JPWO2015198892A1 - 接合構造体 - Google Patents

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Abstract

セラミックヒータ１０は、セラミック部材１２と、ヒータエレメント１４と、接続部材１６と、外部通電部材１８とを備えている。接続部材１６は、セラミック部材１２のうち孔１２ｃの底面からヒータエレメント１４に達するように埋設された円柱状の金属部材である。接続部材１６は、直径Ｄが３．５〜５ｍｍ、ヒータエレメント１４に接している円形面と円柱側面とのコーナー部分１６ｂの曲率半径Ｒが０．３〜１．５ｍｍ、比率Ｒ／Ｄが０．０９〜０．３０である。外部通電部材１８は、接続部材１６に接合層２０を介して接合されている。このセラミックヒータ１０によれば、従来に比べて接合強度を高くしつつ、セラミック部材１２の破損のリスクを低くすることができる。

Description

本発明は、接合構造体に関する。
セラミックス部材と金属部材との接合構造体としては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１には、こうした接合構造体として、図５に示すセラミックヒータ２１０が開示されている。セラミックヒータ２１０は、セラミック部材２１２と、接続部材２１６と、外部通電部材２１８と、ガイド部材２２２とを備えている。セラミック部材２１２は、ヒータエレメント２１４を内蔵する円板状の部材である。接続部材２１６は、セラミック部材２１２の有底筒状の孔２１２ｃの底面からヒータエレメント２１４に達するように埋設された金属製の円柱部材である。外部通電部材２１８は、接続部材２１６のうち孔２１２ｃの底面に露出している面に接合層２２０を介して接合された金属製の部材であり、ヒータエレメント２１４の給電のために用いられる。ガイド部材２２２は、外部通電部材２１８のうち接続部材側の外周面を取り囲む円筒部材である。このガイド部材２２２のうち外部通電部材２１８のフランジに面している端面は、接合層２２４を介してフランジと接合され、孔２１２ｃの底面に面している端面は、接合層２２０を介して外部通電部材２１８や接続部材２１６と接合されている。外部通電部材２１８のうち接続部材側の外周面は、ガイド部材２２２によって酸化性雰囲気から隔離されている。このセラミックヒータ２１０は、接続部材２１６と外部通電部材２１８との接合強度が高いと説明されている。
特許第３７９００００号公報
近年、上述のセラミックヒータ２１０よりも更に接合強度が高いものが要望されている。接合強度を更に高くするには、接続部材２１６の直径を大きくすることが考えられる。しかしながら、その場合、セラミック部材２１２にクラックが発生しやすいという問題が発生する。すなわち、セラミックヒータ２１０を高温で使用したとき、接続部材２１６のうちヒータエレメント２１４に接する面のコーナー部分に熱応力が集中するが、接続部材２１６の直径が大きいと熱応力が大きくなり、そのコーナー部分からセラミック部材２１２にクラックが発生して破損するおそれがある。あるいは焼成や接合といったセラミック製造工程においても、接続部材２１６の直径が大きいと熱応力も大きくなり、接続部材２１６のコーナー部分からセラミック部材２１２にクラックが発生するおそれがある。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、接合構造体において、接合強度を一層高くしつつ、セラミック部材の破損のリスクを低くすることを主目的とする。
本発明の第１の接合構造体は、
ウェハ載置面を備えたセラミック部材と、
前記セラミック部材に埋設され前記ウェハ載置面に沿う形状の埋設電極と、
前記セラミック部材のうち前記ウェハ載置面とは反対側の面から前記埋設電極に達するように埋設された金属製の接続部材と、
