JP4021575B2

JP4021575B2 - セラミックス部材と金属部材との接合体およびその製造方法

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Publication number: JP4021575B2
Application number: JP01932899A
Authority: JP
Inventors: 信之棚橋; 知之藤井; 玄章大橋
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1999-01-28
Filing date: 1999-01-28
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2019-01-28
Also published as: US6436545B1; JP2000219578A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックス部材と他の部材との接合体およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
窒化アルミニウム焼結体からなる基材同士を直接接合する方法は知られている。例えば、特開平２−１２４７７８号公報においては、窒化アルミニウム基材を１８００℃〜１９００℃に加熱し、拡散接合により一体化している。特開平８−１３２８０号公報によれば、比較的強度の高い窒化アルミニウム焼結体の接合体が開示されている。
【０００３】
また、特に窒化物セラミックス部材を、他の窒化物セラミックス部材とロウ付けしたり、あるいは金属部材とロウ付けしたりする方法が知られている。例えば、特開平８−２７７１７１号公報においては、アルミニウム、銅またはニッケルを主成分とし、チタン等の活性金属を添加し、このろう材によって窒化アルミニウム部材同士を接合することによって、ＣｌＦ３等のハロゲン系腐食性ガスに対して高い耐蝕性を有する接合体を得ている。このろう材は、ハロゲン系腐食性ガスによって腐食されにくく、しかも窒化アルミニウムの表面に濡れやすいものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、筒状の金属部材を、平板状ないし平盤状のセラミックス部材に対してろうによって接合する場合には、次の問題が生ずることがわかった。例えば、本発明者は、半導体製造装置分野において、環状のコバール製のリング状支持具を、窒化アルミニウム焼結体製の半導体ウエハー支持用サセプターの背面に対して接合することを試みた。しかし、最近は、シリコンウエハーの口径の増大に伴い、サセプターの面積が大きくなっているので、サセプターとリング状支持具とを正確に位置合わせして接合することが極めて困難である。特に、サセプターの背面の平坦度が十分でなかったり、あるいはサセプターの背面とリング状支持部の端面とが平行ではなく、若干の角度をもっていたりした場合には、サセプターの背面とリング状支持部の端面との間隔が、局所的に非常に小さくなり、このため両者の間のろう材層の厚さが小さくなる傾向があった。このように、サセプターの背面とリング状支持具の端面との間のろう材層の厚さが、局所的に薄くなると、サセプターに対して熱サイクルを加えたときに、サセプターとリング状支持具との間にある熱歪みを吸収しきれなくなり、局所的なクラック発生の原因となる。
【０００５】
また、リング状支持具の材質が、コバールやステンレス鋼などのような鉄、ニッケル合金である場合、ろう材との反応により、金属間化合物などの反応層が析出し、ろう材の耐力や硬度が増加する。この結果、サセプターとリング状支持具における残留応力が増大する。
【０００６】
本発明の課題は、筒状の金属部材の端面とセラミックス部材とを金属接合部を介して接合する場合に、金属部材の端部とセラミックス部材との間の接合領域の全体にわたって、所望の厚さの金属接合層を形成できるようにすることである。更に、金属接合層の中でも特にセラミックス部材に接する部分の材質の変化を防止し、その耐力または硬度の増加を防止できるようにすることである。
【０００７】
