接合構造体及びその製造方法
【課題】接続部材が挿入されるセラミックス部材の凹部深さが浅くても、接続強度を維持できる接合構造体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】板状の内部電極２が埋設され、表面から内部電極２に向かう凹部４ａが設けられ、凹部４ａの底面４ｓの一部には内部電極２に至る端子孔４ｃが設けられ、４ｓが粗化処理された、アルミナを主成分とするセラミックス部材４と、下面が内部電極に接し、上面３ｓが凹部４ａの底面４ｓの水平レベルに露出するように端子孔４ｃに埋め込まれた導電性の端子３と、上面３ｓを含んで凹部４ａの底面４ｓに接するロウ接合層６と、下端面５ｅがロウ接合層に接するように下部が凹部４ａに挿入され、熱膨張係数が６．５〜９．５ｐｐｍ／Ｋの範囲の導電性の接続部材５と、を備える接合構造体１。
【解決手段】板状の内部電極２が埋設され、表面から内部電極２に向かう凹部４ａが設けられ、凹部４ａの底面４ｓの一部には内部電極２に至る端子孔４ｃが設けられ、４ｓが粗化処理された、アルミナを主成分とするセラミックス部材４と、下面が内部電極に接し、上面３ｓが凹部４ａの底面４ｓの水平レベルに露出するように端子孔４ｃに埋め込まれた導電性の端子３と、上面３ｓを含んで凹部４ａの底面４ｓに接するロウ接合層６と、下端面５ｅがロウ接合層に接するように下部が凹部４ａに挿入され、熱膨張係数が６．５〜９．５ｐｐｍ／Ｋの範囲の導電性の接続部材５と、を備える接合構造体１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は接合構造体及びその製造方法に関する。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端子に接続部材を接合する接合構造体、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体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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ェ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（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
上述の静電チェック等の半導体支持装置に埋設された電極には、接合構造体を介して外部から電流が供給される。例えば、接合構造体は、内部電極が埋設され、表面から内部電極に向かう凹部が設けられ、凹部の底面から内部電極に至る端子孔が設けられたセラミックス部材と、下面が内部電極に接し上面が凹部の底面に露出するように端子孔に埋め込まれた端子と、上面を含んで凹部の底面に接するロウ接合層と、ロウ接合層に接するように凹部に挿入される接続部材とを備える。セラミックス部材と接続部材の接合強度は、セラミックス部材の凹部側面と接続部材との接合部が接合強度を担っている。
【０００４】
ところが、半導体支持装置に対する熱応答性向上の要請より、セラミック部材が１０ｍｍから２ｍｍに肉薄化し、従来３ｍｍ以上確保されていた凹部の深さが０．５ｍｍ程度に浅くなる傾向がある。それに伴い、セラミックス部材の凹部側面と接続部材の接触面積が低下し、セラミックス部材と接続部材の接合強度の低下が懸念される。
【０００５】
そのため、接続部材が挿入されるセラミックス部材の凹部深さが浅くても、接続強度を維持できる接合構造体及びその製造方法が求められていた。
【特許文献１】特開２００６−１９６８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、接続部材が挿入されるセラミックス部材の凹部深さが浅くても、接続強度を維持できる接合構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の特徴は、板状の内部電極が埋設され、表面から内部電極に向かう凹部が設けられ、凹部の底面の一部には内部電極に至る端子孔が設けられ、底面が粗化処理された、アルミナを主成分とするセラミックス部材と、下面が内部電極に接し、上面が凹部の底面の水平レベルに露出するように端子孔に埋め込まれた導電性の端子と、上面を含んで凹部の底面に接するロウ接合層と、下端面がロウ接合層に接するように下部が凹部に挿入され、熱膨張係数が６．５〜９．５ｐｐｍ／Ｋの範囲の導電性の接続部材と、を備える接合構造体を要旨とする。
【０００８】
本発明の第２の特徴は、アルミナを主成分とする第１のセラミックス層の上面に板状の内部電極を形成する工程と、焼結体からなる端子を、下面が内部電極の上面の一部に接するように内部電極上に配置する工程と、端子と内部電極を覆うようにアルミナを主成分とする焼成材料を配置し、焼成して第２のセラミックス層を得て、内部電極及び端子が第１のセラミックス層と第２のセラミックス層の間に埋設されたセラミックス部材を作製する工程と、セラミックス部材の表面から内部電極に向かう凹部を設け、端子の上面を凹部の底面の一部に露出させる工程と、凹部の底面の表面粗さがＲａ＝０．７〜２．０μｍになるように粗化処理する工程と、底面と接合材層との間に、Ｎｉを含むメッキ層を更に配置する工程と、端子の上面を含んで凹部の底面にロウ接合層を設ける工程と、表面粗さがＲａ＝１〜３μｍとなるようにロウ接合層との接触面が粗化処理され、熱膨張係数が６．５〜９．５ｐｐｍ／Ｋの範囲である導電性の接続部材の下端面が、ロウ接合層に接するように接続部材の下部を凹部に挿入する工程とを有する接合構造体の製造方法を要旨とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、接続部材が挿入されるセラミックス部材の凹部深さが浅くても、接続強度を維持できる接合構造体及びその製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。また本明細書においては、上面、下面等の「上」、「下」の定義は単なる便宜上のものであり、現実の方向の選択の仕方によっては、「上」、「下」が逆になっても構わないし、斜め方向であっても構わない。
【００１１】
〔第１の実施形態〕
（半導体用サセプタ（接合構造体））
図１（ａ）は、第１の実施形態にかかる半導体用サセプタ１１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１１のセラミックス部材の表面に平行に切断して得られるＡ１-Ａ２からみた断面概略図を示し、図１（ｃ）は、第１の実施形態にかかる半導体用サセプタ１１のセラミックス部材４の表面に平行に切断して得られるＢ１-Ｂ２からみた断面概略図を示す。尚、第１の実施形態にかかる半導体用サセプタ１１の説明をすることで、接合構造体や接合構造体を有する半導体製造装置についても説明することとなる。
【００１２】
第１の実施形態にかかる半導体用サセプタ１１は、板状の内部電極２が埋設され、表面から内部電極２に向かう凹部４ａが設けられ、凹部４ａの底面４ｓの一部には内部電極２に至る端子孔４ｃが設けられ、４ｓが粗化処理された、アルミナを主成分とするセラミックス部材４と、下面が内部電極に接し、上面３ｓが凹部４ａの底面４ｓの水平レベルに露出するように端子孔４ｃに埋め込まれた導電性の端子３と、上面３ｓを含んで凹部４ａの底面４ｓに接するロウ接合層６と、下端面５ｅがロウ接合層に接するように下部が凹部４ａに挿入され、熱膨張係数が６．５〜９．５ｐｐｍ／Ｋの範囲の導電性の接続部材５と、を備える。
【００１３】
セラミックス部材４としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とする材料が好ましい。さらには高い電気抵抗率を有するためにはアルミナの純度を９９％以上とすることが好ましく、９９．５％以上とすることがより好ましい。この場合、好適にクーロン力を用いる静電チャックを得ることができる。一方、ジョンソンラーベック力を用いる静電チャックを得るために、チタン等の遷移金属元素をドープ材として添加したアルミナに本発明を用いても良い。
【００１４】
内部電極２は炭化タングステン（ＷＣ）とアルミナの混合物からなることが好ましい。内部電極２の周囲に配置される、アルミナからなるセラミックス部材４や端子３と接合性が良く、界面剥離等のクラック等が生じない上、不要な導電材料の拡散や反応を防げるからである。内部電極２は、炭化タングステン（ＷＣ）粉末とアルミナ粉末の混合ペーストを印刷して作製された印刷電極であることが好ましい。尚、内部電極２としては、炭化ニオブ（ＮｂＣ）とアルミナの混合物を内部電極２として用いることもできる。内部電極２としては、印刷電極の他にメッシュ電極等の形態にしても構わない。
【００１５】
端子３の材質は、内部電極２と同様の理由から、内部電極２と同材料とすることができる。その他にもＰｔやＮｂを用いることができる。端子３はタブレット形状とすることが好ましい。タブレット形状にすることで、製造が容易になるばかりでなく、内部電極２と接続部材５の双方と十分な電気的接触を維持しつつ、熱サイクル等による破損を抑制できるからである。
【００１６】
端子３の直径と端子孔４ｃの内径は、０．７ｍｍ〜３ｍｍが好ましい。０．７ｍｍ未満では接続部材５との接合面積が小さく十分な導電性を保つことが困難になるからである。また、３ｍｍよりも大きいと残留応力が大きくなりすぎるからである。
【００１７】
端子３の埋設方法（形態）としては、上記組成の材料粉末を焼結して得られたタブレット状の焼結体を内部電極２上に設置し、内部電極２及び端子３を覆うように、アルミナを主成分とする焼成材料として、アルミナ粉末もしくはアルミナのグリーンシートを載せ、その後、ホットプレス焼成することで埋設される。上記方法以外にも、上記組成の材料混合粉末をタブレット状に成形して設置した後にホットプレスしたり、あるいはペースト状の材料混合粉末を用いる方法が考えられる。接合構造体にクラックが入りずらく、原料材料が拡散しずらい観点からは予め製造しておいた焼結体を端子３に用いることが好ましい。
【００１８】
凹部４ａの内径は、接続部材５の外径よりも大きいことが好ましい。接続部材５を凹部４ａに挿入することができるようにするためである。また接続部材５を凹部４ａに挿入した際に接続部材５が熱膨張可能になるように接続部材５の外径との間にクリアランス４ｄを形成するためである。クリアランス４ｄは接続部材５の全周にわたってあっても良いし、接続部材５の一部が凹部４ａに接触していてもよい。クリアランス４ｄとしては、接続部材５の外径を４〜６ｍｍとしたときに、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が凹部４ａに挿入できず、作製上極めて困難な状況になる。一方、凹部４ａ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。もっとも、セラミックス部材４にあける凹部４ａが大きいほど、セラミックス部材４の強度が低下し、接続部材５挿入時のガイドの役割もあることから必要以上に大きな凹部４ａをあける必要はない。具体的には、凹部４ａの直径は３〜１５ｍｍ程度が好ましい。直径が３ｍｍより小さいと、接合面積が小さいため、接合後に接続部材５がセラミックス部材４から外れる場合がある。直径が１５ｍｍより大きいと、残留応力が大きくなるため、破壊が生じる場合がある。
