JPWO2020110954A1 - セラミック構造体及び端子付構造体 - Google Patents

Abstract

ヒータは、基体、端子及び接合層を有している。基体は、セラミックからなる。接合層は、金属が主成分であり、基体と端子との間に位置する。基体は、第１面及び第２面を有している。第１面は、基体の外側へ面しており、端子と重なっている領域及び端子の周囲に位置している領域の少なくとも一方を含んでいる。第２面は、第１面に交差しており、第１面から離れるほど基体の内部側へ位置している。接合層は、端子及び第１面から第２面に至っている。

Description

本開示は、セラミック構造体及び端子付構造体に関する。

セラミックを基体とするセラミック構造体及び絶縁性の基体に端子を接合した端子付構造体が知られている。セラミック構造体及び端子付構造体の例としては、例えば、ウェハの加工に利用されるセラミックヒータ、静電チャック及びプラズマ発生用電極部材を挙げることができる。セラミック構造体及び端子付構造体においては、基体と金属部材（例えば端子）との接合がなされている。

特許文献１は、セラミックプレートと金属部材との接合構造を開示している。この接合構造において、セラミックプレートは、１対の主面（板形状の最も広い面。表面および裏面）の一方の主面に突部を有している。突部は、平坦な頂面を有している。金属部材は、この頂面に対向する被接合面を有している。そして、頂面と被接合面との間にろう材が配置されてセラミックプレートと金属部材とは接合されている。

国際公開第２０１５／１４６５６３号

本開示の一態様に係るセラミック構造体は、基体、金属部材及び接合層を有している。前記基体は、セラミックからなる。前記接合層は、金属が主成分であり、前記基体と前記金属部材との間に位置する。前記基体は、第１面及び第２面を有している。前記第１面は、前記基体の外側へ面している。また、前記第１面は、前記金属部材と重なっている領域及び前記金属部材の周囲に位置している領域の少なくとも一方を含んでいる。前記第２面は、前記第１面に交差しており、前記第１面から離れるほど前記基体の内部側へ位置している。前記接合層は、前記金属部材及び前記第１面から前記第２面に至っている。

本開示の一態様に係る端子付構造体は、基体と、内部導体と、端子と、接合層とを有している。前記基体は、凹部を有している絶縁性の部材である。前記内部導体は、前記基体内に位置している。前記端子は、前記凹部に挿入されており、前記内部導体に電気的に接続されている。前記接合層は、前記基体と前記端子とを接合している。前記基体は、第１面及び第２面を有している。前記第１面は、前記凹部の周囲に位置している。前記第２面は、前記第１面に交差しており、前記第１面から離れるほど前記基体の内部側へ位置している。前記接合層は、前記端子及び前記第１面から前記第２面に至っている。

実施形態に係るヒータの構成を示す模式的な分解斜視図。 図１のII−II線における断面図。 図１のヒータプレートの端子及びその周辺を下面側から見た斜視図。 図３のIV−IV線における断面図。 図４の領域Ｖの拡大図。 比較例に係る端子の接合構造を示す断面図。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は変形例及び他の変形例に係る接合構造を示す断面図。

以下、本開示のセラミック構造体及び端子付構造体について、ヒータを例に取って説明する。以下で参照する各図は、説明の便宜上の模式的なものである。従って、細部は省略されていることがあり、また、寸法比率は必ずしも現実のものとは一致していない。また、ヒータは、各図に示されていない周知の構成要素をさらに備えていても構わない。

（ヒータシステム）
図１は、実施形態に係るヒータ１の構成を示す模式的な分解斜視図である。図２は、図１のヒータ１を含むヒータシステム１０１の構成を示す模式図である。図２において、ヒータ１については、図１のII−II線断面図が示されている。図１は、ヒータ１の構造を示すために便宜的にヒータ１を分解して示しており、実際の完成後のヒータ１は、図１の分解斜視図のように分解可能である必要はない。

図１及び図２の紙面上方は、例えば、鉛直上方である。ただし、ヒータ１は、必ずしも図１及び図２の紙面上方を鉛直上方として利用される必要はない。以下では、便宜上、図１及び図２の紙面上方を鉛直上方として、上面及び下面等の用語を用いることがある。特に断りがない限り、単に平面視という場合、図１及び図２の紙面上方から見ることを指すものとする。

ヒータシステム１０１は、ヒータ１と、ヒータ１に電力を供給する電力供給部３（図２）と、電力供給部３を制御する制御部５（図２）と、を有している。ヒータ１と電力供給部３とは配線部材７（図２）によって接続されている。なお、配線部材７は、ヒータ１の一部と捉えられても構わない。また、ヒータシステム１０１は、上記に挙げた構成の他、例えば、ヒータ１に気体及び／又は液体を供給する流体供給部を有していてもよい。

（ヒータ）
ヒータ１は、例えば、概略板状（図示の例では円盤状）のヒータプレート９と、ヒータプレート９から下方へ延びているパイプ１１とを有している。

ヒータプレート９は、その上面１３ａに加熱対象物の一例としてのウェハＷｆ（図２）が載置され（重ねられ）、ウェハの加熱に直接寄与する。パイプ１１は、例えば、ヒータプレート９の支持及び配線部材７の保護に寄与する。なお、ヒータプレート９のみがヒータと捉えられても構わない。

（ヒータプレート）
ヒータプレート９の上面１３ａ及び下面１３ｂは、例えば、概ね平面である。ヒータプレート９の平面形状及び各種の寸法は、加熱対象物の形状及び寸法等を考慮して適宜に設定されてよい。例えば、平面形状は、円形（図示の例）又は多角形（例えば矩形）である。寸法の一例を示すと、直径は２０ｃｍ以上３５ｃｍ以下、厚さは４ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。なお、本実施形態の説明において、矩形等の多角形に係る用語は、特に断りが無い限り、角部が直線（平面）又は曲線（曲面）によって面取りされた形状を含むものとする。

ヒータプレート９は、例えば、絶縁性の基体１３と、基体１３に埋設されている抵抗発熱体１５（内部導体の一例）と、抵抗発熱体１５に電力を供給するための端子１７（金属部材の一例）とを備えている。抵抗発熱体１５に電流が流れることによって、ジュールの法則に従って熱が発生し、ひいては、基体１３の上面１３ａに載置されているウェハＷｆが加熱される。