また、本発明の課題は、筒状の金属部材の端部とセラミックス部材とを金属接合部を介して接合した接合体において、熱サイクルに対して強く、局所的なクラックが発生しにくい接合体を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、セラミックス部材と筒状の金属部材との接合体であって、筒状の金属部材の端部とセラミックス部材とが金属接合部を介して接合されており、この金属接合部が、セラミックス部材上に形成されているメタライズ層と、少なくともこのメタライズ層と金属部材の端部との間に介在しているろう接合部とを備えており、ろう接合部を構成するろう材の融点がメタライズ層を構成するろう材の融点よりも低く、前記メタライズ層が、銅を５０−９９重量％、アルミニウムを０．５−２０重量％およびチタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブおよびベリリウムからなる群より選ばれた一種以上の活性金属を０．５−５重量％含有するろう材からなることを特徴とする。
【０００９】
本発明者は、セラミックス部材上に、まずメタライズ層を生成させ、次いでメタライズ層と金属部材の端部との間に接合用ろう材を介在させ、メタライズ層用ろう材の融点よりも低い温度で接合用ろう材を溶融させることによって、少なくともメタライズ層と金属部材の端部との間にろう接合部を生成させることを想到した。こうして得られた接合体においては、かりに金属部材の端部とセラミックス部材の接合面とが所望の相対的位置に対して傾斜した状態であったり、あるいは金属部材の端部とセラミックス部材の接合面との平面度が低いために、ろう付時に両者の間隔が局所的に小さくなるような場合にも、メタライズ層によって所望の厚さの金属接合部を確保することができる。
【００１０】
更に、ろう接合部の融点が低いために、メタライズ層と金属部材との反応を防ぎ、接合後のメタライズ層の耐力または硬度の増加を抑えることができる。
【００１１】
また、本発明では、低耐力金属または低膨張金属からなる金属板を、筒状の金属部材の端部とセラミックス部材の接合面との間に介在させることによって、所望の厚さの金属接合部を、接合領域の全体にわたって確保できる。
【００１２】
セラミックス部材としては、ハロゲン系腐食性ガスに対して耐蝕性を有するセラミックスが好ましく、特に窒化アルミニウムまたは緻密質アルミナが好ましく、９５％以上の相対密度を有する窒化アルミニウム質セラミックス、アルミナに対して特に好適である。セラミックス部材の中には、種々の焼結助剤や着色剤などの添加剤を含有させ得る。また、セラミックス部材が、ホットプレス焼結またはホットアイソスタティックプレス焼結法による焼成品である場合にも、好適である。
【００１３】
セラミックス部材中には、抵抗発熱体、静電チャック用電極、プラズマ発生用電極などの機能性部品を埋設することができる。また、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などに対して本発明を適用できる。セラミックス部材に対して接合される他の部材としては、サセプターをチャンバーに取り付けるための耐蝕性金属製のリングが特に好適である。
【００１４】
金属部材は特に限定しないが、その融点は１２００℃以上であることが好ましい。また、金属部材を構成する金属は、ハロゲン系腐食性ガスに対して耐蝕性を有する金属が好ましく、特にニッケル、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が好ましい。
【００１５】
筒状の金属部材の端部とは、セラミックス部材に対して対向している部分を言う。この際、筒状の金属部材の端面がセラミックス部材の接合面に対して対向していてよい。または、筒状の金属部材のセラミックス部材側にフランジ部を設け、このフランジ部をセラミックス部材に対して接合できる。また、金属部材の内側面、外側面が、セラミックス部材の接合面に対して略垂直であることが特に好ましい。
【００１６】
金属板を構成する低耐力金属、低膨張金属は、以下のとおりである。
（低耐力金属）
耐力が３００ＭＰａ以下（特に好ましくは５０ＭＰａ以下）の合金である。ろう付け時にろう材と反応せず、融点がろう付け温度よりも高いことが好ましい。例えば、白金、パラジウム、金およびこれらの合金がある。
（低膨張金属）
線膨張係数が２５℃から７００℃の範囲で１．０×１０^-6−１２×１０^-6／Ｋであり、好ましくは３．０×１０^-6−１０．０×１０^-6／Ｋであり、更に好ましくは４．０×１０^-6−８．０×１０^-6／Ｋである。ろう付け時にろう材と反応せず、融点がろう付け温度よりも高いことが好ましい。例えば、モリブデン、タングステン、コバール、モリブデン合金、タングステン合金がある。
【００１７】