【００１９】
凹部４ａの底面４ｓは、ロウ接合層６との接触面積を広げるために表面（粗面）処理されているので、アンカー効果により、凹部４ａの底面４ｓと、ロウ接合層６間の密着力が向上する。そのため、接続部材５と凹部４ａの底面４ｓとの接続強度が向上する。凹部４ａの底面４ｓは、表面粗さ（Ｒａ）＝０．７〜２．０μｍが好ましく、表面粗さ（Ｒａ）＝１．０〜１．５μｍがより好ましい。０．７μｍ未満ではアンカー効果が得られず、２．０μｍを超えるとロウ接合層６の溶融時の濡れ性が低下し、接続強度が低下するからである。「アンカー効果」とは、基材表面に形成さらた凸凹にロウ接合層６が入り込むことで生じる、基材表面の凸凹とロウ接合層６の絡み合いをいう。例えば、第１の実施形態では底面４ｓの表面に形成さらた凸凹とロウ接合層６の絡み合いをいう。凹部４ａの底面４ｓに粗化処理した際に、端子３の上面３ｓについても、同時に粗化処理される。
【００２０】
第１の実施形態によれば、粗化処理された底面４ｓを有する凹部４ａを含むセラミックス部材４を備えることにより、半導体支持装置等に用いられる接合構造体におけるロウ接合層６とアルミナからなるセラミックス部材４の密着力を向上できる。特に、底面４ｓの表面粗さをＲａ＝０．７〜２．０μｍの範囲となるように粗化処理することによって、ロウ接合層６に対する密着力が向上する。
【００２１】
粗化処理方法としては特に制限はないが、サンドブラスト法等が挙げられる。サンドブラストの条件としては、粒度＃６００の炭化ケイ素砥粒を用いて空気圧＝２ｋｇｆ／ｃｍ２で１分間程度行うことが好ましい。尚、粒度＃６００の炭化ケイ素砥粒の微粉の粒度分布は、電気抵抗試験方法によると、最大粒子径（ｄｖ−０値）が５３μｍ以下、累積高さ３％点の粒子径（ｄｖ−３値）が４３μｍ以下、累積高さ５０％点の粒子径（ｄｖ−５０値）が２０．０μｍ±１．５μｍ、累積高さ９５％点の粒子径（ｄｖ−９５値）が１３μｍ以上である。
【００２２】
ロウ接合層６は、図１（ａ）に示されるように、接続部材５の端部の下端面５ｅと端子３の上面３ｓ（露出面）間に充填される。ロウ接合層６の材質としては、インジウム及びその合金、アルミニウム及びその合金、金、金／ニッケル合金が用いられるが、特に残留応力低減の観点からインジウムおよびアルミニウム合金が望ましい。ロウ接合層６は凹部４ａに露出した端子３の全面ならびに周囲の凹部４ａの底面４ｓ、そして壁面の底面に近い一部をカバーするように充填されることが好ましい。ロウ接合層６は凹部４ａのクリアランス４ｄにはなるべく充填されない方が良い。充填されるとセラミックス部材４と接続部材５との熱膨張差がある場合、セラミックス部材４にクラックが生じることがあるからである。ロウ接合層６の厚は、ロウ接合層６の直径を４ｍｍ以上６ｍｍ以下としたときに、ロウ接合層６の層厚が０．０５ｍｍを超え０．３ｍｍ未満であることが好ましい。
【００２３】
接続部材５の内部には螺旋状の溝５ａが切られており、発明を理解しやすくするため図示を省略してあるが、溝５ａに半導体用サセプタ１１に電力を供給する螺旋状の溝を備える電極の端がねじ込まれている。
【００２４】
接続部材５としては、セラミックス部材４の主成分をアルミナとした場合、アルミナの熱膨張係数に近い材料を用いることが好ましい。残留応力を低減することができるからである。具来的には、接続部材５は、熱膨張係数が６．５〜９．５ｐｐｍ／Ｋの範囲である導電性物質により形成されることが好ましい。接続部材５と、セラミックス部材４との熱膨張係数の差に起因する残留応力を低減できるからである。また、静電チャック、ヒーター付静電チャック、ＲＦサセプター等の半導体支持装置等において、セラミックス部材４、接続部材５及びセラミックス部材４−接続部材５接合部分等の破損を抑制できるからである。
【００２５】
また接続部材５は、熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以下の金属により形成されることが好ましい。熱伝導率の下限値に特に制限はないが、２０Ｗ／ｍＫ程度である。接続部材５の材質を熱伝導率５０Ｗ／ｍＫ以下の金属にすることで、接続部材５とロウ接合層６との接合部の均熱性が改善されるからである。具体的には、接続部材５は、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、白金（Ｐｔ）、及びこれらの合金からなる群より選ばれる金属により形成されることが好ましい。なかでもチタンが好ましい。尚、アルミナの熱膨張係数が８．０ｐｐｍ／Ｋであるのに対して、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｐｔの熱膨張係数は、それぞれＴｉ：８．９、Ｎｂ：７．２、Ｐｔ：９．０［ｐｐｍ／Ｋ］である。
【００２６】
接続部材５は、接続部材５の下端面５ｅを含む、接続部材５のロウ接合層６との接触面の表面粗さをＲａ＝１〜３μｍの範囲となるように粗化処理することが好ましい。ロウ接合層６との密着力がより向上するからである。
【００２７】
粗化処理の方法としては上述のサンドブラスト法が挙げられるが、その他にも、接続部材５に応力抑制材料を用いて、接続部材５とセラミックス部材４の表面にそれぞれ粗化処理を施すことにより、接続部材５とセラミックス部材４との接合強度を更に向上できる。
【００２８】
以上、第１の実施形態について説明したが、第１の実施形態の中でも特に好ましい態様としては、接続部材がチタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、白金（Ｐｔ）、及びこれらの合金からなる群より選ばれる金属を含み、凹部４ａの底面４ｓが表面粗さＲａ＝０．７〜２．０μｍとなるように粗化処理されており、接続部材５の下端面５ｅが表面粗さＲａ＝１〜３μｍとなるように粗化処理されているものが好ましく、さらにロウ接合層がインジウム（Ｉｎ）もしくはアルミニウム（Ａｌ）合金としたものがより好ましい。
【００２９】
（第１の実施形態の変形例）
第１の実施形態においては、メッキ層を設けていないが、凹部４ａの底面４ｓ及び端子３と、ロウ接合層６との間に、Ｎｉを含むメッキ層を更に配置しても構わない。上記の凹部４ａの底面４ｓ及び端子３の上面を粗化処理することに加えて、さらにメッキ層を設けることで、接続部材５と凹部４ａの底面４ｓ及び端子３との接続強度がさらに向上するからである。メッキ層としては、セラミックス部材４、端子３、接続部材５と同程度の熱膨張係数を有することが好ましい。加熱時の応力緩和を図るためである。具体的には、メッキ層はニッケル（Ｎｉ）を主成分とすることが好ましい。尚、メッキ層の副成分としては金やチタンを含ませることができる。
【００３０】
凹部４ａの底面４ｓの角部は、表面粗さをＲａ＝０．１〜０．５μｍ程度となるように粗化処理してもよい。応力緩和を図ることができるからである。この場合、表面粗さをＲａ＝０．１より小さくすると応力が集中しやすくなり、表面粗さをＲａ＝０．５より大きくすると、金属端子が角部に乗り上げる場合がある。
【００３１】
（半導体用サセプタ（接合構造体）の製造方法）
（イ）図２に示すようなアルミナを主成分とする第１のセラミックス層４１を用意する。そして、電極形成面となる第１のセラミックス層４１の表面を平面になるように研削する。
【００３２】
（ロ）図３に示すように、アルミナを主成分とする第１のセラミックス層４１の上面に板状の内部電極２を形成する。この場合、電極材料ペーストを第１のセラミックス層４１の表面に印刷し乾燥して印刷電極を形成することが好ましい。
【００３３】
（ハ）内部電極２と同材料の電極材料ペーストを用いて、タブレット状の仮焼結体を製造する。その後、窒素中１８００℃程度で２時間程度焼成して密度９５％以上の焼結体からなる端子３を製造する。さらに、端子３を所定寸法の円盤形状（タブレット形状）に加工することが好ましい。
【００３４】
（ニ）図４に示すように、焼結体からなる端子３を、下面が内部電極２の上面の一部に接するように内部電極２上に配置する。その後、端子３が配置された第１のセラミックス層４１を金型内に設置する。そして、端子３と内部電極２を覆うようにアルミナを主成分とする焼成材料を配置する。金型プレスを用いて、内部電極２及び端子３を埋設した成形体を作製する。成形体を窒素中１８５０℃でホットプレス焼成して、図５に示すように、第２のセラミックス層４２を得て、内部電極２及び端子３が第１のセラミックス層４１と第２のセラミックス層４２の間に埋設されたセラミックス部材４を作製する。この時点で端子３と内部電極２及び周囲のアルミナからなるセラミックス部材４は強固に焼結接合される。
【００３５】
（ホ）図６に示すように、セラミックス部材４の表面から内部電極２に向かう凹部４ａを設け、端子３の上面３ｓを凹部４ａの底面４ｓに露出させる。この際、機械加工により凹部４ａを設けることが好ましい。凹部４ａの底面４ｓに端子３の上面３ｓが露出し、かつ凹部４ａの底面４ｓと端子３の上面３ｓが同一の高さとなるように端子３の一部を研削加工してもよい。
【００３６】
（ヘ）凹部４ａの底面４ｓの表面積を広げるために底面４ｓをサンドブラスト法を用いて粗化処理する。その後、適宜、凹部４ａの底面４ｓと端子３の上面３ｓにメッキ層を設ける。
【００３７】
（ト）図７に示すように、端子３の上面３ａを含んで凹部４ａの底面４ｓにロウ接合層６（ロウ材）を設ける。
【００３８】
（チ）図８に示すように、熱膨張係数が６．５〜９．５ｐｐｍ／Ｋの範囲である導電性物質により形成された接続部材５の下端面５ｅが、ロウ接合層６に接するように接続部材５の下部を凹部４ａに挿入する。接続部材５を凹部４ａに挿入する前に、表面粗さがＲａ＝１〜２μｍとなるように、接続部材５の下端面５ｅを含む、接続部材５のロウ接合層６との接触面をサンドブラスト法により粗化処理しておいてもよい。その後、真空もしくは不活性雰囲気下でロウ接合層６を加熱して溶融させる。加熱温度はインジウムロウの場合は２００℃程度、アルミニウム（Ａｌ）合金ロウの場合は６７０℃程度、金ロウの場合は１１００℃程度まで加熱することが好ましい。ロウ接合層６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うことが好ましい。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１（ａ）（ｂ）に示す半導体用サセプタ１１が製造される。
【００３９】
〔第２の実施形態〕
（半導体用サセプタ（接合構造体））
第１の実施形態にかかる半導体用サセプタ１１との相違点について中心に説明する。
【００４０】
図９（ａ）に示す第２の実施形態にかかる半導体用サセプタ２１は、セラミックス部材４の表面に平行なセラミックス部材４の断面において、図９（ｂ）に示すように半円形状のロウ溜空間４ｂがセラミックス部材４の凹部４ａの側壁の一部に設けられ、ロウ接合層６ｂが、ロウ溜空間４ｂの一部を充填している。半導体用サセプタ２１は、接続部材５が、ロウ溜空間４ｂの一部を埋めるように、接続部材５の外周表面の一部に、ロウ溜空間４ｂと嵌合する半円形状のカギ部５ｂをさらに備える。
【００４１】
第２の実施形態にかかる半導体用サセプタ２１は、クリアランス４ｄの一部にロウ溜空間４ｂを備えるため、かかる空間に充填されたロウ接合層６が鍵の役割をするため（以下「キー効果」という）、ロウ溜空間４ｂがない第１の実施形態に比べて接続部材５の軸を中心に回す力に対するねじり破断強度がはるかに高い。