前記接続部材のうち外部に露出している面に接合層を介して接合された金属製の外部通電部材と、
を備えた接合構造体であって、
前記接続部材は、円柱部材であり、直径Ｄが３．５〜５ｍｍ、前記埋設電極に接している円形面と円柱側面とのコーナー部分の曲率半径Ｒが０．３〜１．５ｍｍ、比率Ｒ／Ｄが０．０９以上のものである。
この接合構造体によれば、従来に比べて接合強度を高くしつつ、セラミック部材の破損のリスクを低くすることができる。すなわち、従来の接続部材の直径Ｄは３ｍｍ程度であったのに対して、本発明では直径Ｄを３．５〜５ｍｍに設定したため、接続部材と外部通電部材との接合面積が大きくなり、接合強度が高くなる。一方、直径Ｄを大きくすると、接続部材のうち埋設電極に接している面と円柱側面とのコーナー部分からセラミック部材に向かってクラックが発生しやすいが、そのコーナー部分の曲率半径Ｒが０．３〜１．５ｍｍ、比率Ｒ／Ｄが０．０９以上になるようにしたため、こうしたクラックの発生を防止でき、ひいてはセラミック部材の破損のリスクを低くすることができる。なお、比率Ｒ／Ｄを０．３より大きくしてもよいが、クラック防止効果はそれ以上向上することはなく、却って接続部材と埋設電極との接触面積が小さくなる。そのため、比率Ｒ／Ｄは０．３以下であることが好ましい。
本発明の第２の接合構造体は、
ウェハ載置面を備えたセラミック部材と、
前記セラミック部材に埋設され前記ウェハ載置面に沿う形状の埋設電極と、
前記セラミック部材のうち前記ウェハ載置面とは反対側の面から前記埋設電極に達するように埋設された金属製の接続部材と、
前記接続部材のうち外部に露出している面に接合層を介して接合された金属製の外部通電部材と、
を備えた接合構造体であって、
前記接続部材は、円柱部材であり、直径Ｄが３．５〜５ｍｍ、
前記埋設電極に接している円形面と円柱側面とのコーナー部分は短径Ｆ、長径Ｇの楕円形状であり、前記短径Ｆ及び前記長径Ｇが０．３〜１．５ｍｍ、比率Ｆ／Ｄ及び比率Ｇ／Ｄが０．０９以上のものである。
この接合構造体によれば、従来に比べて接合強度を高くしつつ、セラミック部材の破損のリスクを低くすることができる。すなわち、従来の接続部材の直径Ｄは３ｍｍ程度であったのに対して、本発明では直径Ｄを３．５〜５ｍｍに設定したため、接続部材と外部通電部材との接合面積が大きくなり、接合強度が高くなる。一方、直径Ｄを大きくすると、接続部材のうち埋設電極に接している面と円柱側面とのコーナー部分からセラミック部材に向かってクラックが発生しやすいが、そのコーナー部分を短径Ｆ、長径Ｇの楕円形状とし、それらの値が０．３〜１．５ｍｍ、比率Ｆ／Ｄ及び比率Ｇ／Ｄが０．０９以上になるようにしたため、こうしたクラックの発生を防止でき、ひいてはセラミック部材の破損のリスクを低くすることができる。なお、比率Ｆ／Ｄ及び比率Ｇ／Ｄを０．３より大きくしてもよいが、クラック防止効果はそれ以上向上することはなく、却って接続部材と埋設電極との接触面積が小さくなる。そのため、比率Ｆ／Ｄ及び比率Ｇ／Ｄは０．３以下であることが好ましい。
本発明の接合構造体において、前記セラミック部材は、材質が窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化珪素又は窒化珪素であり、前記接続部材は、材質がＭｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ化合物、Ｗ化合物又はＮｂ化合物であることが好ましい。こうすれば、セラミック部材と接続部材との熱膨張係数差は僅かであるため、熱応力を小さく抑えることができ、セラミック部材にクラックが発生するのを確実に防止することができる。例えば、セラミック部材の材質がＡｌＮの場合、接続部材の材質はＭｏが好ましい。セラミック部材の材質がＡｌ2Ｏ3の場合、接続部材の材質はＮｂ又はＷＣが好ましい。セラミック部材の材質がＳｉＣの場合、接続部材の材質はＷＣが好ましい。セラミック部材の材質がＳｉ3Ｎ4の場合、接続部材の材質はＷ又はＷＣが好ましい。