好ましくは、ろう接合部が、筒状の金属部材の内側面に接触する一方の側方部、およびその外側面に接触する他方の側方部を備えている。この形態のろう接合部を形成することによって、接合体の接合強度および熱サイクルに対する耐久性が一層向上する。
【００１８】
好ましくは、メタライズ層の幅が筒状体の幅よりも広く、メタライズ層が筒状の金属部材の内側面および外側面よりも外側まで伸びるように設けられており、一方の側方部および他方の側方部がそれぞれメタライズ層上に設けられている。これによって、セラミックス部材と金属部材との接合強度および熱サイクルに対する耐久性が一層向上する。
【００１９】
好ましくは、金属板が、セラミックス部材および金属部材に対して接触することなく、ろう接合部中で浮遊状態にある。このような形態によって、金属部材とセラミックス部材との熱膨張差に応じて接合部分に加わる応力を、効果的に分散できる。
【００２０】
筒状の金属部材は、金属部材を端面の方向から見たときに閉曲線をなす形状を有するものである。金属部材は環状であってもよく、あるいは管状であってもよい。閉曲線の形状は、真円ないし楕円であることが好ましいが、これらには限定されず，多角形でもよい。
【００２１】
好ましくは、一方の側方部の体積が他方の側方部の体積以下である。このように、金属部材の外側の方について、ろう材の体積を増加させることによって、ろう接合部に加わる熱応力が低減されることを見いだした。
【００２２】
この際、一方の側方部の体積を１としたときの他方の側方部の体積は、１以上とするが、１．２以上が好ましく、２−５が特に好ましい。
【００２３】
メタライズ層用ろう材と接合用ろう材との融点の差は、接合用ろう材を溶融させるときにメタライズ層が溶融しない程度の温度差であれば良いが、好ましくは５０℃以上であり、更に好ましくは１５０℃以上である。また、メタライズ層用ろう材の融点の好適範囲は８００−１２００℃であり、接合用ろう材の融点の好適範囲は５００−１１００℃である。
【００２４】
メタライズ層用ろう材は、銅ろう、ニッケルろう、金ろう、パラジウムろう、銀ろうを用いることができるが、特に好ましくは、銅−アルミニウム−活性金属系ろう材である。この場合には、好ましくは、銅を５０−９９重量％含有させる。銅の割合が９９重量％を超えると、アルミニウム金属による接合効果および活性金属による接合性が発現しなくなる。アルミニウムの割合が０．５重量％未満であると、アルミニウムの酸化物保護膜が、ろう材層の表面を十分に被覆できなくなる。特に好ましくは、銅８０−９５重量％、アルミニウム１．０−１０重量％が良い。
【００２５】
前記活性金属は、好ましくは、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブおよびベリリウムからなる群より選ばれ、特にチタンが良い。活性金属の割合を０．５重量％以上（更に好ましくは１重量％以上）とすることによって、特に窒化アルミニウム部材の濡れ性が著しく改善される。この割合を５重量％以下（更に好ましくは３重量％以下）とすることによって、酸化雰囲気やハロゲン系腐食性ガス雰囲気に対する耐蝕性が一層向上した。
【００２６】
このろう材中には、第四成分として珪素またはホウ素を含有させることができる。こうした第四成分の作用は、融点の降下である。同じ温度でも、第四成分を添加することによって、ろう材の流動性が良くなる。第四成分の含有割合が２０重量％を越えると、接合層の耐食性が悪くなるため、２０重量％以下とすることが好ましい。第四成分の含有割合は、１〜１２重量％とするとさらに好ましい。
【００２７】
接合用ろう材としては、メタライズ用ろう材よりも融点が低いろう材であって、具体的には銅ろう、銀ろう、金ろうおよびアルミニウムろうを用いることができる。
【００２８】
好ましくは、接合用ろう材の主成分が銅、アルミニウムおよびニッケルからなる群より選ばれた一種以上の金属からなる。これらを主成分として使用すると、耐蝕性、特にハロゲン系腐食性ガスに対する耐蝕性が高い。ここで、ろう材の主成分は、銅、アルミニウム、ニッケルの各単体であって良く、または、これらの合金であって良い。特に、主成分がＡｌからなるろう材を用いると、相対的に低温で接合させることができるために、接合後の熱応力が小さくなる。また、これらの主成分に対して、上記の活性金属を添加する。
【００２９】
このろう材中に第３成分を含有させる必要はないが、含有させることもできる。ろう材中に第３成分を含有させる場合には、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。第３成分の合計の配合量は、５０重量％以下とすることが好ましい。