【００４２】
第２の実施形態によれば、クリアランス４ｄの一部のみがロウ接合層６により満たされるため、接続部材５とセラミックス部材４は凹部４ａ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４の間の大部分にクリアランス４ｄが形成される。よって、クリアランス４ｄの全部をロウ接合層６で満たした場合に起きるセラミックス部材４の破壊は第２の実施形態では生じない。第２の実施形態は、図１に示すような、凹部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。
【００４３】
第１の実施形態のように、凹部４ａと同形状の断面形状の接続部材５を入れた場合、凹部４ａと接続部材５の間にクリアランス４ｄが発生する。接続部材５が凹部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４ｄ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半円形状のロウ溜空間４ｂにクリアランス４ｄがないようにロウ接合層６ｂ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。
【００４４】
ロウ接合層６は、セラミックス部材４の凹部４ａの底面４ｓから２ｍｍ程度まで、接続部材５の側面に這い上がらせるように形成することが好ましい。これにより、接続部材５−ロウ接合層６間の接合面積が増えるため、接合強度を向上できる。具体的には、凹部４ａの壁面をメタライズ処理等により表面処理することにより、図９（ａ）に示すように、ロウ接合層６ｂを凹部４ａの壁面に這い上がらせることが好ましい。ロウ接合層６と接続部材５や凹部４ａとの接触面積が増加し、接合強度が向上する点で有利だからである。この場合、凹部４ａの側面の一部にメタライズ処理を行うことに加えて、ロウ接合層６を這い上がらせたくない接続部材５の所定の部分に表面酸化処理を行うことが好ましい。表面酸化処理によって、ロウ接合層６が這い上がらなくなるので、クリアランス４ｄ全体がロウ接合層６で満たされるのを防ぐことができるからである。表面酸化処理に限らず、濡れ性の悪い物質をはい上がらせたくない部分に塗布することでもよい。セラミックス部材４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、ロウ接合層６ｂをロウ溜空間４ｂにのみ這い上がらせることが出来る。
【００４５】
ロウ溜空間４ｂは一箇所でも良いが、複数のロウ溜空間４ｂ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４ｂ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、必要なロウ接合材量が多くなり、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４ｂは、凹部４ａ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、凹部４ａ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。
【００４６】
（半導体用サセプタの製造方法）
第２の実施形態にかかる半導体用サセプタ２１の製造方法について、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００４７】
（イ）第１の実施形態の図２〜図６と同様に、セラミックス部材４を加工する。
【００４８】
（ロ）図１０（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４の凹部４ａの外周の一部にロウ溜空間４ｂを形成する。その際、凹部４ａと同時にロウ溜空間４ｂを形成してもよい。
【００４９】
（ハ）その後、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、ロウ溜空間４ｂを除いてシール部材１０をセラミックス部材４上に配置し、そしてメタライズ処理を行う。メタライズ処理を行うことで、ロウ接合層６が溶融したときにロウ溜空間４ｂに這い上がり易くするためである。ロウ接合層６を這い上がらせたくない接続部材５の所定の部分に表面酸化処理を適宜行う。
【００５０】
（ニ）図１２に示すように、端子３上の第１空間４ｅにロウ接合層６を配置する。そしてロウ接合層６を介して接続部材５をセラミックス部材４の凹部４ａ内に配置する。セラミックス部材４と熱膨張係数が類似の高融点金属からなる接続部材５を、ロウ接合層６に接するように凹部４ａに挿入する。その後、ロウ接合層６を加熱して溶融させる。加熱温度はロウ接合層６の融点より２０℃程度高くまで加熱することが好ましい。ロウ接合層６の溶融を確認してから５分程度その温度に放置する。
【００５１】
（ホ）そしてロウ接合層６が接続部材５の側面やロウ溜空間４ｂの側面を這い上がることでロウ接合層６の界面が序所に上昇してロウ溜空間４ｂが充填される。その後、加熱を止め自然冷却を行う。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９（ａ）（ｂ）に示す半導体用サセプタ２１が製造される。
【００５２】
第２の実施形態によれば、外部螺旋の螺合及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。
【００５３】
〔実施形態の変形例〕
上記のように、本発明は第１、第２の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。例えば、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。
【００５４】
変形例１：図１３（ａ）（ｂ）に示すように、接続部材５が、接続部材５の外周表面の一部に内側に切り込まれた切り欠き部５ｆを備え、セラミックス部材４に取付けた際にロウ接合層６が第１空間４ｅに連続して切り欠き部５ｆの一部を充填するように構成された半導体用サセプタ３１としてもよい。
【００５５】
さらに、実施形態にかかるサセプタを用いた半導体製造装置が提供される。
【００５６】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【実施例】
【００５７】
〔接合構造体の製造例〕
第１の実施形態にかかる接合構造体の製造方法に準じて、表１、表２、表３に示す条件下、以下の工程により、図１（ａ）（ｂ）に示すような実施例１〜４２、比較例１〜６８にかかる接合構造体を製造した。
【００５８】
（イ）図２に示すような、９９．９質量％アルミナ粉から調製された第１のセラミックス層４１を用意した。
【００５９】
（ロ）図３に示すように、第１のセラミックス層４１の上面に炭化タングステン（ＷＣ）とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の混合物からなる電極材料ペーストを印刷し、乾燥して、印刷電極、即ち板状の内部電極２を形成した。
【００６０】
（ハ）炭化タングステン（ＷＣ）粉末とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末を混合し、成形後、不活性雰囲気中で１７００℃で焼成し、焼結体を得た。これから直径２ｍｍ、厚み１ｍｍのタブレット形状の端子３を加工して切り出した。
【００６１】
（ニ）図４に示すように、端子３を、下面が内部電極２の上面の一部に接するように内部電極２上に配置した。その後、端子３が配置された第１のセラミックス層４１を金型内に設置した。そして、端子３と内部電極２を覆うようにアルミナを主成分とする原料粉末を配置した。金型プレスを用いて、内部電極２及び端子３をアルミナ原料粉末に埋設した成形体を作製した。成形体を窒素中１７０℃でホットプレス焼成して、図５に示すようなセラミックス部材４を得た。
【００６２】
（ホ）図６に示すように、機械加工により端子３に到達する直径７ｍｍ、深さ４ｍｍの凹部４ａを穿孔した。凹部４ａの底面４ｓに直径２ｍｍの端子３が露出し、且つ底面４ｓと端子３の上面３ｓが同一の高さとなるように端子３の一部も凹部４ａと同時に研削加工した。
【００６３】
（ヘ）凹部４ａの底面４ｓと、接続部材５の下端面５ｅを表１，表２に示す表面粗さ（Ｒａ）となるように、粒度＃６００の炭化ケイ素砥粒を用いて空気圧＝２ｋｇｆ／ｃｍ２の条件でサンドブラスト法により粗化処理した。表面粗さはサンドブラスト時間を変えることで調整した。例えば、凹部４ａの底面４ｓの表面粗さ（Ｒａ）はサンドブラストなしで０．３μｍであり、サンドブラスト時間を３０秒にするとＲａは０．７μｍとなり、サンドブラスト時間を５分にするとＲａは２．５μｍとなった。
【００６４】
（ト）次に、凹部４ａに無電解メッキ法にてメッキ温度７０℃で１０分間、Ｎｉメッキを施した。洗浄、乾燥後、図７に示すように、端子３の上面３ａを含んで凹部４ａの底面４ｓにロウ接合層６（ロウ材）を設けた。
【００６５】
続いて、ロウ接合層６がインジウム（Ｉｎ）の場合は（チ）工程を行い、ロウ接合層６がアルミニウム（Ａｌ）合金の場合は（リ）工程を行った。
【００６６】
（チ）ロウ接合層６がインジウム（Ｉｎ）の場合、表１、表２に示す材質の接続部材５とセラミックス部材４を１８０℃に加熱した。また、超音波はんだごてを用いてロウ接合層６を溶融し、凹部４ａの底面４ｓと端子３の上面３ｓ上のＮｉメッキ層をロウ接合層６で濡らした。その後、図８に示すように、接続部材５の下端面５ｅが、ロウ接合層６に接するように接続部材５の下部を凹部４ａに挿入した。そして、２００ｇの錘で接続部材に荷重を加えながら、室温まで冷却した。
【００６７】
（リ）一方、ロウ接合層６がアルミニウム（Ａｌ）合金の場合、図８に示すように、表１、表３に示す材質の接続部材５を、接続部材５の下端面５ｅがロウ接合層６に接するように凹部４ａに挿入した。そして、２００ｇの錘で荷重を加えながら、真空炉にて６１０℃、１×１０−５Ｔｏｒｒの真空雰囲気でロウ接合を行った。そして、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、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、接合構造体を得た。
【００６８】
なお、表１、２における接続部材の内、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｐｔ、Ｍｏは純度９５％以上であり、Ｔｉ−Ｎｉ合金はＴｉ：Ｎｉ＝５０：５０（ａｔ％）である。
【００６９】
以上のようにして、図１４に示すような、セラミックス部材４の寸法が２０ｍｍ×２０ｍｍ、セラミックス部材４の厚みＤが５ｍｍ、凹部４ａの直径Ａが７ｍｍ、凹部４ａの深さＥが４ｍｍ、端子３の直径Ｃが３ｍｍ、端子３の厚みが０．５ｍｍの接合構造体１（試験片）を複数用意した。各接合構造体は、表１〜表３に示すような、端子材質及びロウ接合層からなり、アルミナ表面粗さＲａ及び端子表面粗さＲａを備える。
【００７０】
（接合強度測定）