本発明の接合構造体において、前記接合層は、材質がＡｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ合金、Ａｌ合金又はＡｇ合金であることが好ましい。こうすれば、接合層の強度を高くすることができる。また、材質がＡｕ又はＡｕ合金の場合、これに加えて耐酸化性を高くすることができるため、更に好ましい。
本発明の接合構造体において、前記外部通電部材は、前記接続部材に前記接合層を介して接合された第１部と、この第１部のうち前記接続部材の接合面とは反対側の面に中間接合部を介して接合された第２部とを備え、前記第１部は、前記第２部より熱膨張係数が低く耐酸化性が高い金属で構成されていてもよい。また、前記第１部は、該第１部より耐酸化性の高い金属からなるガイド部材によって周囲を取り囲まれ、周囲の雰囲気と直接接触しない構成となっていてもよい。
セラミックヒータ１０の要部の断面図。 セラミックヒータ１０の製造工程図。 別の実施形態の要部の断面図。 別の実施形態の接続部材１６の周囲の断面図。 従来のセラミックヒータ２１０の要部の断面図。
次に、本発明の接合構造体の好適な一実施形態であるセラミックヒータ１０について、以下に説明する。図１はセラミックヒータ１０の要部の断面図である。
セラミックヒータ１０は、エッチングやＣＶＤなどを行うウェハを加熱するために用いられるものであり、図示しない真空チャンバ内に設置される。このセラミックヒータ１０は、セラミック部材１２と、ヒータエレメント（本発明の埋設電極に相当）１４と、接続部材１６と、外部通電部材１８と、ガイド部材２２とを備えている。
セラミック部材１２は、円板状に形成され、一方の面がウェハを載置するためのウェハ載置面１２ａとなっている。なお、図１では、ウェハ載置面１２ａが下になっているが、実際にセラミックヒータ１０を使用する際には、ウェハ載置面１２ａが上になるようにする。このセラミック部材１２の材質としては、例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素などが好ましい。また、セラミック部材１２のウェハ載置面１２ａとは反対側の面１２ｂには、有底筒状の孔１２ｃが形成されている。セラミック部材１２は、例えば直径１５０〜５００ｍｍ、厚み０．５〜３０ｍｍとしてもよい。孔１２ｃは、例えば直径５〜１５ｍｍ、深さ５〜２５ｍｍとしてもよい。
ヒータエレメント１４は、セラミック部材１２に埋設された電極であり、ウェハ載置面１２ａに沿う形状の部材、ここでは円形状の金属メッシュである。このヒータエレメント１４の材質としては、例えば、タングステン、モリブデン、タンタル、白金やこれらの合金などが好ましい。金属メッシュは、例えば、線径０．１〜１．０ｍｍ、１インチあたり１０〜１００本としてもよい。
接続部材１６は、セラミック部材１２のうち孔１２ｃの底面からヒータエレメント１４に達するように埋設された円柱状の金属部材である。この接続部材１６は、バルク金属を用いても良いが、金属粉末を焼結させたものを用いてもよい。金属としては、例えば、モリブデン、タングステン、ニオブのほか、炭化モリブデンなどのモリブデン化合物、炭化タングステンなどのタングステン化合物、炭化ニオブなどのニオブ化合物などを用いることができる。また、接続部材１６のうち孔１２ｃの底面に露出している露出面１６ａは、孔１２ｃの底面と同一面になっている。接続部材１６は、直径Ｄが３．５〜５ｍｍ、ヒータエレメント１４に接している円形面と円柱側面とのコーナー部分１６ｂの曲率半径Ｒが０．３〜１．５ｍｍ、比率Ｒ／Ｄが０．０９〜０．３０である。なお、接続部材１６の高さは、例えば１〜５ｍｍとしてもよい。