（基体）
基体１３の外形は、ヒータプレート９の外形を構成している。従って、上述のヒータプレート９の形状及び寸法に係る説明は、そのまま基体１３の外形及び寸法の説明と捉えられてよい。基体１３の材料は、例えば、セラミックである。セラミックは、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３、アルミナ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、及び窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）等を主成分とする焼結体である。なお、主成分は、例えば、その材料の５０質量％以上又は８０質量％以上を占める材料である（以下、特に断りが無い限り、他の部材及び他の材料についても、同様である。）。

ここで、主成分とは、セラミックを構成する成分１００質量％のうち、６０質量％以上を占める成分をいう。セラミックを構成する各成分は、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて同定すればよい。そして、各成分の含有量は、蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）またはＩＣＰ発光分光分析装置（ＩＣＰ）を用いて、各元素の含有量を求め、同定された各成分の含有量にそれぞれ換算すればよい。

図１では、基体１３は、第１絶縁層１９Ａ及び第２絶縁層１９Ｂによって構成されている。なお、基体１３は、第１絶縁層１９Ａ及び第２絶縁層１９Ｂとなる材料（例えばセラミックグリーンシート）が積層されて作製されてもよいし、そのような方法とは異なる方法によって作製され、完成後に抵抗発熱体１５等の存在によって概念的に第１絶縁層１９Ａ及び第２絶縁層１９Ｂによって構成されていると捉えることができるだけであってもよい。

（抵抗発熱体）
抵抗発熱体１５は、基体１３の上面１３ａ及び下面１３ｂに沿って（例えば平行に）延びている。また、抵抗発熱体１５は、平面視において、例えば、基体１３の概ね全面に亘って延びている。図１では、抵抗発熱体１５は、第１絶縁層１９Ａ及び第２絶縁層１９Ｂとの間に位置している。

平面視における抵抗発熱体１５の具体的なパターン（経路）は適宜なものとされてよい。例えば、抵抗発熱体１５は、ヒータプレート９において１本のみ設けられており、その一端から他端まで自己に対して交差することなく延びている。また、図示の例では、抵抗発熱体１５は、ヒータプレート９を２分割した各領域において、円周方向に往復するように（ミアンダ状に）延びている。この他、例えば、抵抗発熱体１５は、渦巻状に延びていたり、一の半径方向において直線状に往復するように延びていたりしてよい。

抵抗発熱体１５を局部的に見たときの形状も適宜なものとされてよい。例えば、抵抗発熱体１５は、上面１３ａ及び下面１３ｂに平行な層状導体であってもよいし、上記の経路を軸として巻かれたコイル状（スプリング状）であってもよいし、メッシュ状に形成されているものであってもよい。各種の形状における寸法も適宜に設定されてよい。

抵抗発熱体１５の材料は、電流が流れることによって熱を生じる導体（例えば金属）である。導体は、適宜に選択されてよく、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、プラチナ（Ｐｔ）若しくはインジウム（Ｉｎ）又はこれらを主成分とする合金である。また、抵抗発熱体１５の材料は、前記のような金属を含む導電ペーストを焼成して得られるものであってもよい。すなわち、抵抗発熱体１５の材料は、ガラス粉末及び／又はセラミック粉末等の添加剤（別の観点では無機絶縁物）を含むものであってもよい。

（端子（概要））
端子１７は、例えば、抵抗発熱体１５の長さ方向両端に接続されているとともに、当該両端の位置にて、基体１３の下面１３ｂ側の一部（第２絶縁層１９Ｂ）を貫通して下面１３ｂから露出している。これにより、ヒータプレート９の外部から抵抗発熱体１５へ電力を供給可能になっている。１対の端子１７（抵抗発熱体１５の両端）は、例えば、ヒータプレート９の中央側に位置している。なお、１つの抵抗発熱体１５に電力を供給する３以上の端子１７が設けられてもよいし、２以上（例えば２層以上）の抵抗発熱体１５に電力を供給する２組以上の端子１７が設けられてもよい。

（パイプ）
パイプ１１は、上下（軸方向両側）が開口している中空状である。別の観点では、パイプ１１は、上下に貫通する空間１１ｓを有している。パイプ１１の横断面（軸方向に直交する断面）及び縦断面（軸方向に平行な断面。図２に示す断面）の形状は適宜に設定されてよい。図示の例では、パイプ１１は、軸方向の位置に対して径が一定の円筒形状である。もちろん、パイプ１１は、高さ方向の位置によって径が異なっていてもよい。また、パイプ１１の寸法の具体的な値は適宜に設定されてよい。特に図示しないが、パイプ１１には、気体又は液体が流れる流路が形成されていてもよい。

パイプ１１は、セラミック等の絶縁材料から構成されていてもよいし、金属（導電材料）から構成されていてもよい。セラミックの具体的な材料としては、例えば、基体１３の説明で挙げたもの（ＡｌＮ等）が利用されてよい。また、パイプ１１の材料は、基体１３の材料と同一であってもよいし、異なっていてもよい。

基体１３とパイプ１１との固定は、適宜な方法によってなされてよい。例えば、両者は、両者の間に介在する接着剤（不図示）によって固定されてもよいし、両者の間に接着剤を介在させずに、固相接合によって固定されてもよいし、ボルト及びナット（いずれも不図示）を利用して機械的に固定されてもよい。

（配線部材）
配線部材７は、パイプ１１の空間１１ｓ内に挿通されている。平面透視において、ヒータプレート９のうち空間１１ｓ内に露出する領域では、複数の端子１７が基体１３から露出している。そして、配線部材７は、その一端が複数の端子１７に接続されている。

複数の配線部材７は、可撓性の電線であってもよいし、可撓性を有さないロッド状のものであってもよいし、これらの組み合わせであってもよい。また、複数の可撓性の電線は、纏められて１本のケーブルのようになっていてもよいし、纏められていなくてもよい。