図１４の固定具８に接合構造体１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、表２、表３に示す。
【表１】
【表２】
【表３】
【００７１】
表１により、凹部４ａの底面４ｓの表面粗さＲａが、０．７μｍ〜２．０μｍにおいて、良好な接合強度が得られることが分かった。特に底面４ｓの表面粗さＲａが上限の２．０μｍに近づくほど良好な接続強度が得られることが分かった。また表１において、凹部４ａの底面４ｓの表面粗さＲａが同じ条件であれば、ロウ接合層６としてインジウム（Ｉｎ）よりも金（Ａｌ）を用いた場合のほうが、良好な接続強度が得られることが分かった。
【００７２】
表１、２に示すように、ロウ接合層がインジウム（Ｉｎ）の場合において、接続部材材質がチタン（Ｔｉ）である実施例１〜１０と比較例１〜８とを比較した結果、凹部４ａの底面４ｓの表面粗さＲａが０．７μｍ〜２．０μｍ、接続部材５の表面粗さＲａが１．０μｍ〜３．０μｍにおいてそれぞれ良好な接合強度が得られた。このことから凹部４ａの底面４ｓと接続部材５の表面粗さＲａの臨界的意義が明確になった。また表１，２より、接続部材材質をニオブ（Ｎｂ）とする実施例１１〜１４、比較例９〜１６と、接続部材材質を白金（Ｐｔ）とする実施例１５〜１８、比較例１７〜２４と、接続部材材質をチタン−ニッケル（Ｔｉ−Ｎｉ）合金とする実施例１９〜２２、比較例２５〜３２とからも同様にしてロウ接合層がインジウム（Ｉｎ）の場合における凹部４ａの底面４ｓと接続部材５の表面粗さＲａの臨界的意義が明確になった。
【００７３】
さらに表２より、ロウ接合層がインジウム（Ｉｎ）の場合において、接続部材材質をモリブデン（Ｍｏ）、ステンレス（ＳＵＳ３０４）とし、凹部４ａの底面４ｓ及び接続部材５の表面粗さＲａが本発明で規定する範囲内とした比較例３３，３４はいずれも接合強度が劣ることが分かった。このことら、接続部材材質としては、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、白金（Ｐｔ）、チタン−ニッケル（Ｔｉ−Ｎｉ）合金とすることが好ましいことが分かった。
【００７４】
表１、３に示すように、ロウ接合層がアルミニウム（Ａｌ）合金の場合において、接続部材材質がチタン（Ｔｉ）とする実施例２３〜３０と比較例３５〜４２とを比較した結果、凹部４ａの底面４ｓの表面粗さＲａが０．７μｍ〜２．０μｍ、接続部材５の表面粗さＲａが１．０μｍ〜３．０μｍにおいてそれぞれ良好な接合強度が得られた。このことから凹部４ａの底面４ｓと接続部材５の表面粗さＲａの臨界的意義が明確になった。また表１，３より、接続部材材質をニオブ（Ｎｂ）とする実施例３１〜３４、比較例４３〜５０と、接続部材材質を白金（Ｐｔ）とする実施例３５〜３８、比較例５１〜５８と、接続部材材質をチタン−ニッケル（Ｔｉ−Ｎｉ）合金とする実施例３９〜４２、比較例５９〜６６とからも同様にしてロウ接合層がアルミニウム（Ａｌ）合金の場合における凹部４ａの底面４ｓと接続部材５の表面粗さＲａの臨界的意義が明確になった。
【００７５】
さらに表３より、ロウ接合層がアルミニウム（Ａｌ）合金の場合において、接続部材材質をモリブデン（Ｍｏ）、ステンレス（ＳＵＳ３０４）とし、凹部４ａの底面４ｓ及び接続部材５の表面粗さＲａが本発明で規定する範囲内とした比較例６７，６８はいずれも接合強度が劣ることが分かった。このことら、接続部材材質としては、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、白金（Ｐｔ）、チタン−ニッケル（Ｔｉ−Ｎｉ）合金とすることが好ましいことが分かった。
【００７６】
（均熱性試験）
接合構造体の製造例と同様にして、表４に示すような、接続部材材質、ロウ接合層からなる接合構造体を得た。そして、アルミニウム製の冷却水路５１ａを供える冷却板５１を熱伝導性樹脂シート５３を介して接合構造体に接着し、接続部材５と冷却板５１の間に接続部材５を取り囲むように絶縁管５２を取り付けて、図１５に示すような静電チャック６１を得た。その後、内部電極２に通電しセラミックス部材４を加熱して、平均温度８０℃に設定した際の均熱性をサーモグラフィーで評価した。結果を図１６に示す。図１６は、サーモグラフィーから端子３周辺の基板載置面側の表面を測定した結果から温度分布を等高線にてトレースした結果を示す。図１６（ａ）は実施例を示し、図１６（ｂ）は比較例を示す。その結果、端子３の周辺と、セラミックス部材４の表面の平均温度の差を比較すると、実施例が−２．２℃、比較例が−３．５℃となり、均熱性が向上することがわかった。
【表４】
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【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、（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表面に平行に切断して得られるＡ１-Ａ２からみた断面概略図を示し、（ｃ）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表面に平行に切断して得られるＢ１-Ｂ２からみた断面概略図を示す。
【図２】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（その１）を示す。
【図３】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（その２）を示す。
【図４】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（その３）を示す。
【図５】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（その４）を示す。
【図６】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（その５）を示す。
【図７】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（その６）を示す。
【図８】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（その７）を示す。
【図９】（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、（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表面に平行に切断して得られる断面概略図を示す。
【図１０】（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（その１）を示す。
【図１１】（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（その２）を示す。
【図１２】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（その３）を示す。
【図１３】（ａ）は、第２の実施形態の変形例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、（ｂ）は、第２の実施形態の変形例１にかかる半導体用サセプタのセラミックス部材の表面に平行に切断して得られる断面概略図を示す。
【図１４】半導体用サセプタの接合構造体の接合強度測定の概念図を示す。
【図１５】均熱性試験に用いた静電チャックの概略図を示す。
【図１６】（ａ）（ｂ）は、サーモグラフィーから端子３周辺の基板載置面側の表面を測定した結果から温度分布を等高線にてトレースした結果を示す（（ａ）は実施例、（ｂ）は比較例）。
【符号の説明】
【００７８】
１１，２１，３１，５１：半導体用サセプタ（接合構造体）
２：内部電極（印刷電極）
３：端子
４：セラミックス部材
４ａ：凹部
４ｂ：ロウ溜空間
４ｄ：クリアランス
４ｃ：端子孔
５：接続部材
５ａ：溝
５ｂ：カギ部
５ｆ：切り欠き部
６：ロウ接合層
【技術分野】
【０００１】
本発明は接合構造体及びその製造方法に関する。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端子に接続部材を接合する接合構造体、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体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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ェ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（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
上述の静電チェック等の半導体支持装置に埋設された電極には、接合構造体を介して外部から電流が供給される。例えば、接合構造体は、内部電極が埋設され、表面から内部電極に向かう凹部が設けられ、凹部の底面から内部電極に至る端子孔が設けられたセラミックス部材と、下面が内部電極に接し上面が凹部の底面に露出するように端子孔に埋め込まれた端子と、上面を含んで凹部の底面に接するロウ接合層と、ロウ接合層に接するように凹部に挿入される接続部材とを備える。セラミックス部材と接続部材の接合強度は、セラミックス部材の凹部側面と接続部材との接合部が接合強度を担っている。
【０００４】
ところが、半導体支持装置に対する熱応答性向上の要請より、セラミック部材が１０ｍｍから２ｍｍに肉薄化し、従来３ｍｍ以上確保されていた凹部の深さが０．５ｍｍ程度に浅くなる傾向がある。それに伴い、セラミックス部材の凹部側面と接続部材の接触面積が低下し、セラミックス部材と接続部材の接合強度の低下が懸念される。
【０００５】
そのため、接続部材が挿入されるセラミックス部材の凹部深さが浅くても、接続強度を維持できる接合構造体及びその製造方法が求められていた。
【特許文献１】特開２００６−１９６８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、接続部材が挿入されるセラミックス部材の凹部深さが浅くても、接続強度を維持できる接合構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の特徴は、板状の内部電極が埋設され、表面から内部電極に向かう凹部が設けられ、凹部の底面の一部には内部電極に至る端子孔が設けられ、底面が粗化処理された、アルミナを主成分とするセラミックス部材と、下面が内部電極に接し、上面が凹部の底面の水平レベルに露出するように端子孔に埋め込まれた導電性の端子と、上面を含んで凹部の底面に接するロウ接合層と、下端面がロウ接合層に接するように下部が凹部に挿入され、熱膨張係数が６．５〜９．５ｐｐｍ／Ｋの範囲の導電性の接続部材と、を備える接合構造体を要旨とする。
【０００８】