外部通電部材１８は、接続部材１６に接合層２０を介して接合された第１部１８ａと、この第１部１８ａのうち接続部材１６の接合面とは反対側の面に中間接合部１８ｃを介して接合された第２部１８ｂとを備えている。第２部１８ｂは、プラズマ雰囲気や腐食ガス雰囲気で使用されることを考慮して、耐酸化性の高い金属で構成されている。しかし、耐酸化性の高い金属は、一般に熱膨張係数が大きいため、直接セラミック部材１２と接合すると、両者の熱膨張差によって接合強度が低下する。そのため、第２部１８ｂは、熱膨張係数が接続部材１６の熱膨張係数に近い金属からなる第１部１８ａを介してセラミック部材１２に接合されている。こうした金属は、耐酸化性が十分でないことが多い。そのため、第１部１８ａは、耐酸化性の高い金属からなるガイド部材２２によって周囲を取り囲まれ、プラズマ雰囲気や腐食ガス雰囲気と直接接触しない構成となっている。第２部１８ｂの材質としては、純ニッケル、ニッケル基耐熱合金、金、白金、銀及びこれらの合金などが好ましい。第１部１８ａの材質としては、モリブデン、タングステン、モリブデン−タングステン合金、タングステン−銅−ニッケル合金、コバールなどが好ましい。接合層２０は、ロウ材によって接合されている。ロウ材としては、金属ロウ材が好ましく、例えばＡｕ−Ｎｉロウ材、Ａｌロウ材、Ａｇロウ材などが好ましい。接合層２０は、接続部材１６の露出面１６ａを含む孔１２ｃの底面と第１部１８ａの端面とを接合している。外部通電部材１８の中間接合部１８ｃは、第１部１８ａと第２部１８ｂとを接合すると共に、ガイド部材２２の内周面と第１部１８ａの外周面全面又はその一部との隙間やガイド部材２２の内周面と第２部１８ｂの外周面の一部との隙間を埋めている。そのため、第１部１８ａは、中間接合部１８ｃによって周囲の雰囲気との接触が遮断されている。なお、中間接合部１８ｃも、接合層２０と同様の材質を用いることができる。第１部１８ａは、直径３〜６ｍｍ、高さ２〜５ｍｍとしてもよく、第２部１８ｂは、直径３〜６ｍｍ、高さは任意としてもよい。
ガイド部材２２は、外部通電部材１８のうち少なくとも第１部１８ａの周囲を囲む円筒状の部材であり、第１部１８ａよりも耐酸化性の高い材質で形成されている。このガイド部材２２は、内径が第１部１８ａ及び第２部１８ｂ（フランジを除く）の外径より大きく、外径が孔１２ｃの直径より小さく、高さが第１部１８ａの高さより高い。ガイド部材２２のうち孔１２ｃの底面に面する端面は、接合層２０を介して接続部材１６、外部通電部材１８及びセラミック部材１２と接合されている。ガイド部材２２の材質は、外部通電部材１８の第２部１８ｂの材質として例示したものを使用することができる。
次に、セラミックヒータ１０の製造方法について、図２の製造工程図に基づいて以下に説明する。まず、セラミック原料粉末を円板になるようにプレス成形して成形体１１２を作製する（図２（ａ）参照）。この成形体１１２には、円形の金属メッシュからなるヒータエレメント１４と、接続部材１６となる金属粉末の円柱体１１６とを埋設しておく。円柱体１１６は、ヒータエレメント１４に接する円形面のコーナー部分１１６ｂやこの円形面と反対側の円形面のコーナー部分１１６ｄが所定の曲率半径を持つように成形する。この成形体１１２をホットプレス炉又は常圧炉等で焼成することにより、円柱体１１６が焼結して接続部材１６になると共に成形体１１２が焼結してセラミック部材１２となる（図２（ｂ）参照）。焼成時、円柱体１１６のコーナー部分１１６ｂ、１１６ｄは丸みを持っているため、ここからクラックが生じることはない。接続部材１６の上下両方の円形面と円柱側面とのコーナー部分１６ｂ，１６ｄは曲率半径Ｒを有している。得られたセラミック部材１２を所定寸法になるように加工する。
続いて、セラミック部材１２のウェハ載置面１２ａとは反対側の面１２ｂに研削加工を施して有底筒状の孔１２ｃを形成する（図２（ｃ）参照）。このとき、孔１２ｃの底面と接続部材１６の露出面１６ａとが同一面になるように加工する。これにより、接続部材１６のコーナー部分１６ｄは除去される。