配線部材７と端子１７との接続も適宜なものとされてよい。例えば、両者は、導電性の接合材によって接合されていてもよい。また、例えば、両者は、一方に雄ねじが形成され、他方に雌ねじが形成されることにより、螺合されていてもよい。端子１７は、前記のねじのように、配線部材７との接続のための特定の形状を有していてもよい。ただし、以下の説明では、そのような特定の形状の図示は基本的に省略する。

（端子の接合構造）
図３は、ヒータプレート１の端子１７及びその周辺を下面１３ｂ側から見た斜視図である。図４は、図３のIV−IV線における断面図である。これらの図では、紙面上方はヒータプレート１の下方である。

端子１７は、例えば、軸状の端子本体１７ａと、端子本体１７ａの外周面（軸回りの面）から突出しているフランジ１７ｂとを有している。

端子本体１７ａの具体的な形状及び各種の寸法等は適宜に設定されてよい。例えば、図示の例のように、端子本体１７ａは、上下方向（基体１３の厚さ方向）に直線状に延びる柱状とされてよい。この場合において、端子本体１７ａの上下方向の長さは、直径よりも大きくてもよいし（図示の例）、直径以下であってもよい。また、端子本体１７ａの基体１３に平行な横断面の形状及び大きさは、上下方向（基体１３の厚さ方向）において一定であってもよいし、一定でなくてもよい。横断面の形状は、円形（図示の例）又は多角形等の適宜な形状とされてよい。

端子本体１７ａは、図示の例のように中実であってもよいし、図示の例とは異なり、雌ねじが形成されているなど、中空状であってもよい。また、特に図示しないが、端子本体１７ａは、下面１３ｂから延び出る長さが比較的長いロッド状とされてもよい。この場合、例えば、端子本体１７ａの下面１３ｂから延び出る長さは基体１３の厚さの２倍以上又は５倍以上とされてもよい。

フランジ１７ｂの具体的な形状及び各種の寸法等も適宜に設定されてよい。例えば、平面視において、フランジ１７ｂの外縁の形状は、端子本体１７ａの外周面の形状を一回り大きくした形状（図示の例）であってもよいし、端子本体１７ａの外周面の形状とは異なる形状であってもよい。換言すれば、フランジ１７ｂの幅（平面視における内縁から外縁までの距離）は、端子本体１７ａ回りに一定であってもよいし、一定でなくてもよい。フランジ１７ｂの厚さ（上下方向）は、端子本体１７ａ回りの方向及び／又は内縁から外縁への方向において、一定であってもよいし（図示の例）、一定でなくてもよい。フランジ１７ｂ（その下面及び／又は上面）は、端子本体１７ａに対して直交していてもよいし（図示の例）、直交していなくてもよい。

フランジ１７ｂの端子本体１７ａに対する上下方向の位置も適宜に設定されてよい。図示の例では、フランジ１７ｂは、端子本体１７ａの長さ方向の中途に位置している。ただし、図示の例とは異なり、フランジ１７ｂは、端子本体１７ａの抵抗発熱体１５とは反対側（紙面上方）の端部に位置していてもよい。換言すれば、端子本体１７ａは、フランジ１７ｂから紙面上方へ突出していなくてもよい。

端子１７は、例えば、その全体が導体によって一体的に構成されている。ただし、特に図示しないが、端子１７は、絶縁体を導体膜によって被覆して構成されていてもよい。端子１７を構成する導体の材料は適宜なものとされてよい。典型的には、導体の材料は、金属である。また、端子１７の材料は、内部導体（抵抗発熱体１５）の材料及び／又は配線部材７の材料と同一の材料若しくは主成分が同一の材料であってもよいし、そのような材料でなくてもよい。端子１７の材料としては、例えば、Ｗ、Ｍｏ又はＰｔを挙げることができる。

端子１７は、図示の例のように、抵抗発熱体１５を貫通してその側面において抵抗発熱体１５と接続されていてもよいし（図示の例）、抵抗発熱体１５を貫通せず、その上面（紙面下方側の面）において抵抗発熱体１５と接続されていてもよい。

基体１３の下面１３ｂは、第１面１３ｃを含んでいる。第１面１３ｃは、下面１３ｂのうち、後述する溝１３ｄと凹部１３ｅとの間の領域であり、基体１３の下方（紙面上方。別の観点では基体１３の外部又は抵抗発熱体１５とは反対側）に面している。第１面１３ｃは、例えば、下面１３ｂの大部分（例えば８割以上）と同一方向に面する平面状である。第１面１３ｃは、下面１３ｂの他の領域（溝１３ｄよりも外側の領域の一部又は全部）に対して下方に位置していてもよいし、面一であってもよいし（図示の例）、上方に位置していてもよい。例えば、特に図示しないが、下面１３ｂの中央側の領域に凹部が形成され、その凹部の底面の、凹部の内周面から離れた位置に溝１３ｄが形成されていてもよい。

基体１３は、第１面１３ｃに開口する凹部１３ｅ（図４）を有している。凹部１３ｅは、少なくとも第２絶縁層１９Ｂを貫通しており、抵抗発熱体１５に到達している。端子１７は、少なくとも一部が凹部１３ｅ内に位置している。これにより、端子１７は、基体１３内に位置している抵抗発熱体１５に接続可能となっている。また、端子１７の抵抗発熱体１５から離れる側（紙面上方）の一部は、第１面１３ｃから露出している。これにより、端子１７は、配線部材７と接続可能となっている。なお、特に図示しないが、抵抗発熱体１５と基体１３の下面１３ｂとの間に抵抗発熱体１５と電気的に接続されている不図示の配線層が設けられ、この配線層に端子１７が接続されていてもよい。

端子本体１７ａのうち、フランジ１７ｂよりも抵抗発熱体１５側に突出している部分が凹部１３ｅに挿入されることによって、フランジ１７ｂは、第１面１３ｃに対して係合している。換言すれば、第１面１３ｃは、端子１７に重なる領域を有している。この重なる領域は、端子１７（より厳密には端子本体１７ａ）の周囲に位置している領域と捉えることもできる。

フランジ１７ｂの幅（内縁から外縁までの長さ）は、例えば、第１面１３ｃの幅（凹部１３ｅから溝１３ｄまでの長さ）よりも小さい。別の観点では、フランジ１７ｂの外縁は、第１面１３ｃの外縁よりも内側（端子本体１７ａ側）に位置している。従って、第１面１３ｃは、端子１７（より厳密にはフランジ１７ｂ）の周囲に位置している領域を有している。ただし、フランジ１７ｂの外縁は、第１面１３ｃの外縁に概ね一致していたり、第１面１３ｃの外縁よりも外側に位置していたりしてもよい。