本発明の第２の特徴は、アルミナを主成分とする第１のセラミックス層の上面に板状の内部電極を形成する工程と、焼結体からなる端子を、下面が内部電極の上面の一部に接するように内部電極上に配置する工程と、端子と内部電極を覆うようにアルミナを主成分とする焼成材料を配置し、焼成して第２のセラミックス層を得て、内部電極及び端子が第１のセラミックス層と第２のセラミックス層の間に埋設されたセラミックス部材を作製する工程と、セラミックス部材の表面から内部電極に向かう凹部を設け、端子の上面を凹部の底面の一部に露出させる工程と、凹部の底面の表面粗さがＲａ＝０．７〜２．０μｍになるように粗化処理する工程と、底面と接合材層との間に、Ｎｉを含むメッキ層を更に配置する工程と、端子の上面を含んで凹部の底面にロウ接合層を設ける工程と、表面粗さがＲａ＝１〜３μｍとなるようにロウ接合層との接触面が粗化処理され、熱膨張係数が６．５〜９．５ｐｐｍ／Ｋの範囲である導電性の接続部材の下端面が、ロウ接合層に接するように接続部材の下部を凹部に挿入する工程とを有する接合構造体の製造方法を要旨とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、接続部材が挿入されるセラミックス部材の凹部深さが浅くても、接続強度を維持できる接合構造体及びその製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。また本明細書においては、上面、下面等の「上」、「下」の定義は単なる便宜上のものであり、現実の方向の選択の仕方によっては、「上」、「下」が逆になっても構わないし、斜め方向であっても構わない。
【００１１】
〔第１の実施形態〕
（半導体用サセプタ（接合構造体））
図１（ａ）は、第１の実施形態にかかる半導体用サセプタ１１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１１のセラミックス部材の表面に平行に切断して得られるＡ１-Ａ２からみた断面概略図を示し、図１（ｃ）は、第１の実施形態にかかる半導体用サセプタ１１のセラミックス部材４の表面に平行に切断して得られるＢ１-Ｂ２からみた断面概略図を示す。尚、第１の実施形態にかかる半導体用サセプタ１１の説明をすることで、接合構造体や接合構造体を有する半導体製造装置についても説明することとなる。
【００１２】
第１の実施形態にかかる半導体用サセプタ１１は、板状の内部電極２が埋設され、表面から内部電極２に向かう凹部４ａが設けられ、凹部４ａの底面４ｓの一部には内部電極２に至る端子孔４ｃが設けられ、４ｓが粗化処理された、アルミナを主成分とするセラミックス部材４と、下面が内部電極に接し、上面３ｓが凹部４ａの底面４ｓの水平レベルに露出するように端子孔４ｃに埋め込まれた導電性の端子３と、上面３ｓを含んで凹部４ａの底面４ｓに接するロウ接合層６と、下端面５ｅがロウ接合層に接するように下部が凹部４ａに挿入され、熱膨張係数が６．５〜９．５ｐｐｍ／Ｋの範囲の導電性の接続部材５と、を備える。
【００１３】
セラミックス部材４としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とする材料が好ましい。さらには高い電気抵抗率を有するためにはアルミナの純度を９９％以上とすることが好ましく、９９．５％以上とすることがより好ましい。この場合、好適にクーロン力を用いる静電チャックを得ることができる。一方、ジョンソンラーベック力を用いる静電チャックを得るために、チタン等の遷移金属元素をドープ材として添加したアルミナに本発明を用いても良い。
【００１４】
内部電極２は炭化タングステン（ＷＣ）とアルミナの混合物からなることが好ましい。内部電極２の周囲に配置される、アルミナからなるセラミックス部材４や端子３と接合性が良く、界面剥離等のクラック等が生じない上、不要な導電材料の拡散や反応を防げるからである。内部電極２は、炭化タングステン（ＷＣ）粉末とアルミナ粉末の混合ペーストを印刷して作製された印刷電極であることが好ましい。尚、内部電極２としては、炭化ニオブ（ＮｂＣ）とアルミナの混合物を内部電極２として用いることもできる。内部電極２としては、印刷電極の他にメッシュ電極等の形態にしても構わない。
【００１５】
端子３の材質は、内部電極２と同様の理由から、内部電極２と同材料とすることができる。その他にもＰｔやＮｂを用いることができる。端子３はタブレット形状とすることが好ましい。タブレット形状にすることで、製造が容易になるばかりでなく、内部電極２と接続部材５の双方と十分な電気的接触を維持しつつ、熱サイクル等による破損を抑制できるからである。
【００１６】
端子３の直径と端子孔４ｃの内径は、０．７ｍｍ〜３ｍｍが好ましい。０．７ｍｍ未満では接続部材５との接合面積が小さく十分な導電性を保つことが困難になるからである。また、３ｍｍよりも大きいと残留応力が大きくなりすぎるからである。
【００１７】
端子３の埋設方法（形態）としては、上記組成の材料粉末を焼結して得られたタブレット状の焼結体を内部電極２上に設置し、内部電極２及び端子３を覆うように、アルミナを主成分とする焼成材料として、アルミナ粉末もしくはアルミナのグリーンシートを載せ、その後、ホットプレス焼成することで埋設される。上記方法以外にも、上記組成の材料混合粉末をタブレット状に成形して設置した後にホットプレスしたり、あるいはペースト状の材料混合粉末を用いる方法が考えられる。接合構造体にクラックが入りずらく、原料材料が拡散しずらい観点からは予め製造しておいた焼結体を端子３に用いることが好ましい。
【００１８】
凹部４ａの内径は、接続部材５の外径よりも大きいことが好ましい。接続部材５を凹部４ａに挿入することができるようにするためである。また接続部材５を凹部４ａに挿入した際に接続部材５が熱膨張可能になるように接続部材５の外径との間にクリアランス４ｄを形成するためである。クリアランス４ｄは接続部材５の全周にわたってあっても良いし、接続部材５の一部が凹部４ａに接触していてもよい。クリアランス４ｄとしては、接続部材５の外径を４〜６ｍｍとしたときに、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が凹部４ａに挿入できず、作製上極めて困難な状況になる。一方、凹部４ａ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。もっとも、セラミックス部材４にあける凹部４ａが大きいほど、セラミックス部材４の強度が低下し、接続部材５挿入時のガイドの役割もあることから必要以上に大きな凹部４ａをあける必要はない。具体的には、凹部４ａの直径は３〜１５ｍｍ程度が好ましい。直径が３ｍｍより小さいと、接合面積が小さいため、接合後に接続部材５がセラミックス部材４から外れる場合がある。直径が１５ｍｍより大きいと、残留応力が大きくなるため、破壊が生じる場合がある。
【００１９】
凹部４ａの底面４ｓは、ロウ接合層６との接触面積を広げるために表面（粗面）処理されているので、アンカー効果により、凹部４ａの底面４ｓと、ロウ接合層６間の密着力が向上する。そのため、接続部材５と凹部４ａの底面４ｓとの接続強度が向上する。凹部４ａの底面４ｓは、表面粗さ（Ｒａ）＝０．７〜２．０μｍが好ましく、表面粗さ（Ｒａ）＝１．０〜１．５μｍがより好ましい。０．７μｍ未満ではアンカー効果が得られず、２．０μｍを超えるとロウ接合層６の溶融時の濡れ性が低下し、接続強度が低下するからである。「アンカー効果」とは、基材表面に形成さらた凸凹にロウ接合層６が入り込むことで生じる、基材表面の凸凹とロウ接合層６の絡み合いをいう。例えば、第１の実施形態では底面４ｓの表面に形成さらた凸凹とロウ接合層６の絡み合いをいう。凹部４ａの底面４ｓに粗化処理した際に、端子３の上面３ｓについても、同時に粗化処理される。
【００２０】
第１の実施形態によれば、粗化処理された底面４ｓを有する凹部４ａを含むセラミックス部材４を備えることにより、半導体支持装置等に用いられる接合構造体におけるロウ接合層６とアルミナからなるセラミックス部材４の密着力を向上できる。特に、底面４ｓの表面粗さをＲａ＝０．７〜２．０μｍの範囲となるように粗化処理することによって、ロウ接合層６に対する密着力が向上する。
【００２１】
粗化処理方法としては特に制限はないが、サンドブラスト法等が挙げられる。サンドブラストの条件としては、粒度＃６００の炭化ケイ素砥粒を用いて空気圧＝２ｋｇｆ／ｃｍ２で１分間程度行うことが好ましい。尚、粒度＃６００の炭化ケイ素砥粒の微粉の粒度分布は、電気抵抗試験方法によると、最大粒子径（ｄｖ−０値）が５３μｍ以下、累積高さ３％点の粒子径（ｄｖ−３値）が４３μｍ以下、累積高さ５０％点の粒子径（ｄｖ−５０値）が２０．０μｍ±１．５μｍ、累積高さ９５％点の粒子径（ｄｖ−９５値）が１３μｍ以上である。
【００２２】
ロウ接合層６は、図１（ａ）に示されるように、接続部材５の端部の下端面５ｅと端子３の上面３ｓ（露出面）間に充填される。ロウ接合層６の材質としては、インジウム及びその合金、アルミニウム及びその合金、金、金／ニッケル合金が用いられるが、特に残留応力低減の観点からインジウムおよびアルミニウム合金が望ましい。ロウ接合層６は凹部４ａに露出した端子３の全面ならびに周囲の凹部４ａの底面４ｓ、そして壁面の底面に近い一部をカバーするように充填されることが好ましい。ロウ接合層６は凹部４ａのクリアランス４ｄにはなるべく充填されない方が良い。充填されるとセラミックス部材４と接続部材５との熱膨張差がある場合、セラミックス部材４にクラックが生じることがあるからである。ロウ接合層６の厚は、ロウ接合層６の直径を４ｍｍ以上６ｍｍ以下としたときに、ロウ接合層６の層厚が０．０５ｍｍを超え０．３ｍｍ未満であることが好ましい。
【００２３】
接続部材５の内部には螺旋状の溝５ａが切られており、発明を理解しやすくするため図示を省略してあるが、溝５ａに半導体用サセプタ１１に電力を供給する螺旋状の溝を備える電極の端がねじ込まれている。
【００２４】
接続部材５としては、セラミックス部材４の主成分をアルミナとした場合、アルミナの熱膨張係数に近い材料を用いることが好ましい。残留応力を低減することができるからである。具来的には、接続部材５は、熱膨張係数が６．５〜９．５ｐｐｍ／Ｋの範囲である導電性物質により形成されることが好ましい。接続部材５と、セラミックス部材４との熱膨張係数の差に起因する残留応力を低減できるからである。また、静電チャック、ヒーター付静電チャック、ＲＦサセプター等の半導体支持装置等において、セラミックス部材４、接続部材５及びセラミックス部材４−接続部材５接合部分等の破損を抑制できるからである。
【００２５】
また接続部材５は、熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以下の金属により形成されることが好ましい。熱伝導率の下限値に特に制限はないが、２０Ｗ／ｍＫ程度である。接続部材５の材質を熱伝導率５０Ｗ／ｍＫ以下の金属にすることで、接続部材５とロウ接合層６との接合部の均熱性が改善されるからである。具体的には、接続部材５は、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、白金（Ｐｔ）、及びこれらの合金からなる群より選ばれる金属により形成されることが好ましい。なかでもチタンが好ましい。尚、アルミナの熱膨張係数が８．０ｐｐｍ／Ｋであるのに対して、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｐｔの熱膨張係数は、それぞれＴｉ：８．９、Ｎｂ：７．２、Ｐｔ：９．０［ｐｐｍ／Ｋ］である。
【００２６】