続いて、孔１２ｃの底面に接合層２０となるロウ材１２０を敷き、その上に外部通電部材１８の第１部１８ａ、中間接合部１８ｃとなるロウ材１１８ｃ、ガイド部材２２及び外部通電部材１８の第２部１８ｂをこの順に積み上げて積層体を得る（図２（ｄ）参照）。この積層体を非酸化性条件下で加熱してロウ材１１８ｃ，１２０を溶融しその後固化することにより、図１に示すセラミックヒータ１０を得る。非酸化性条件とは、真空下又は非酸化性雰囲気（例えばアルゴン雰囲気や窒素雰囲気などの不活性雰囲気）下をいう。
以上説明した本実施形態のセラミックヒータ１０によれば、従来に比べて接合強度を高くしつつ、セラミック部材１２の破損のリスクを低くすることができる。すなわち、従来の接続部材２１６の直径Ｄは３ｍｍ程度であったのに対して、ここでは直径Ｄを３．５〜５ｍｍに設定したため、接続部材１６と外部通電部材１８との接合面積が大きくなり、接合強度が高くなる。一方、直径Ｄを大きくすると、接続部材１６のコーナー部分１６ｂからセラミック部材１２に向かってクラックが発生しやすいが、そのコーナー部分１６ｂの曲率半径Ｒが０．３〜１．５ｍｍ、比率Ｒ／Ｄが０．０９以上になるようにしたため、こうしたクラックの発生を防止でき、ひいてはセラミック部材の破損のリスクを低くすることができる。なお、比率Ｒ／Ｄを０．３より大きくしてもよいが、クラック防止効果はそれ以上向上することはなく、却って接続部材１６とヒータエレメント１４との接触面積が小さくなるため、好ましくない。
また、セラミック部材１２の材質を窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化珪素又は窒化珪素、接続部材１６の材質をＭｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ化合物、Ｗ化合物又はＮｂ化合物としたため、セラミック部材１２と接続部材１６との熱膨張係数差は僅かになり、熱応力を小さく抑えることができ、セラミック部材１２にクラックが発生するのを確実に防止することができる。
更に、接合層２０の材質をＡｕ−Ｎｉロウ材、Ａｌロウ材又はＡｇロウ材としたため、接合層２０の強度を高くすることができる。
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
例えば、上述した実施形態では、本発明の接合構造体としてセラミックヒータ１０を例示したが、静電チャックとしてもよいし、高周波電極用部材としてもよい。静電チャックとする場合には、ヒータエレメント１４の代わりに静電電極を埋設し、高周波電極用部材とする場合には、ヒータエレメント１４の代わりに高周波電極を埋設すればよい。
上述した実施形態では、ヒータエレメント１４として円形の金属メッシュを採用したが、円形の金属シートを採用してもよいし、コイルスプリングを採用してもよい。コイルスプリングを採用する場合、例えば、コイルスプリングの一端をセラミック部材１２の中央に配置し、そこから端を発して一筆書きの要領で全面にわたって配線したあと他端を一端の近傍に配置してもよい。
上述した実施形態のセラミックヒータ１０のウェハ載置面１２ａとは反対側の面１２ｂに、セラミック部材１２と同じ材質の筒状のシャフトをセラミック部材１２と一体化してもよい。この場合、シャフトの中空内部に外部通電部材１８等が配置されるようにする。シャフトを製造するには、例えば、金型を用いてセラミック原料粉末をＣＩＰにて成形し、常圧炉にて所定温度で焼成し、焼成後、所定寸法となるように加工すればよい。また、シャフトとセラミック部材１２とを一体化するには、例えば、シャフトの端面をセラミック部材１２の面１２ｂに突き合わせ、所定温度に昇温して両者を接合して一体化すればよい。