凹部１３ｅの具体的な形状及び寸法等は適宜に設定されてよい。例えば、凹部１３ｅの形状は、端子１７のうち凹部１３ｅに挿入される部分の形状を若干大きくした形状である。両者の隙間の大きさは、後述する接合材（接合層２１）を配置可能に適宜に設定されてよい。凹部１３ｅの底面と、端子１７の基体１３の内部側の先端面とは、当接されずに、又は接合されずに、離れていてもよいし（図示の例）、当接又は接合されていてもよい。

基体１３は、既述のように下面１３ｂに溝１３ｄを有している。溝１３ｄは、例えば、端子１７から離れた位置にて端子１７を囲むように延びている。別の観点では、溝１３ｄは、第１面１３ｃを囲んでいる。溝１３ｄが形成されていることにより、基体１３は、第１面１３ｃに交差するとともに第１面１３ｃから離れるほど基体１３の内部側に位置している第２面１３ｆ（溝１３ｄの第１面１３ｃ側の壁面）を有している。

溝１３ｄ（第２面１３ｆ）の具体的な形状及び寸法等は適宜に設定されてよい。例えば、溝１３ｄは、途切れることなく端子１７を囲んでいてもよいし（図示の例）、一部（１カ所とは限らない）において途切れていてもよい。また、溝１３ｄ（第２面１３ｆ）の、端子１７（本実施形態では厳密にはフランジ１７ｂの外縁）からの距離は、端子１７回りの方向において一定であってもよいし（図示の例）、一定でなくてもよい。別の観点では、平面視において、溝１３ｄの形状は、端子１７の形状を一回り大きくした形状であってもよいし、そのような形状でなくてもよい。溝１３ｄは、一定の幅で延びていてもよいし（図示の例）、幅を変化させつつ延びていてもよい。

溝１３ｄの横断面（図４に示す断面の形状）において、溝１３ｄの幅（第２面１３ｆと、これに対向する壁面との距離）は、溝１３ｄの深さ方向において、一定であってもよいし（図示の例）、一定でなくてもよい。後者の場合においては、例えば、溝１３ｄは、開口側（抵抗発熱体１５から離れる側）ほど幅が広くなる形状とされてよいし、逆に、開口側ほど幅が狭くなる形状とされてもよい。溝１３ｄの幅が深さ方向において概ね一定の形状としては、例えば、矩形（図示の例）、平行四辺形、及びこれらの形状において少なくとも一部を曲面状にしたものが挙げられる。また、溝１３ｄの幅が開口側ほど大きくなる形状としては、例えば、三角形、台形、これらの形状において少なくとも一部を曲面状にしたもの、及び半円形を挙げることができる。また、溝１３ｄの幅が開口側ほど小さくなる形状としては、例えば、台形及び台形の少なくとも一部を曲面状にしたものを挙げることができる。曲面は、凹状のものであってもよいし、凸状のものであってもよい。

上記の説明から理解されるように、溝１３ｄの一方の壁面である第２面１３ｆは、平面状であってもよいし（図示の例）、曲面状であってもよい。また、第２面１３ｆは、第１面１３ｃに対して直交していてもよいし（図示の例）、傾斜していてもよい。

図５は、図４の領域Ｖの拡大図である。

第２面１３ｆと第１面１３ｃとがなす角部は、平面又は曲面によって面取りされていてもよいし（図示の例）、そのような面取りがなされていなくてもよい。なお、ここでいう面取りは、角部が無くされたような形状を指しているのであり、切削加工又は研磨加工等によって角部の材料が除去されることは要しない。面取り面１３ｇの大きさは適宜に設定されてよい。例えば、第１面１３ｃが面取りされた長さｄ１及び第２面１３ｆが面取りされた長さｄ２は、後述する接合層２１の、第１面１３ｃ上における厚さ（例えば、端子１７付近の特異部分を除いた平均厚さ）の１倍以上又は２倍以上とされてよく、また、１０倍以下又は５倍以下とされてよく、上記の下限と上限とは適宜に組み合わされてよい。

（接合層）
基体１３と端子１７とは接合層２１によって接合されている。接合層２１は、例えば、少なくとも一部が基体１３と端子１７との間に介在している。接合層２１は、端子１７と抵抗発熱体１５との間に介在してこれらの電気的接続に寄与していてもよいし、寄与していなくてもよい。

接合層２１が端子１７に対して設けられる範囲は適宜に設定されてよい。例えば、接合層２１は、端子１７の表面の一部のみに重なっていてもよいし、端子１７の全面に重なっていてもよい。前者の例における端子１７の表面の一部としては、例えば、フランジ１７ｂの第１面１３ｃに対向している対向面が挙げられる。また、当該対向面と端子本体１７ａのうち凹部１３ｅに挿入されている部分の外周面との組み合わせが挙げられる。さらに、前記対向面とフランジ１７ｂの外周面との組み合わせが挙げられる。端子１７の上端面及び下端面の少なくとも一方を除く全面が挙げられる。また、フランジ１７ｂが設けられていない態様においては、上記表面の一部として、端子（端子本体１７ａ）の外周面の全部又は一部が挙げられる。

また、接合層２１が基体１３に対して設けられる範囲も適宜に設定されてよい。例えば、接合層２１は、少なくとも第１面１３ｃの一部から第２面１３ｆの一部に亘って（別の観点では両者の角部に跨って）基体１３の表面に重なっている。また、接合層２１は、第１面１３ｃの全部に重なっていてよいし（図示の例）、凹部１３ｅの内周面の一部又は全部に重なっていてもよいし（図示の例）、凹部１３ｅの底面の一部又は全部に重なっていてもよいし、第２面１３ｆの全部に重なっていてもよいし、溝１３ｄの底面の一部又は全部に重なっていてもよいし、溝１３ｄの第２面１３ｆに対向する壁面の一部又は全部に重なっていてもよいし、下面１３ｂのうち溝１３ｄよりも外側の一部に重なっていてもよい。