【００３０】
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、ろう材の全重量を１００重量％とした場合に、活性金属および第３成分の含有割合を１００重量％から差し引いた残部である。ただし、これらの金属がろう材の主成分であるとは、ろう材の５０重量％以上を占めていることを意味している。
【００３１】
金属接合部の全体の厚さは、５０μｍ以上が好ましく、また５００μｍ以下が好ましい。また、メタライズ層の厚さは、２０μｍ以上が好ましく、５０μｍ以上が更に好ましい。しかし、平坦化の観点からは、２００μｍ以下が好ましい。
【００３２】
以下、図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。
【００３３】
例えば、図１に模式的に示すように、半導体収容容器１のチャンバー２中にサセプター６が収容されており、サセプター６のウエハー設置面６ａに半導体ウエハー７が設置されている。サセプター６の背面（接合面）６ｂに対して、耐蝕性金属製のリング３（金属部材）の本体の筒状部分３ｈが接合されている。５は、本発明が適用されるべき接合部分である。リング３にはフランジ部３ｂが設けられており、フランジ部３ｂがチャンバー２の内面に対して接合されている。２ａはチャンバー２の開口である。リング３とサセプター６との接合部分５は、チャンバー内雰囲気８と、チャンバー外雰囲気４とに対して曝露される。
【００３４】
図２に、サセプター６とリング３との接合体１０の概略斜視図を示す。ただし、この図面では、リング３のフランジ部３ｂは図示していない。
【００３５】
図４−図６は、それぞれ、本発明の各実施形態に係る接合部分の断面図であり、それぞれ、筒状の金属部材３ｈとセラミックス部材６の接合面６ｂとの接合部分を模式的に示すものである。図３は、本発明外の接合体を示すものである。
【００３６】
図３においては、ろう接合部１１によってセラミックス部材６の接合面６ｂと筒状の金属部材３ｈの端部２１とが接合されている。ろう接合部１１は、端面３ｄと接合面６ｂとの間に介在する中間部１１ｃ、一方の側方部１１ａおよび他方の側方部１１ｂを備えている。このろう接合部の全体は、同種のろう材からなる。この場合には、ろう付け時に、金属部材３ｈに対して矢印Ａ方向の圧力が加わったときに、金属部材３ｈが矢印Ａ側へと向かって、溶融したろう材の中に沈み込む傾向がある。この際、金属部材３ｈの端面３ｄの面積は比較的に小さいことから、ろう材中での金属部材３ｈの浮力が小さく、このために端面３ｄと接合面６ｂとの間隔が小さくなる傾向があった。
【００３７】
図４においては、セラミックス部材６の接合面６ｂ上にメタライズ層１３が形成されており、この上にろう接合部１２が形成されており、これらが金属接合部２０Ａを構成している。本例では、メタライズ層１３上に、中央部１２ｃ、内側面３ａに接する一方の側方部１２ａ、および外側面３ｃに接する他方の側方部１２ｂが形成されており、更に各側方部１２ａ、１２ｂから細長く延びる裾部１２ｄ、１２ｅが形成されている。なお、本例では、金属部材３ｈの端部２１において、その端面３ｄと、各面３ａ、３ｃとの間に、それぞれ、アール部ないし面取り部３ｅが設けられている。これによって、金属部材３ｈとセラミックス部材６との熱膨張差に起因する応力を緩和できる。
【００３８】
図５の金属接合部２０Ｂにおいては、セラミックス部材６の接合面６ｂ上にろう接合部１２Ａが形成されている。ろう接合部１２Ａは、一方の側方部１２ａ、他方の側方部１２ｂ、裾部１２ｄ、１２ｅを備えており、かつ、端面３ｄと接合面６ｂとの間に、金属板１４を内包している。金属板１４は、端部２１と接合面６ｂとのいずれに対しても接触することなく、ろう材中に浮遊している。金属板１４と、端面３ｄ、接合面６ｂとの間には、それぞれ中間層１２ｆ、１２ｇが形成されている。
【００３９】
図６の金属接合部２０Ｃにおいては、更に接合面６ｂ上にメタライズ層１３が形成されている。メタライズ層１３上にはろう接合部１２Ｂが形成されている。ろう接合部１２Ｂ中には、メタライズ層１３と端面３ｄとの間に、金属板１４が埋設されている。
【００４０】
【実施例】
［実施例１］
（製造方法）
図４に示す形態の接合体を製造した。ただし、セラミックス部材６としては、直径２００ｍｍ、厚さ２０ｍｍの窒化アルミニウム焼結体製の円盤を使用した。金属部材３としては、外径１０２ｍｍ、内径１００ｍｍ、厚さ１ｍｍ、高さ２０ｍｍのリング状のコバール板を使用した。