上述した実施形態では、接続部材１６を中実の円柱部材としたが、図３に示すように、中心軸に沿って貫通穴を備えた円柱部材（リング状部材）６６としてもよい。リング状部材６６は、直径（外径）Ｄが３．５〜５ｍｍ、ヒータエレメント１４に接している面のコーナー部分６６ｂの曲率半径Ｒが０．３〜１．５ｍｍ、比率Ｒ／Ｄが０．０９〜０．３０となるようにする。こうすれば、上述した実施形態と同様の効果が得られる。なお、リング状部材６６と外部通電部材１８との接合面積（環状部分の面積）が従来の接続部材２１６と外部通電部材２１８との接合面積よりも大きくなるように、リング状部材６６の外径や内径を決定するのが好ましい。
上述した実施形態のセラミックヒータ１０において、ウェハ載置面１２ａは平面でもよいが、エンボス形状、ポケット形状又は溝形状となるように加工されていてもよい。
上述した実施形態では、外部通電電極部材１８の第２部１８ｂのフランジとガイド部材２２の端面とを接合しなかったが、図５に示す従来例のように、両者の間を詰めてその隙間に接合層（例えば接合層２０と同じ材質）を設け、両者をこの接合層を介して接合してもよい。
上述した実施形態では、接続部材１６のコーナー部分１６ｂの曲率半径Ｒが０．３〜１．５ｍｍ、比率Ｒ／Ｄが０．０９以上としたが、図４に示すように、コーナー部分１６ｂを短径Ｆ、長径Ｇの楕円形状とし、比率Ｆ／Ｄ及び比率Ｇ／Ｄが０．０９以上（好ましくは０．０９〜０．３）となるようにしてもよい。この場合も、上述した実施形態と同様の効果が得られる。なお、図４では短径Ｆを接続部材１６の高さ方向（図４で上下方向）、長径Ｇを接続部材１６の幅方向（図４で左右方向）としたが、短径Ｆを幅方向、長径Ｇを高さ方向としてもよい。
以下に、本発明の実施例について説明する。なお、以下の実施例は本発明を何ら限定するものではない。
［試験例１〜９］
図２の製造手順にしたがい、上述したセラミックヒータ１０のサンプルを１０種類製造した（試験例１〜９）。まず、窒化アルミニウム粉末にヒータエレメント１４と円柱体１１６とを埋設し、一軸加圧成形することによって成形体１１２を作製した。ヒータエレメント１４としては、モリブデン製の金網を使用した。この金網は、直径０．１２ｍｍのモリブデン線を、１インチあたり５０本の密度で編んだものを使用した。円柱体１１６としては、粒径１〜１００μｍのモリブデン粉末を円柱状に成形し、ヒータエレメント１４に接する円形面と円柱側面とのコーナー部分１１６ｂの曲率半径Ｒが所定の値になるように加工したものを使用した。この成形体１１２を金型に入れ、カーボンフォイル内に密封し、ホットプレス法で焼成することにより、セラミック部材１２を得た。焼成は、温度１９５０℃、圧力２００ｋｇｆ／ｃｍ2で２時間保持することにより行った。このセラミック部材１２を直径２００ｍｍ、厚さ８ｍｍになるように加工した。
続いて、セラミック部材１２のウェハ載置面１２ａとは反対側の面１２ｂにマシニングセンタによって有底筒状の孔１２ｃを形成した。孔１２ｃは、直径９ｍｍ（開口部直径１２ｍｍ）、深さ４．５ｍｍとした。このとき、孔１２ｃの底面と接続部材１６の露出面１６ａとが同一面になるように加工した。
続いて、孔１２ｃの底面にＡｕ−Ｎｉからなるロウ材１２０を敷き、その上に外部通電部材１８の第１部１８ａ、Ａｕ−Ｎｉからなるロウ材１１８ｃ、ニッケル製（純度９９％以上）のガイド部材２２及び外部通電部材１８の第２部１８ｂをこの順に積み上げて積層体を得た。第１部１８ａとしては、コバール製で直径４ｍｍ、高さ３ｍｍのものを使用し、第２部１８ｂとしては、ニッケル製（純度９９％以上）で直径４ｍｍ（フランジ直径８ｍｍ）、高さ６０ｍｍのものを使用した。この積層体を、不活性雰囲気下、９６０〜１０００℃で１０分間加熱して、図１に示すセラミックヒータ１０を得た。