接合層２１が端子本体１７ａの基体１３内部側の端面及び／又は凹部１３ｅの底面に位置している場合において、接合層２１は、両者の間に充填されて両者を接合していてもよいし、端子本体１７ａの端面に重なる部分と、凹部１３ｅの底面に重なる部分との２層に分かれていてもよい。また、接合層２１は、溝１３ｄ内に充填されていてもよい。このことから理解されるように、接合層２１は、「層」の概念に当て嵌まらない部分を含んでいてもよい。

接合層２１の厚さは、適宜に設定されてよい。例えば、接合層２１の厚さは、その全体に亘って概ね一定であってもよいし、複数の領域間で厚さが異なっていてもよいし、一の領域内で厚さが異なっていてもよい。例えば、接合層２１において、フランジ１７ｂと第１面１３ｃとの間に介在する領域の厚さは、端子本体１７ａと凹部１３ｅの内周面との間に介在する厚さに対して、薄くてもよいし、同等でもよいし、厚くてもよい。また、例えば、端子１７と基体１３との間に介在する領域の厚さは、端子１７と基体１３との間に介在しない領域に対して、薄くてもよいし、同等でもよいし、厚くてもよい。ここでいう各領域の厚さは、例えば、以下で述べる特異部分（肉厚部２１ｂ等）を除いた各領域の平均厚さとされてよい。各領域の厚さの一例を挙げると、例えば、当該厚さは、５μｍ以上又は１０μｍ以上とされてよく、２００μｍ以下又は１００μｍ以下とされてよく、上記の下限と上限とは適宜に組み合わされてよい。

接合層２１の第１面１３ｃに重なっている部分は、例えば、端子１７（厳密にはフランジ１７ｂ）の周囲に肉厚部２１ｂを有している。肉厚部２１ｂの厚さｔ１は、接合層２１のうち当該肉厚部２１ｂよりも第２面１３ｆ側に位置する領域の厚さｔ２よりも厚くなっている。より具体的には、肉厚部２１ｂは、端子１７側ほど厚くなっており、図５に示す断面視において、概略、第１面１３ｃ及びフランジ１７ｂの外周面を隣辺とし、接合層２１の表面を斜辺とする直角三角形状となっている。肉厚部２１ｂの厚さｔ１は、例えば、最も厚い位置（接合層２１のうちフランジ１７ｂの外周面に位置する領域の表面と、肉厚部２１ｂの表面（斜辺）とが成す稜線の位置）において、厚さｔ２（肉厚部２１ｂを除く平均厚さ）の１．５倍以上、２倍以上又は３倍以上とされてよい。

接合層２１の材料は、導電材料であり、また、金属材料を主成分としている。接合層２１は、その全体が１種類の材料によって構成されていてもよいし、複数種類の材料から構成されていてもよい。後者の例としては、互いに異なる材料からなる層が積層されている構成を挙げることができる。なお、複数種類の材料は、互いに混じり合い、その境界が曖昧になっていてもよい。

接合層２１が複数の層から構成される場合の一例を挙げると、特に図示しないが、接合層２１は、以下の第１層〜第４層を有している。第１層は、少なくとも凹部１３ｅの内面、第１面１３ｃ及び第２面１３ｆに重なっている。第２層は、第１層と概ね同等の領域において第１層に重なっている。第３層は、少なくとも基体１３の表面と端子１７の表面とが対向する領域において端子１７の表面に重なっており、第２層と端子１７の表面との間に介在している。この第３層は、端子１７の全体を覆っていてもよい。第４層は、基体１３の下面１３ｂのうち端子１７（フランジ１７ｂ）よりも外側の領域及び端子１７が外部へ露出している領域を第１〜第３層の上から覆っている。

接合層２１の具体的な材料も適宜に設定されてよい。例えば、接合層２１の材料は、端子１７、内部導体（抵抗発熱体１５）の材料及び／又は配線部材７の材料と同一の材料若しくは主成分が同一の材料であってもよいし、そのような材料でなくてもよい。接合層２１の材料（接合層２１を構成する層の材料）としては、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ若しくはＮｉ、又はこれらの１つ以上を主成分とする合金が用いられてよい。上記の積層構造の一例について具体的な材料を例示すると、例えば、第１層の材料は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ及びＴｉの合計質量が５０質量％以上又は８０％質量以上の合金とされてよい。第２層の材料及び第４層の材料は、Ｎｉ又はＮｉを主成分とする合金とされてよい。第３層の材料は、Ａｇ及びＣｕの合計質量が５０質量％以上又は８０質量％以上の合金とされてよい。

（ヒータの製造方法）
ヒータプレート１の製造方法は、例えば、溝１３ｄが形成されること等を除いては、概略、公知の種々の方法と同様とされてよい。以下に一例を述べる。

まず、焼成前のセラミック原料からなる基体１３（生の基体１３）を準備する。生の基体１３の内部には、例えば、焼成前の導電ペーストからなる抵抗発熱体１５（生の抵抗発熱体１５）が埋設されている。このような生のヒータプレートは、従来公知の種々の方法によって準備されてよく、例えば、導電ペーストが配置されたセラミックグリーンシートを積層することによって準備されてよい。

上記の生の基体１３には、凹部１３ｅ及び溝１３ｄが形成されている。生の基体１３が複数のセラミックグリーンシートの積層体によって構成される場合において、凹部１３ｅ及び／又は溝１３ｄは、積層前に形成されてもよいし、積層後に形成されてもよい。また、凹部１３ｅ及び溝１３ｄとなる穴（貫通孔又は凹部）は、１枚のセラミックグリーンシートに形成されたものであってもよいし、２枚以上のセラミックグリーンシートに亘って形成されたものであってもよい。

次に、凹部１３ｅの内面（内周面及び底面）、第１面１３ｃ及び第２面１３ｆに接合層２１の一部となる導電ペーストを層状に配置する。この導電ペーストは、例えば、上述の第１層となるものである。導電ペーストの一部又は全部は、セラミックグリーンシートの積層前に配置されてもよい。次に、生の基体１３及び導電ペーストを焼成する。その後、第１層上に既述の第２層となる金属を蒸着法等によって成膜する。

