成分が銅、ア
    ルミニウムおよびニッケルからなる群より選ばれた金属
    からなる連続相を備えており、かつマグネシウム、チタ
    ン、ジルコニウムおよびハフニウムからなる群より選ば
    れた一種以上の活性金属を１０重量％以下含有している
    ことを特徴とする、請求項２記載のセラミックスの接合
    構造。
  4. 【請求項４】前記金属接合部材を構成する金属が、ニッ
    ケル、銅、アルミニウムおよびこれらの合金からなる群
    より選ばれた金属であることを特徴とする、請求項１記
    載のセラミックスの接合構造。
  5. 【請求項５】前記金属接合部材を構成する金属がニッケ
    ルであり、かつ前記金属接合部材上に、ニッケル−アル
    ミニウム金属間化合物からなる反応層が形成されている
    ことを特徴とする、請求項４記載のセラミックスの接合
    構造。
  6. 【請求項６】前記連続相の主成分がアルミニウムであ
    り、この連続相の中にマグネシウムが固溶していること
    を特徴とする、請求項３記載のセラミックスの接合構
    造。
  7. 【請求項７】前記連続相の中に、ニッケル−アルミニウ
    ム金属間化合物からなる分散相が形成されていることを
    特徴とする、請求項３記載のセラミックスの接合構造。
  8. 【請求項８】前記金属部材が、モリブデン、タングステ
    ンおよびモリブデンとタングステンとの合金からなる群
    より選ばれた金属であることを特徴とする、請求項１記
    載のセラミックスの接合構造。
  9. 【請求項９】前記金属露出部が網状構造をなしており、
    この網状構造の間に前記セラミックス部材が露出してい
    ることを特徴とする、請求項１記載のセラミックスの接
    合構造。
  10. 【請求項１０】請求項１記載のセラミックスの接合構造
    を製造する方法であって、前記セラミックス部材の接合
    面に前記金属部材の一部を露出させて前記金属露出部を
    形成し、この接合面に沿ってろう材を接触させてろう付
    けを行うことによって、前記セラミックス部材と前記金
    属露出部とをそれぞれ前記接合層に対して接合させるこ
    とを特徴とする、セラミックスの接合構造の製造方法。
  11. 【請求項１１】前記ろう材の中に、主成分として銅、ア
    ルミニウムおよびニッケルからなる群より選ばれた金属
    が含有されており、マグネシウム、チタン、ジルコニウ
    ムおよびハフニウムからなる群より選ばれた一種以上の
    活性金属が０．３重量％以上、２０重量％以下含有され
    ていることを特徴とする、請求項１０記載のセラミック
    スの接合構造の製造方法。
  12. 【請求項１２】前記ろう材中に第３成分が５０重量％以
    下含有されていることを特徴とする、請求項１１記載の
    セラミックスの接合構造の製造方法。
  13. 【請求項１３】前記セラミックス部材の接合面または前
    記ろう材の前記セラミックス部材側の表面に、銅、アル
    ミニウム、ニッケル、マグネシウム、チタン、ジルコニ
    ウムおよびハフニウムからなる群より選ばれた金属から
    なる膜を形成することを特徴とする、請求項１０記載の
    セラミックスの接合構造の製造方法。
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