接続部材５は、接続部材５の下端面５ｅを含む、接続部材５のロウ接合層６との接触面の表面粗さをＲａ＝１〜３μｍの範囲となるように粗化処理することが好ましい。ロウ接合層６との密着力がより向上するからである。
【００２７】
粗化処理の方法としては上述のサンドブラスト法が挙げられるが、その他にも、接続部材５に応力抑制材料を用いて、接続部材５とセラミックス部材４の表面にそれぞれ粗化処理を施すことにより、接続部材５とセラミックス部材４との接合強度を更に向上できる。
【００２８】
以上、第１の実施形態について説明したが、第１の実施形態の中でも特に好ましい態様としては、接続部材がチタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、白金（Ｐｔ）、及びこれらの合金からなる群より選ばれる金属を含み、凹部４ａの底面４ｓが表面粗さＲａ＝０．７〜２．０μｍとなるように粗化処理されており、接続部材５の下端面５ｅが表面粗さＲａ＝１〜３μｍとなるように粗化処理されているものが好ましく、さらにロウ接合層がインジウム（Ｉｎ）もしくはアルミニウム（Ａｌ）合金としたものがより好ましい。
【００２９】
（第１の実施形態の変形例）
第１の実施形態においては、メッキ層を設けていないが、凹部４ａの底面４ｓ及び端子３と、ロウ接合層６との間に、Ｎｉを含むメッキ層を更に配置しても構わない。上記の凹部４ａの底面４ｓ及び端子３の上面を粗化処理することに加えて、さらにメッキ層を設けることで、接続部材５と凹部４ａの底面４ｓ及び端子３との接続強度がさらに向上するからである。メッキ層としては、セラミックス部材４、端子３、接続部材５と同程度の熱膨張係数を有することが好ましい。加熱時の応力緩和を図るためである。具体的には、メッキ層はニッケル（Ｎｉ）を主成分とすることが好ましい。尚、メッキ層の副成分としては金やチタンを含ませることができる。
【００３０】
凹部４ａの底面４ｓの角部は、表面粗さをＲａ＝０．１〜０．５μｍ程度となるように粗化処理してもよい。応力緩和を図ることができるからである。この場合、表面粗さをＲａ＝０．１より小さくすると応力が集中しやすくなり、表面粗さをＲａ＝０．５より大きくすると、金属端子が角部に乗り上げる場合がある。
【００３１】
（半導体用サセプタ（接合構造体）の製造方法）
（イ）図２に示すようなアルミナを主成分とする第１のセラミックス層４１を用意する。そして、電極形成面となる第１のセラミックス層４１の表面を平面になるように研削する。
【００３２】
（ロ）図３に示すように、アルミナを主成分とする第１のセラミックス層４１の上面に板状の内部電極２を形成する。この場合、電極材料ペーストを第１のセラミックス層４１の表面に印刷し乾燥して印刷電極を形成することが好ましい。
【００３３】
（ハ）内部電極２と同材料の電極材料ペーストを用いて、タブレット状の仮焼結体を製造する。その後、窒素中１８００℃程度で２時間程度焼成して密度９５％以上の焼結体からなる端子３を製造する。さらに、端子３を所定寸法の円盤形状（タブレット形状）に加工することが好ましい。
【００３４】
（ニ）図４に示すように、焼結体からなる端子３を、下面が内部電極２の上面の一部に接するように内部電極２上に配置する。その後、端子３が配置された第１のセラミックス層４１を金型内に設置する。そして、端子３と内部電極２を覆うようにアルミナを主成分とする焼成材料を配置する。金型プレスを用いて、内部電極２及び端子３を埋設した成形体を作製する。成形体を窒素中１８５０℃でホットプレス焼成して、図５に示すように、第２のセラミックス層４２を得て、内部電極２及び端子３が第１のセラミックス層４１と第２のセラミックス層４２の間に埋設されたセラミックス部材４を作製する。この時点で端子３と内部電極２及び周囲のアルミナからなるセラミックス部材４は強固に焼結接合される。
【００３５】
（ホ）図６に示すように、セラミックス部材４の表面から内部電極２に向かう凹部４ａを設け、端子３の上面３ｓを凹部４ａの底面４ｓに露出させる。この際、機械加工により凹部４ａを設けることが好ましい。凹部４ａの底面４ｓに端子３の上面３ｓが露出し、かつ凹部４ａの底面４ｓと端子３の上面３ｓが同一の高さとなるように端子３の一部を研削加工してもよい。
【００３６】
（ヘ）凹部４ａの底面４ｓの表面積を広げるために底面４ｓをサンドブラスト法を用いて粗化処理する。その後、適宜、凹部４ａの底面４ｓと端子３の上面３ｓにメッキ層を設ける。
【００３７】
（ト）図７に示すように、端子３の上面３ａを含んで凹部４ａの底面４ｓにロウ接合層６（ロウ材）を設ける。
【００３８】
（チ）図８に示すように、熱膨張係数が６．５〜９．５ｐｐｍ／Ｋの範囲である導電性物質により形成された接続部材５の下端面５ｅが、ロウ接合層６に接するように接続部材５の下部を凹部４ａに挿入する。接続部材５を凹部４ａに挿入する前に、表面粗さがＲａ＝１〜２μｍとなるように、接続部材５の下端面５ｅを含む、接続部材５のロウ接合層６との接触面をサンドブラスト法により粗化処理しておいてもよい。その後、真空もしくは不活性雰囲気下でロウ接合層６を加熱して溶融させる。加熱温度はインジウムロウの場合は２００℃程度、アルミニウム（Ａｌ）合金ロウの場合は６７０℃程度、金ロウの場合は１１００℃程度まで加熱することが好ましい。ロウ接合層６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うことが好ましい。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１（ａ）（ｂ）に示す半導体用サセプタ１１が製造される。
【００３９】
〔第２の実施形態〕
（半導体用サセプタ（接合構造体））
第１の実施形態にかかる半導体用サセプタ１１との相違点について中心に説明する。
【００４０】
図９（ａ）に示す第２の実施形態にかかる半導体用サセプタ２１は、セラミックス部材４の表面に平行なセラミックス部材４の断面において、図９（ｂ）に示すように半円形状のロウ溜空間４ｂがセラミックス部材４の凹部４ａの側壁の一部に設けられ、ロウ接合層６ｂが、ロウ溜空間４ｂの一部を充填している。半導体用サセプタ２１は、接続部材５が、ロウ溜空間４ｂの一部を埋めるように、接続部材５の外周表面の一部に、ロウ溜空間４ｂと嵌合する半円形状のカギ部５ｂをさらに備える。
【００４１】
第２の実施形態にかかる半導体用サセプタ２１は、クリアランス４ｄの一部にロウ溜空間４ｂを備えるため、かかる空間に充填されたロウ接合層６が鍵の役割をするため（以下「キー効果」という）、ロウ溜空間４ｂがない第１の実施形態に比べて接続部材５の軸を中心に回す力に対するねじり破断強度がはるかに高い。
【００４２】
第２の実施形態によれば、クリアランス４ｄの一部のみがロウ接合層６により満たされるため、接続部材５とセラミックス部材４は凹部４ａ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４の間の大部分にクリアランス４ｄが形成される。よって、クリアランス４ｄの全部をロウ接合層６で満たした場合に起きるセラミックス部材４の破壊は第２の実施形態では生じない。第２の実施形態は、図１に示すような、凹部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。
【００４３】
第１の実施形態のように、凹部４ａと同形状の断面形状の接続部材５を入れた場合、凹部４ａと接続部材５の間にクリアランス４ｄが発生する。接続部材５が凹部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４ｄ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半円形状のロウ溜空間４ｂにクリアランス４ｄがないようにロウ接合層６ｂ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。
【００４４】
ロウ接合層６は、セラミックス部材４の凹部４ａの底面４ｓから２ｍｍ程度まで、接続部材５の側面に這い上がらせるように形成することが好ましい。これにより、接続部材５−ロウ接合層６間の接合面積が増えるため、接合強度を向上できる。具体的には、凹部４ａの壁面をメタライズ処理等により表面処理することにより、図９（ａ）に示すように、ロウ接合層６ｂを凹部４ａの壁面に這い上がらせることが好ましい。ロウ接合層６と接続部材５や凹部４ａとの接触面積が増加し、接合強度が向上する点で有利だからである。この場合、凹部４ａの側面の一部にメタライズ処理を行うことに加えて、ロウ接合層６を這い上がらせたくない接続部材５の所定の部分に表面酸化処理を行うことが好ましい。表面酸化処理によって、ロウ接合層６が這い上がらなくなるので、クリアランス４ｄ全体がロウ接合層６で満たされるのを防ぐことができるからである。表面酸化処理に限らず、濡れ性の悪い物質をはい上がらせたくない部分に塗布することでもよい。セラミックス部材４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、ロウ接合層６ｂをロウ溜空間４ｂにのみ這い上がらせることが出来る。
【００４５】
ロウ溜空間４ｂは一箇所でも良いが、複数のロウ溜空間４ｂ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４ｂ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、必要なロウ接合材量が多くなり、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４ｂは、凹部４ａ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、凹部４ａ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。
【００４６】
（半導体用サセプタの製造方法）
第２の実施形態にかかる半導体用サセプタ２１の製造方法について、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００４７】
（イ）第１の実施形態の図２〜図６と同様に、セラミックス部材４を加工する。
【００４８】
（ロ）図１０（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４の凹部４ａの外周の一部にロウ溜空間４ｂを形成する。その際、凹部４ａと同時にロウ溜空間４ｂを形成してもよい。
【００４９】
（ハ）その後、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、ロウ溜空間４ｂを除いてシール部材１０をセラミックス部材４上に配置し、そしてメタライズ処理を行う。メタライズ処理を行うことで、ロウ接合層６が溶融したときにロウ溜空間４ｂに這い上がり易くするためである。ロウ接合層６を這い上がらせたくない接続部材５の所定の部分に表面酸化処理を適宜行う。
【００５０】
（ニ）図１２に示すように、端子３上の第１空間４ｅにロウ接合層６を配置する。そしてロウ接合層６を介して接続部材５をセラミックス部材４の凹部４ａ内に配置する。セラミックス部材４と熱膨張係数が類似の高融点金属からなる接続部材５を、ロウ接合層６に接するように凹部４ａに挿入する。その後、ロウ接合層６を加熱して溶融させる。加熱温度はロウ接合層６の融点より２０℃程度高くまで加熱することが好ましい。ロウ接合層６の溶融を確認してから５分程度その温度に放置する。