上記に並行して、バルク材（金属の塊）からなる端子１７を用意する。そして、端子１７に、接合層２１のうち既述の第３層となるろう材を塗布する。このろう材によって被覆された端子１７を第２層が成膜されている凹部１３ｅ内に挿入して熱処理を行う。これにより、端子１７と基体１３とが接合される。さらに、その上から既述の第４層となる金属層を蒸着法等によって成膜する。以上の説明から理解されるように、この例では、基体１３の表面をメタライズし、ろう材によって基体１３と端子１７とを接合している。接合層２１は、メタライズによって形成された層及びろう材等を含んでいる。

以上のとおり、本実施形態では、セラミック構造体（ヒータ１）は、基体１３、金属部材（端子１７）及び接合層２１を有している。基体１３は、セラミックからなる。接合層２１は、金属が主成分であり、基体１３と端子１７との間に位置する。基体１３は、第１面１３ｃ及び第２面１３ｆを有している。第１面１３ｃは、基体１３の外側へ面しており、端子１７と重なっている領域及び端子１７の周囲に位置している領域の少なくとも一方（本実施形態では双方）を含んでいる。第２面１３ｆは、第１面１３ｃに交差しており、第１面１３ｃから離れるほど基体１３の内部側へ位置している。接合層２１は、端子１７及び第１面１３ｃから第２面１３ｆに至っている。

別の観点では、端子付構造体（ヒータ１）は、基体１３、内部導体（抵抗発熱体１５）、端子１７及び接合層２１を有している。基体１３は、凹部１３ｅを有している絶縁性の部材である。抵抗発熱体１５は、基体１３内に位置している。端子１７は、凹部１３ｅに挿入されており、抵抗発熱体１５に電気的に接続されている。接合層２１は、基体１３と端子１７とを接合している。基体１３は、第１面１３ｃ及び第２面１３ｆを有している。第１面１３ｃは、凹部１３ｅの周囲に位置している。第２面１３ｆは、第１面１３ｃに交差しており、第１面１３ｃから離れるほど基体１３の内部側へ位置している。接合層２１は、端子１７及び第１面１３ｃから第２面１３ｆに至っている。

従って、例えば、接合層２１の基体１３の表面（第１面１３ｃ等）からの剥離が生じる蓋然性が低減される。その結果、端子１７と基体１３との接合強度が向上する。具体的には、例えば、以下のとおりである。

図６は、比較例に係る端子の接合構造を示す、図５と同様の断面図である。

この比較例において、基体１１３は、溝１３ｄが設けられていない点を除いては、基体１３と同様の部材である。従って、基体１１３は、第１面１３ｃ及び凹部１３ｅに相当する第１面１１３ｃ及び凹部１１３ｅを有しており、一方で、第２面１３ｆを有していない。そして、接合層２１の外縁は、第１面１１３ｃに位置している。

通常、セラミックからなる基体１１３（１３）の線膨張係数は、金属からなる接合層２１及び端子１７の線膨張係数よりも小さい。従って、例えば、ヒータ１において温度が低下する状況においては、接合層２１の収縮量が基体１１３の収縮量よりも大きい。そして、両者の熱膨張差によって生じる力は、矢印ｙ１で示すように、接合層２１を第１面１１３ｃから剥離させる力として作用する。また、このとき、剥離は、接合層２１の縁部から生じやすい。なお、ヒータ１において温度が上昇する状況においては、両者の熱膨張差によって生じる力は、矢印ｙ２で示すように、接合層２１を第１面１１３ｃへ押し付ける方向への力として作用する。

一方、本実施形態においては、温度が低下し、基体１３よりも接合層２１が収縮するとき、両者の熱膨張差によって生じる力は、図５の矢印ｙ１１（図６の矢印ｙ１に相当）で示すように、接合層２１を第２面１３ｆに押し付ける力として作用する。別の観点では、接合層２１は、第１面１３ｃに位置している領域と、第２面１３ｆに位置している領域とが収縮に伴って基体１３を締め付ける。その結果、接合層２１が基体１３の表面から剥離する蓋然性が低減される。

より詳細には、図示の例のように、接合層２１の縁部が第２面１３ｆに位置している場合においては、縁部の剥離の蓋然性が低減される。また、接合層２１の縁部が溝１３ｄの底面、溝１３ｄの第２面１３ｆに対向する壁面又は下面１３ｂの溝１３ｄよりも外側の領域に位置している場合においては、縁部が剥離したとしても、剥離が第２面１３ｆを超えて広がる蓋然性が低減される。接合層２１が溝１３ｄ内に充填されている場合においても、接合層２１が第２面１３ｆ等に成膜されている場合と同様の効果が得られる。

上記とは逆に、ヒータ１において温度が上昇する状況においては、両者の熱膨張差によって生じる力は、矢印ｙ１２（図６の矢印ｙ２に相当）で示すように、接合層２１を第２面１３ｆから剥離させる方向に作用する。しかし、この方向は、上下方向の成分に着目すると、接合層２１のうち第１面１３ｃ上に位置する領域を第１面１３ｃから剥離させる方向とは逆向きである。従って、剥離が第１面１３ｃ上にまで広がる蓋然性が低減される。

なお、上記の説明では、基体１３及び１１３の線膨張係数が接合層２１の線膨張係数よりも小さい場合について述べた。両者の大小関係が逆の場合においては、降温及び昇温と、熱膨張差に起因する力が作用する方向との対応関係は図示とは逆になる。そして、対応関係が図示とは逆の状態で、上記と同様の作用が生じる。すなわち、比較例においては、昇温時に矢印ｙ１で示すように剥離が生じる可能性がある。一方、本実施形態では、昇温時には矢印ｙ１１で示すように剥離が生じる蓋然性が低減され、降温時には剥離が第１面１３ｃまで広がる蓋然性が低減される。このように、第２面１３ｆを設けたことによる効果は、基体１３の線膨張係数が接合層２１の線膨張係数よりも小さいことは前提としていない。ただし、本実施形態の説明では、便宜上、基体１３の線膨張係数が接合層２１の線膨張係数よりも小さい場合を前提とすることがある。