試験例１〜９の接続部材１６の直径Ｄ、コーナー部分の曲率半径Ｒ、比率Ｒ／Ｄの各値を表１に示す。なお、接続部材１６の高さは、一律３ｍｍとした。試験例１〜９につき、以下の評価試験を行った。その結果を表１に示す。
（引張破断強度の測定）
室温下、セラミック部材１２を固定し、外部通電部材１８のフランジを把持して垂直に引っ張り上げ、接続部材１６と外部通電部材１８との接合が破断したときの荷重を測定し、その荷重を引張破断強度とした。測定には、引張強度試験機（島津製作所製、オートグラフ）を使用した。
（製造時破損の有無）
成形体１１２を焼結させてセラミック部材１２を製造した直後にセラミック部材１２にクラックが発生したか否かを調べ、クラックが発生していたものについて製造時破損ありと判定した。
（セラミック破損の有無）
真空下、セラミックヒータ１０を７００℃まで加熱したあと室温まで降温し、その状態でセラミック部材１２にクラックが発生したか否かを調べ、クラックが発生したものについてセラミック破損ありと判定した。ちなみに、セラミック部材１２の材質（ＡｌＮ）と接続部材１６の材質（Ｍｏ）との熱膨張係数の僅かな違いにより熱応力が発生するが、コーナー部分１６ｂではその熱応力が集中しやすいため、コーナー部分１６ｂを起点とするクラックがセラミック部材１２に発生しやすい。
Figure 2015198892
試験例１〜３を対比すると、コーナー部分１６ｂの曲率半径Ｒはいずれも０．２ｍｍであるが、試験例１は、試験例２，３よりも直径Ｄが小さいため、コーナー部分１６ｂに集中する熱応力が小さく、製造時破損もセラミック破損も観察されなかった。このときの比率Ｒ／Ｄは０．０７であった。これに対し、試験例２は、試験例１よりも直径Ｄが大きいため、熱応力が大きくなり、セラミック破損が観察された。また、試験例３は、試験例１，２よりも直径Ｄが大きいため、熱応力が更に大きくなり、製造時破損が観察された。試験例２，３の比率Ｒ／Ｄはそれぞれ０．０６，０．０５であった。一方、試験例１は、試験例２，３と比べて直径Ｄが小さいため、引張破断強度が低かった。
試験例４〜８では、直径Ｄが３．５〜５．０ｍｍであり試験例１に比べて大きいため、コーナー部分１６ｂに集中する熱応力は大きいが、コーナー部分１６ｂの曲率半径Ｒを０．３〜１．５ｍｍ、比率Ｒ／Ｄを０．０９〜０．３０にすることで製造時破損もセラミック破損も防止することができた。また、接続部材１６と外部通電部材１８との接合面積を試験例１と比べて十分広くすることができ、その分、試験例１と比べて引張破断強度が高くなった。
試験例９では、直径Ｄが５．５ｍｍとかなり大きかったため、コーナー部分１６ｂに集中する熱応力はかなり大きくなり、コーナー部分１６ｂの曲率半径Ｒを１．５ｍｍ、比率Ｒ／Ｄを０．２７にしたものの、製造時に熱応力によって生じるクラックを防ぐことはできなかった。
なお、試験例１〜９のうち、試験例４〜８が本発明の実施例に相当し、残りが比較例に相当する。
［試験例１０〜１３］
試験例１０〜１３では、円柱体１１６として、ヒータエレメント１４に接する円形面と円柱側面とのコーナー部分１１６ｂを楕円形になるように加工したものを使用した以外は、試験例１〜９と同様にセラミックヒータ１０を製造した。試験例１０〜１３の接続部材１６の直径Ｄ、コーナー部分の楕円の短径Ｆ、長径Ｇ、比率Ｆ／Ｄ，比率Ｇ／Ｄの各値を表２に示す。なお、接続部材１６の高さは、一律３ｍｍとした。また、楕円の短径方向は接続部材１６の高さ方向（図４で上下方向）、楕円の長径方向は接続部材１６の幅方向（図４で左右方向）とした。試験例１０〜１３につき、上述した各評価試験を行った。その結果を表２に示す。
Figure 2015198892
試験例１０，１２では、直径Ｄが３．５〜５．０ｍｍのためコーナー部分１６ｂに集中する熱応力は大きいが、コーナー部分１６ｂの楕円の短径Ｆ、長径Ｇ、比率Ｆ／Ｄ、比率Ｇ／Ｄを適切な値に設定することで製造時破損もセラミック破損も防止することができた。これに対して、試験例１１，１３では、これらの値のいずれかが適切でなかったため製造時に破損したり加熱後降温したときに破損したりした。