【００５１】
（ホ）そしてロウ接合層６が接続部材５の側面やロウ溜空間４ｂの側面を這い上がることでロウ接合層６の界面が序所に上昇してロウ溜空間４ｂが充填される。その後、加熱を止め自然冷却を行う。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９（ａ）（ｂ）に示す半導体用サセプタ２１が製造される。
【００５２】
第２の実施形態によれば、外部螺旋の螺合及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。
【００５３】
〔実施形態の変形例〕
上記のように、本発明は第１、第２の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。例えば、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。
【００５４】
変形例１：図１３（ａ）（ｂ）に示すように、接続部材５が、接続部材５の外周表面の一部に内側に切り込まれた切り欠き部５ｆを備え、セラミックス部材４に取付けた際にロウ接合層６が第１空間４ｅに連続して切り欠き部５ｆの一部を充填するように構成された半導体用サセプタ３１としてもよい。
【００５５】
さらに、実施形態にかかるサセプタを用いた半導体製造装置が提供される。
【００５６】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【実施例】
【００５７】
〔接合構造体の製造例〕
第１の実施形態にかかる接合構造体の製造方法に準じて、表１、表２、表３に示す条件下、以下の工程により、図１（ａ）（ｂ）に示すような実施例１〜４２、比較例１〜６８にかかる接合構造体を製造した。
【００５８】
（イ）図２に示すような、９９．９質量％アルミナ粉から調製された第１のセラミックス層４１を用意した。
【００５９】
（ロ）図３に示すように、第１のセラミックス層４１の上面に炭化タングステン（ＷＣ）とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の混合物からなる電極材料ペーストを印刷し、乾燥して、印刷電極、即ち板状の内部電極２を形成した。
【００６０】
（ハ）炭化タングステン（ＷＣ）粉末とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末を混合し、成形後、不活性雰囲気中で１７００℃で焼成し、焼結体を得た。これから直径２ｍｍ、厚み１ｍｍのタブレット形状の端子３を加工して切り出した。
【００６１】
（ニ）図４に示すように、端子３を、下面が内部電極２の上面の一部に接するように内部電極２上に配置した。その後、端子３が配置された第１のセラミックス層４１を金型内に設置した。そして、端子３と内部電極２を覆うようにアルミナを主成分とする原料粉末を配置した。金型プレスを用いて、内部電極２及び端子３をアルミナ原料粉末に埋設した成形体を作製した。成形体を窒素中１７０℃でホットプレス焼成して、図５に示すようなセラミックス部材４を得た。
【００６２】
（ホ）図６に示すように、機械加工により端子３に到達する直径７ｍｍ、深さ４ｍｍの凹部４ａを穿孔した。凹部４ａの底面４ｓに直径２ｍｍの端子３が露出し、且つ底面４ｓと端子３の上面３ｓが同一の高さとなるように端子３の一部も凹部４ａと同時に研削加工した。
【００６３】
（ヘ）凹部４ａの底面４ｓと、接続部材５の下端面５ｅを表１，表２に示す表面粗さ（Ｒａ）となるように、粒度＃６００の炭化ケイ素砥粒を用いて空気圧＝２ｋｇｆ／ｃｍ２の条件でサンドブラスト法により粗化処理した。表面粗さはサンドブラスト時間を変えることで調整した。例えば、凹部４ａの底面４ｓの表面粗さ（Ｒａ）はサンドブラストなしで０．３μｍであり、サンドブラスト時間を３０秒にするとＲａは０．７μｍとなり、サンドブラスト時間を５分にするとＲａは２．５μｍとなった。
【００６４】
（ト）次に、凹部４ａに無電解メッキ法にてメッキ温度７０℃で１０分間、Ｎｉメッキを施した。洗浄、乾燥後、図７に示すように、端子３の上面３ａを含んで凹部４ａの底面４ｓにロウ接合層６（ロウ材）を設けた。
【００６５】
続いて、ロウ接合層６がインジウム（Ｉｎ）の場合は（チ）工程を行い、ロウ接合層６がアルミニウム（Ａｌ）合金の場合は（リ）工程を行った。
【００６６】
（チ）ロウ接合層６がインジウム（Ｉｎ）の場合、表１、表２に示す材質の接続部材５とセラミックス部材４を１８０℃に加熱した。また、超音波はんだごてを用いてロウ接合層６を溶融し、凹部４ａの底面４ｓと端子３の上面３ｓ上のＮｉメッキ層をロウ接合層６で濡らした。その後、図８に示すように、接続部材５の下端面５ｅが、ロウ接合層６に接するように接続部材５の下部を凹部４ａに挿入した。そして、２００ｇの錘で接続部材に荷重を加えながら、室温まで冷却した。
【００６７】
（リ）一方、ロウ接合層６がアルミニウム（Ａｌ）合金の場合、図８に示すように、表１、表３に示す材質の接続部材５を、接続部材５の下端面５ｅがロウ接合層６に接するように凹部４ａに挿入した。そして、２００ｇの錘で荷重を加えながら、真空炉にて６１０℃、１×１０−５Ｔｏｒｒの真空雰囲気でロウ接合を行った。そして、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、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、接合構造体を得た。
【００６８】
なお、表１、２における接続部材の内、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｐｔ、Ｍｏは純度９５％以上であり、Ｔｉ−Ｎｉ合金はＴｉ：Ｎｉ＝５０：５０（ａｔ％）である。
【００６９】
以上のようにして、図１４に示すような、セラミックス部材４の寸法が２０ｍｍ×２０ｍｍ、セラミックス部材４の厚みＤが５ｍｍ、凹部４ａの直径Ａが７ｍｍ、凹部４ａの深さＥが４ｍｍ、端子３の直径Ｃが３ｍｍ、端子３の厚みが０．５ｍｍの接合構造体１（試験片）を複数用意した。各接合構造体は、表１〜表３に示すような、端子材質及びロウ接合層からなり、アルミナ表面粗さＲａ及び端子表面粗さＲａを備える。
【００７０】
（接合強度測定）
図１４の固定具８に接合構造体１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、表２、表３に示す。
【表１】
【表２】
【表３】
【００７１】
表１により、凹部４ａの底面４ｓの表面粗さＲａが、０．７μｍ〜２．０μｍにおいて、良好な接合強度が得られることが分かった。特に底面４ｓの表面粗さＲａが上限の２．０μｍに近づくほど良好な接続強度が得られることが分かった。また表１において、凹部４ａの底面４ｓの表面粗さＲａが同じ条件であれば、ロウ接合層６としてインジウム（Ｉｎ）よりも金（Ａｌ）を用いた場合のほうが、良好な接続強度が得られることが分かった。
【００７２】
表１、２に示すように、ロウ接合層がインジウム（Ｉｎ）の場合において、接続部材材質がチタン（Ｔｉ）である実施例１〜１０と比較例１〜８とを比較した結果、凹部４ａの底面４ｓの表面粗さＲａが０．７μｍ〜２．０μｍ、接続部材５の表面粗さＲａが１．０μｍ〜３．０μｍにおいてそれぞれ良好な接合強度が得られた。このことから凹部４ａの底面４ｓと接続部材５の表面粗さＲａの臨界的意義が明確になった。また表１，２より、接続部材材質をニオブ（Ｎｂ）とする実施例１１〜１４、比較例９〜１６と、接続部材材質を白金（Ｐｔ）とする実施例１５〜１８、比較例１７〜２４と、接続部材材質をチタン−ニッケル（Ｔｉ−Ｎｉ）合金とする実施例１９〜２２、比較例２５〜３２とからも同様にしてロウ接合層がインジウム（Ｉｎ）の場合における凹部４ａの底面４ｓと接続部材５の表面粗さＲａの臨界的意義が明確になった。
【００７３】
さらに表２より、ロウ接合層がインジウム（Ｉｎ）の場合において、接続部材材質をモリブデン（Ｍｏ）、ステンレス（ＳＵＳ３０４）とし、凹部４ａの底面４ｓ及び接続部材５の表面粗さＲａが本発明で規定する範囲内とした比較例３３，３４はいずれも接合強度が劣ることが分かった。このことら、接続部材材質としては、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、白金（Ｐｔ）、チタン−ニッケル（Ｔｉ−Ｎｉ）合金とすることが好ましいことが分かった。
【００７４】
表１、３に示すように、ロウ接合層がアルミニウム（Ａｌ）合金の場合において、接続部材材質がチタン（Ｔｉ）とする実施例２３〜３０と比較例３５〜４２とを比較した結果、凹部４ａの底面４ｓの表面粗さＲａが０．７μｍ〜２．０μｍ、接続部材５の表面粗さＲａが１．０μｍ〜３．０μｍにおいてそれぞれ良好な接合強度が得られた。このことから凹部４ａの底面４ｓと接続部材５の表面粗さＲａの臨界的意義が明確になった。また表１，３より、接続部材材質をニオブ（Ｎｂ）とする実施例３１〜３４、比較例４３〜５０と、接続部材材質を白金（Ｐｔ）とする実施例３５〜３８、比較例５１〜５８と、接続部材材質をチタン−ニッケル（Ｔｉ−Ｎｉ）合金とする実施例３９〜４２、比較例５９〜６６とからも同様にしてロウ接合層がアルミニウム（Ａｌ）合金の場合における凹部４ａの底面４ｓと接続部材５の表面粗さＲａの臨界的意義が明確になった。
【００７５】
さらに表３より、ロウ接合層がアルミニウム（Ａｌ）合金の場合において、接続部材材質をモリブデン（Ｍｏ）、ステンレス（ＳＵＳ３０４）とし、凹部４ａの底面４ｓ及び接続部材５の表面粗さＲａが本発明で規定する範囲内とした比較例６７，６８はいずれも接合強度が劣ることが分かった。このことら、接続部材材質としては、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、白金（Ｐｔ）、チタン−ニッケル（Ｔｉ−Ｎｉ）合金とすることが好ましいことが分かった。
【００７６】
（均熱性試験）
接合構造体の製造例と同様にして、表４に示すような、接続部材材質、ロウ接合層からなる接合構造体を得た。そして、アルミニウム製の冷却水路５１ａを供える冷却板５１を熱伝導性樹脂シート５３を介して接合構造体に接着し、接続部材５と冷却板５１の間に接続部材５を取り囲むように絶縁管５２を取り付けて、図１５に示すような静電チャック６１を得た。その後、内部電極２に通電しセラミックス部材４を加熱して、平均温度８０℃に設定した際の均熱性をサーモグラフィーで評価した。結果を図１６に示す。図１６は、サーモグラフィーから端子３周辺の基板載置面側の表面を測定した結果から温度分布を等高線にてトレースした結果を示す。図１６（ａ）は実施例を示し、図１６（ｂ）は比較例を示す。その結果、端子３の周辺と、セラミックス部材４の表面の平均温度の差を比較すると、実施例が−２．２℃、比較例が−３．５℃となり、均熱性が向上することがわかった。
【表４】
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【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、（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表面に平行に切断して得られるＡ１-Ａ２からみた断面概略図を示し、（ｃ）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表面に平行に切断して得られるＢ１-Ｂ２からみた断面概略図を示す。