本実施形態では、ヒータ１は、基体１３内に位置している内部導体（抵抗発熱体１５）を有している。基体１３に接合される金属部材は、抵抗発熱体１５に電気的に接続されている端子１７である。

この場合、例えば、接合層２１の基体１３からの剥離が生じる蓋然性が低減されることによって、端子１７の基体１３に対する位置ずれが生じる蓋然性が低減される。ひいては、端子１７と抵抗発熱体１５との電気的接続の信頼性が向上する。

また、本実施形態では、基体１３は、第１面１３ｃに囲まれている領域が凹んで構成されている凹部１３ｅを有している。端子１７は、凹部１３ｅに位置している。接合層２１は、第１面１３ｃから凹部１３ｅの内面にも至っている。

この場合、例えば、接合層２１は、基体１３のうち第２面１３ｆと凹部１３ｅの内周面との間の部分（第１面１３ｃを頂面とする突部と捉えてよい。）を第２面１３ｆに位置する部分と凹部１３ｅの内周面に位置している部分とで挟み込むことになる。そして、接合層２１が基体１３よりも収縮する状況においては、接合層２１が前記突部を締め付けることになる。その結果、接合層２１の剥離が抑制される効果が向上する。

また、本実施形態では、基体１３は、端子１７及び第１面１３ｃを囲むように延びている溝１３ｄを有している。第２面１３ｆは、溝１３ｄの第１面１３ｃ側の壁面によって構成されている。

この場合、例えば、溝１３ｄを形成するだけで、第２面１３ｆを形成することができる。また、例えば、溝１３ｄは、基体１３の表面付近において応力の伝搬を阻害し、応力を基体１３の内部側へ分散することに寄与する。その結果、例えば、剥離が生じる蓋然性を低下させる効果が向上する。また、溝１３ｄは、接合層２１となる材料が過剰に供給されたときに当該材料が外部へ広がって短絡を生じる蓋然性を低減することに寄与する。

また、本実施形態では、端子１７は、第１面１３ｃに対向しているフランジ１７ｂを有している。接合層２１は、第１面１３ｃとフランジ１７ｂとの間にも位置している。

この場合、例えば、接合層２１の収縮によって、接合層２１のうちの第１面１３ｃに位置する領域と第２面１３ｆに位置する領域とが基体１３を締め付ける力にフランジ１７ｂの収縮による力が加えられる。これにより、接合層２１の剥離を抑制する効果が向上する。

また、本実施形態では、第１面１３ｃと第２面１３ｆとがなす角部が面取りされている。

例えば、上記の角部が鋭いと、接合層２１が第１面１３ｃ上の領域と第２面１３ｆ上の領域とに分断されてしまう蓋然性が高くなる。接合層２１が分断されると、その分断された位置が新たな縁部となり、かつ第１面１３ｃに位置することになる。その結果、図５及び図６を参照して説明した効果が減じられてしまう。しかし、角部の面取りによって、そのような蓋然性を低減することができる。また、面取りによって、接合層２１のうち第１面１３ｃに位置する領域が収縮する力が接合層２１のうち第２面１３ｆに位置する領域に伝わりやすくなる。この伝わった力は、接合層２１を第２面１３ｆに押し付ける力として作用するから、剥離が生じる蓋然性を低減する効果が向上する。

また、本実施形態では、第１面１３ｃは、端子１７を囲んでいる領域を有している。接合層２１の、第１面１３ｃに重なっている部分は、端子１７の周囲における厚さが第２面１３ｆ側における厚さｔ２よりも厚くなっている（肉厚部２１ｂが形成されている。）。

例えば、図５に示した比較例においては、接合層２１が収縮するとき、この収縮によって生じる引張力は、接合層２１の縁部に剥離が生じることによって解放される。一方、本実施形態においては、接合層２１を第２面１３ｆに係合させて剥離を抑制している。その結果、引張力は解放されずに、例えば、接合層２１のうち第１面１３ｃ上の部分を第２面１３ｆ側に引っ張る力として作用する。肉厚部２１ｂは、例えば、この引張力に対する耐性を向上させることに寄与する。

（変形例）
図７（ａ）は、変形例に係る接合構造を示す断面図であり、図４に対応する図面において接合層２１も示したものである。

この変形例において、基体２１３は、実施形態の基体１３に相当するものであり、金属部材２１７は端子１７に相当するものである。基体２１３は、基体２１３の外部に面している第１面２１３ｃと、第１面２１３ｃに交差しており、第１面２１３ｃから離れるほど基体２１３の内部側に位置している第２面２１３ｆとを有している。金属部材２１７は、接合層２１によって第１面２１３ｃに接合されている。接合層２１は、第１面２１３ｃから第２面２１３ｆに至っている。このような構成においても、実施形態と同様の効果が奏される。例えば、接合層２１が基体２１３から剥離する蓋然性が低減される。

この変形例から理解されるように、第２面２１３ｆは、第１面２１３ｃを囲む溝１３ｄを形成することによって構成されるものに限定されない。この変形例では、基体２１３の下面２１３ｂに突部２１３ｈを形成している。そして、突部２１３ｈの頂面によって第１面２１３ｃを構成し、突部２１３ｈの側面によって第２面２１３ｆを構成している。

また、この変形例に示すように、凹部１３ｅは設けられなくてもよい。別の観点では、金属部材２１７は、第１面２１３ｃと接合されるだけであってもよい。また、この変形例に示すように、第１面２１３ｃは、金属部材２１７の周囲に位置する領域を有さず、金属部材２１７に重なる領域のみを有していてもよい。

この変形例において、金属部材２１７は、端子であってもよいし、端子でなくてもよい。端子の場合は、例えば、特に図示しないが、金属部材２１７は、突部２１３ｈを貫通するビア導体、又は下面２１３ｂ上の導体層（その一部は接合層２１によって構成されてよい。）に接続されてよい。端子でない例としては、例えば、基体２１３を単に支持するだけの脚を挙げることができる。また、特に図示しないが、金属部材２１７は、中空状とされ、第１面２１３ｃに開口する流路に対して通じる部材であってもよい。