なお、試験例１０〜１３のうち、試験例１０，１２が本発明の実施例に相当し、残りが比較例に相当する。
本出願は、２０１４年６月２７日に出願された日本国特許出願第２０１４−１３２３０５号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。
なお、上述した実施例は本発明を何ら限定するものでないことは言うまでもない。
本発明は、例えばセラミックヒータや静電チャック、高周波電極用部材などの半導体製造装置用部材として利用可能である。
１０ セラミックヒータ、１２ セラミック部材、１２ａ ウェハ載置面、１２ｂ ウェハ載置面とは反対側の面、１２ｃ 孔、１４ ヒータエレメント、１６ 接続部材、１６ａ 露出面、１６ｂ コーナー部分、１８ 外部通電部材、１８ａ 第１部、１８ｂ 第２部、１８ｃ 中間接合部、２０ 接合層、２２ ガイド部材、６６ 円柱部材（リング状部材）、６６ｂ コーナー部分、１１２ 成形体、１１６ 円柱体、１１６ｂ コーナー部分、１１８ｃ，１２０ ロウ材、２１０ セラミックヒータ、２１２ セラミック部材、２１２ｃ 孔、２１４ ヒータエレメント、２１６ 接続部材、２１８ 外部通電部材、２２０ 接合層、２２２ ガイド部材、２２４ 接合層。

Claims (6)

  1. ウェハ載置面を備えたセラミック部材と、
    前記セラミック部材に埋設され前記ウェハ載置面に沿う形状の埋設電極と、
    前記セラミック部材のうち前記ウェハ載置面とは反対側の面から前記埋設電極に達するように埋設された金属製の接続部材と、
    前記接続部材のうち外部に露出している面に接合層を介して接合された金属製の外部通電部材と、
    を備えた接合構造体であって、
    前記接続部材は、円柱部材であり、直径Ｄが３．５〜５ｍｍ、前記埋設電極に接している円形面と円柱側面とのコーナー部分の曲率半径Ｒが０．３〜１．５ｍｍ、比率Ｒ／Ｄが０．０９以上である、
    接合構造体。
  2. 前記比率Ｒ／Ｄが０．３以下である、
    請求項１に記載の接合構造体。
  3. ウェハ載置面を備えたセラミック部材と、
    前記セラミック部材に埋設され前記ウェハ載置面に沿う形状の埋設電極と、
    前記セラミック部材のうち前記ウェハ載置面とは反対側の面から前記埋設電極に達するように埋設された金属製の接続部材と、
    前記接続部材のうち外部に露出している面に接合層を介して接合された金属製の外部通電部材と、
    を備えた接合構造体であって、
    前記接続部材は、円柱部材であり、直径Ｄが３．５〜５ｍｍ、
    前記埋設電極に接している円形面と円柱側面とのコーナー部分は短径Ｆ、長径Ｇの楕円形状であり、短径Ｆ及び長径Ｇが０．３〜１．５ｍｍ、比率Ｆ／Ｄ及び比率Ｇ／Ｄが０．０９以上である、
    接合構造体。
  4. 前記比率Ｆ／Ｄ及び前記比率Ｇ／Ｄが０．３以下である、
    請求項３に記載の接合構造体。
  5. 前記セラミック部材は、材質が窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化珪素又は窒化珪素であり、前記接続部材は、材質がＭｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ化合物、Ｗ化合物又はＮｂ化合物である、
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の接合構造体。
  6. 前記接合層は、材質がＡｕ又はＡｕ合金である、
    請求項１〜５のいずれか１項に記載の接合構造体。
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