【図２】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（その１）を示す。
【図３】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（その２）を示す。
【図４】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（その３）を示す。
【図５】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（その４）を示す。
【図６】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（その５）を示す。
【図７】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（その６）を示す。
【図８】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（その７）を示す。
【図９】（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、（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表面に平行に切断して得られる断面概略図を示す。
【図１０】（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（その１）を示す。
【図１１】（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（その２）を示す。
【図１２】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（その３）を示す。
【図１３】（ａ）は、第２の実施形態の変形例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、（ｂ）は、第２の実施形態の変形例１にかかる半導体用サセプタのセラミックス部材の表面に平行に切断して得られる断面概略図を示す。
【図１４】半導体用サセプタの接合構造体の接合強度測定の概念図を示す。
【図１５】均熱性試験に用いた静電チャックの概略図を示す。
【図１６】（ａ）（ｂ）は、サーモグラフィーから端子３周辺の基板載置面側の表面を測定した結果から温度分布を等高線にてトレースした結果を示す（（ａ）は実施例、（ｂ）は比較例）。
【符号の説明】
【００７８】
１１，２１，３１，５１：半導体用サセプタ（接合構造体）
２：内部電極（印刷電極）
３：端子
４：セラミックス部材
４ａ：凹部
４ｂ：ロウ溜空間
４ｄ：クリアランス
４ｃ：端子孔
５：接続部材
５ａ：溝
５ｂ：カギ部
５ｆ：切り欠き部
６：ロウ接合層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の内部電極が埋設され、表面から前記内部電極に向かう凹部が設けられ、前記凹部の底面の一部には前記内部電極に至る端子孔が設けられ、前記底面が粗化処理された、アルミナを主成分とするセラミックス部材と、
下面が前記内部電極に接し、上面が前記凹部の底面の水平レベルに露出するように前記端子孔に埋め込まれた導電性の端子と、
前記上面を含んで前記凹部の底面に接するロウ接合層と、
下端面が前記ロウ接合層に接するように下部が前記凹部に挿入され、熱膨張係数が６．５〜９．５ｐｐｍ／Ｋの範囲の導電性の接続部材と、
を備えることを特徴とする接合構造体。
【請求項２】
前記接続部材は、熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以下の金属を含むことを特徴とする請求項１に記載の接合構造体。
【請求項３】
前記接続部材は、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、白金（Ｐｔ）、及びこれらの合金からなる群より選ばれる金属を含み、
前記凹部の底面は、表面粗さがＲａ＝０．７〜２．０μｍとなるように粗化処理されており、
前記接続部材の前記下端面は、表面粗さがＲａ＝１〜３μｍとなるように粗化処理されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の接合構造体。
【請求項４】
前記凹部の底面と前記ロウ接合層との間に配置されたＮｉを含むメッキ層を更に含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の接合構造体。
【請求項５】
前記セラミックス部材の表面に平行な前記セラミックス部材の断面において半円形状のロウ溜空間が前記セラミックス部材の前記凹部の側壁の一部に設けられ、前記ロウ接合層が、前記ロウ溜空間の一部を充填しており、前記接続部材が、前記ロウ溜空間の一部を埋めるように、前記接続部材の外周表面の一部に、前記ロウ溜空間と嵌合するカギ部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の接合構造体。
【請求項６】
前記接続部材が、前記接続部材の外周表面の一部に前記接続部材の内側に切り込まれた切り欠き部を備え、前記ロウ接合層が前記切り欠き部の一部を充填していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の接合構造体。
【請求項７】
アルミナを主成分とする第１のセラミックス層の上面に板状の内部電極を形成する工程と、
焼結体からなる端子を、下面が前記内部電極の上面の一部に接するように前記内部電極上に配置する工程と、
前記端子と前記内部電極を覆うようにアルミナを主成分とする焼成材料を配置し、焼成して第２のセラミックス層を得て、前記内部電極及び前記端子が前記第１のセラミックス層と前記第２のセラミックス層の間に埋設されたセラミックス部材を作製する工程と、
前記セラミックス部材の表面から前記内部電極に向かう凹部を設け、前記端子の上面を前記凹部の底面の一部に露出させる工程と、
前記凹部の底面の表面粗さがＲａ＝０．７〜２．０μｍになるように粗化処理する工程と、
前記底面と接合材層との間に、Ｎｉを含むメッキ層を更に配置する工程と、
前記端子の上面を含んで前記凹部の底面にロウ接合層を設ける工程と、
表面粗さがＲａ＝１〜３μｍとなるように前記ロウ接合層との接触面が粗化処理され、熱膨張係数が６．５〜９．５ｐｐｍ／Ｋの範囲である導電性の接続部材の下端面が、前記ロウ接合層に接するように前記接続部材の下部を前記凹部に挿入する工程と
を有することを特徴とする接合構造体の製造方法。
【請求項１】
板状の内部電極が埋設され、表面から前記内部電極に向かう凹部が設けられ、前記凹部の底面の一部には前記内部電極に至る端子孔が設けられ、前記底面が粗化処理された、アルミナを主成分とするセラミックス部材と、
下面が前記内部電極に接し、上面が前記凹部の底面の水平レベルに露出するように前記端子孔に埋め込まれた導電性の端子と、
前記上面を含んで前記凹部の底面に接するロウ接合層と、
下端面が前記ロウ接合層に接するように下部が前記凹部に挿入され、熱膨張係数が６．５〜９．５ｐｐｍ／Ｋの範囲の導電性の接続部材と、
を備えることを特徴とする接合構造体。
【請求項２】
前記接続部材は、熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以下の金属を含むことを特徴とする請求項１に記載の接合構造体。
【請求項３】
前記接続部材は、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、白金（Ｐｔ）、及びこれらの合金からなる群より選ばれる金属を含み、
前記凹部の底面は、表面粗さがＲａ＝０．７〜２．０μｍとなるように粗化処理されており、
前記接続部材の前記下端面は、表面粗さがＲａ＝１〜３μｍとなるように粗化処理されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の接合構造体。
【請求項４】
前記凹部の底面と前記ロウ接合層との間に配置されたＮｉを含むメッキ層を更に含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の接合構造体。
【請求項５】
前記セラミックス部材の表面に平行な前記セラミックス部材の断面において半円形状のロウ溜空間が前記セラミックス部材の前記凹部の側壁の一部に設けられ、前記ロウ接合層が、前記ロウ溜空間の一部を充填しており、前記接続部材が、前記ロウ溜空間の一部を埋めるように、前記接続部材の外周表面の一部に、前記ロウ溜空間と嵌合するカギ部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の接合構造体。
【請求項６】
前記接続部材が、前記接続部材の外周表面の一部に前記接続部材の内側に切り込まれた切り欠き部を備え、前記ロウ接合層が前記切り欠き部の一部を充填していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の接合構造体。
【請求項７】
アルミナを主成分とする第１のセラミックス層の上面に板状の内部電極を形成する工程と、
焼結体からなる端子を、下面が前記内部電極の上面の一部に接するように前記内部電極上に配置する工程と、
前記端子と前記内部電極を覆うようにアルミナを主成分とする焼成材料を配置し、焼成して第２のセラミックス層を得て、前記内部電極及び前記端子が前記第１のセラミックス層と前記第２のセラミックス層の間に埋設されたセラミックス部材を作製する工程と、
前記セラミックス部材の表面から前記内部電極に向かう凹部を設け、前記端子の上面を前記凹部の底面の一部に露出させる工程と、
前記凹部の底面の表面粗さがＲａ＝０．７〜２．０μｍになるように粗化処理する工程と、
前記底面と接合材層との間に、Ｎｉを含むメッキ層を更に配置する工程と、
前記端子の上面を含んで前記凹部の底面にロウ接合層を設ける工程と、
表面粗さがＲａ＝１〜３μｍとなるように前記ロウ接合層との接触面が粗化処理され、熱膨張係数が６．５〜９．５ｐｐｍ／Ｋの範囲である導電性の接続部材の下端面が、前記ロウ接合層に接するように前記接続部材の下部を前記凹部に挿入する工程と
を有することを特徴とする接合構造体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−６０１０３（Ｐ２００９−６０１０３Ａ）
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１５８０７（Ｐ２００８−２１５８０７）
【出願日】平成２０年８月２５日（２００８．８．２５）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２５日（２００８．８．２５）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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