なお、このような態様においても、第２面２１３ｆは、実施形態で説明したように、第１面２１３ｃ（及び／又は下面２１３ｂのうち突部２１３ｈの周囲の領域）に対して、直交していてもよいし、傾斜していてもよいし、平面状であってもよいし、少なくとも一部が曲面状であってもよい。また、接合層２１は、縁部が第２面２１３ｆに位置していてもよいし、突部２１３ｈよりも外側に位置していてもよい。第１面２１３ｃと第２面２１３ｆとの角部は面取りされていてよい。

図７（ｂ）は、他の変形例に係る接合構造を示す断面図であり、図４に対応する図面において接合層２１を示し、その一方で内部導体（抵抗発熱体１５）の図示を省略したものである。

この変形例は、端子３１７がフランジ１７ｂを有していない点のみが実施形態と相違する。この変形例から理解されるように、第１面１３ｃは、端子３１７（金属部材）と重なる領域を有さず、端子３１７の周囲に位置する領域のみを有していてもよい。特に図示しないが、このような変形例においても、端子３１７の外周面と、第１面１３ｃとが成す角部に肉厚部２１ｂが設けられてよい。

なお、以上の実施形態及び変形例において、ヒータ１はセラミック構造体及び端子付構造体の一例である。端子１７及び３１７は金属部材の一例である。金属部材２１７は端子の一例と捉えられてよい。抵抗発熱体１５は内部導体の一例である。

本開示に係るヒータは、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

実施形態では、セラミック構造体及び端子付構造体として、加熱機能を有するヒータプレートを例に取った。ただし、これらの構造体は、他の機能を有するものであってもよい。例えば、構造体は、静電チャック、又はプラズマ発生用電極部材であってもよいし、これら及びヒータの２つ以上の組み合わせとして機能するものであってもよい。さらに、構造体は、このようなウェハの加工用のもの（サセプタ等）に限定されず、あらゆる技術分野に適用可能である。

別の観点では、内部導体は、実施形態では加熱用の抵抗発熱体であったが、他の用途の導体であってよく、例えば、静電チャック用の電極、又はプラズマ発生用の電極であってもよい。セラミック構造体及び端子付構造体は、これらの電極及び抵抗発熱体の１つ、又は２以上の組み合わせを有していてもよい。内部導体は、例えば、全体として、基体（１３）の上面に沿って広がっている（上方に面している）といえる形状を有している導体とされてよい。また、例えば、平面視において内部導体全体を囲む最小の凸曲線を仮定したときに、当該凸曲線により囲まれた領域は、基体の上面の６割以上又は８割以上を占めてよい。

セラミック構造体において、金属部材は、端子に限定されないし、内部導体は設けられていなくてもよいし、基体は、金属部材が挿入される凹部を有していなくてよい。例えば、セラミック構造体は、天板としての基体と、脚としての金属部材とを有し、他の部材を支持することに供されるものであってもよい。

端子付構造体において、基体はセラミックに限定されないし、接合層は金属を主成分とするものに限定されない。例えば、基体は、単結晶、アモルファス状態の無機材料又は樹脂によって構成されていてもよい。また、例えば、接合層は樹脂によって構成されていてもよい。

第２面を構成する方法は、溝又は突部を形成する方法以外のものであってもよい。例えば、第１面の周囲において、溝と捉えることが困難な凹部を形成し、この凹部の内壁によって第２面を構成してもよい。このような凹部（別の観点では第２面）は、第１面回りの方向において、１つのみ設けられてもよいし、２以上設けられてもよい。また、１つの凹部の大きさ、又は２以上の凹部の合計の大きさは、第１面を囲んでいると捉えることができる大きさであってもよいし、そのように捉えることができない大きさであってもよい。

金属部材は、第１面から突出していなくてもよい。例えば、凹部１３ｅの深さよりも短い金属部材が凹部１３ｅに挿入されていてもよい。

１…ヒータ（セラミック構造体、端子付構造体）、１３…基体、１３ｃ…第１面、１３ｄ…溝、１３ｆ…第２面、１５…抵抗発熱体（内部導体）、１７…端子（金属部材）、２１…接合層。

Claims (8)

1. セラミックからなる基体と、
   金属部材と、
   金属が主成分であり、前記基体と前記金属部材との間に位置する接合層と、
   を有しており、
   前記基体は、
   前記基体の外側へ面しており、前記金属部材と重なっている領域及び前記金属部材の周囲に位置している領域の少なくとも一方を含んでいる第１面と、
   前記第１面に交差しており、前記第１面から離れるほど前記基体の内部側へ位置している第２面と、を有しており、
   前記接合層は、前記金属部材及び前記第１面から前記第２面に至っている
   セラミック構造体。
2. 前記基体内に位置している内部導体を更に有しており、
   前記金属部材は、前記内部導体に電気的に接続されている端子である
   請求項１に記載のセラミック構造体。
3. 前記基体は、前記第１面に囲まれている領域が凹んで構成されている凹部を有しており、
   前記金属部材は、前記凹部に位置しており、
   前記接合層は、前記第１面から前記凹部の内面にも至っている
   請求項１又は２に記載のセラミック構造体。
4. 前記基体は、前記金属部材及び前記第１面を囲むように延びている溝を有しており、
   前記第２面は、前記溝の前記第１面側の壁面によって構成されている
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミック構造体。
5. 前記金属部材は、前記第１面に対向しているフランジを有しており、
   前記接合層は、前記第１面と前記フランジとの間にも位置している
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のセラミック構造体。
6. 前記第１面と前記第２面とがなす角部が面取りされている
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のセラミック構造体。
7. 前記第１面は、前記金属部材を囲んでいる領域を有しており、
   前記接合層の、前記第１面に重なっている部分は、前記金属部材の周囲における厚さが前記第２面側における厚さよりも厚くなっている
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のセラミック構造体。
8. 凹部を有している絶縁性の基体と、
   前記基体内に位置している内部導体と、
   前記凹部に挿入されており、前記内部導体に電気的に接続されている端子と、
   前記基体と前記端子とを接合している接合層と、
   を有しており、
   前記基体は、
   前記凹部の周囲に位置している第１面と、
   前記第１面に交差しており、前記第１面から離れるほど前記基体の内部側へ位置している第２面と、を有しており、
   前記接合層は、前記端子及び前記第１面から前記第２面に至っている
   端子付構造体。

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