【００４１】
セラミックス部材の接合面６ｂ上に、リング状のメタライズ層用ろう材を設置した。このろう材の寸法は、外径１１２ｍｍ、内径９２ｍｍ、厚さ０．１ｍｍであり、組成は、銅９２．７５重量％：アルミニウム２重量％：珪素３重量％：チタン２．２５重量％であった。このろう材を、１０５０℃で、５分間、１０^-5Ｔｏｒｒの圧力下で加熱し、図７（ａ）に示すメタライズ層１３を形成した。ただし、図７（ａ）、（ｂ）には、接合部分のみを示している。
【００４２】
次いで、図７（ｂ）に示すように、メタライズ層１３上に、接合用ろう材１５を設置し、その上に金属部材３の端面３ｄを設置し、金属部材３上に、図示しないおもり（２ｋｇ）を設置した。ただし、ろう材１５の形状はリング状であり、寸法は、外径１０６ｍｍ、内径９６ｍｍ、厚さ０．１ｍｍであり、ろう材の組成は、銀６３重量％：銅３２．２５重量％：チタン１．７５重量％であった。この接合部分を、８５０℃で、１０分間、１０^-5Ｔｏｒｒの圧力下で加熱し、図４に示すろう接合部を形成した。
【００４３】
（接合体の特性）
得られた接合体において、金属接合部の厚さは、リング状の接合部分の全周にわたって、５０−２００μｍの範囲内であった。
【００４４】
この接合体を、ヘリウムリーク測定装置で評価したところ、ヘリウムリーク量は、１×１０^-8Ｔｏｒｒ・ｌ／ｓ未満であった。次いで、この接合体を、１×１０^-9トールの雰囲気下で、室温と５００℃との間の熱サイクルに供した。室温および５００℃における各保持時間は１０分間とし、昇温速度、降温速度は２０℃／時間とし、熱サイクルの回数は５０回とした。熱サイクル後の接合体を、ヘリウムリーク測定装置で評価したところ、ヘリウムリーク量は、１×１０^-8Ｔｏｒｒ・ｌ／ｓ未満であった。
【００４５】
［実施例２］
実施例１と同様にして、図４に示す形態の接合体を得た。ただし、メタライズ層用ろう材の組成は、銅９２．７５重量％：アルミニウム２重量％：珪素３重量％：チタン２．２５重量％であった。また、接合用ろう材の組成は、銀７２重量％：銅２８重量％であり、８００℃で、５分間、１０^-5Ｔｏｒｒの圧力下で加熱した。
【００４６】
得られた接合体において、金属接合部の厚さは、リング状の接合部分の全周にわたって、５０−２００μｍの範囲内であった。この接合体を、ヘリウムリーク測定装置で評価したところ、ヘリウムリーク量は、１×１０^-8Ｔｏｒｒ・ｌ／ｓ未満であった。次いで、この接合体を、実施例１と同様の熱サイクル試験に供し、熱サイクル後の接合体を、ヘリウムリーク測定装置で評価したところ、ヘリウムリーク量は、１×１０^-8Ｔｏｒｒ・ｌ／ｓ未満であった。
【００４７】
［比較例１］図３に示す形態の接合体を製造した。ただし、セラミックス部材６、コバール板３は、実施例１で使用したものと同じである。セラミックス部材の接合面６ｂ上に、接合用ろう材１５を設置し、その上に金属部材３の端面３ｄを設置し、金属部材３上に、図示しないおもり（２ｋｇ）を設置した。ただし、ろう材１５の形状はリング状であり、寸法は、外径１０６ｍｍ、内径９６ｍｍ、厚さ０．１ｍｍであり、ろう材の組成は、銅９２．７５重量％：アルミニウム２重量％：珪素３重量％：チタン２．２５重量％であった。この接合部分を、１０５０℃で、５分間、１０^-5Ｔｏｒｒの圧力下で加熱し、図３に示すろう接合部を形成した。
【００４８】
得られた接合体において、金属接合部の厚さは、リング状の接合部分の全周にわたって、１０−３０μｍの範囲内であった。この接合体を、ヘリウムリーク測定装置で評価したところ、ヘリウムリーク量は、２×１０^-8Ｔｏｒｒ・ｌ／ｓであった。次いで、この接合体を、実施例１と同様の熱サイクル試験に供し、熱サイクル後の接合体を、ヘリウムリーク測定装置で評価したところ、ヘリウムリーク量は、１×１０^-7Ｔｏｒｒ・ｌ／ｓ未満であった。
【００４９】
［比較例２］図５に示す形態の接合体を製造した。セラミックス部材６、金属部材３としては、実施例１と同じものを使用した。図８に示すように、接合面６ｂ上に、リング状の金属板１４を設置した。金属板１４の材質は白金とし、寸法は、外径１０４ｍｍ、内径９８ｍｍ、厚さ０．１ｍｍとした。金属板１４上に接合用ろう材１５を設置し、その上に金属部材３の端面３ｄを設置した。金属部材３上に、図示しないおもり（２ｋｇ）を設置した。ろう材１５の形状はリング状であり、寸法は、外径１０６ｍｍ、内径９６ｍｍ、厚さ０．１ｍｍであり、ろう材の組成は、銀６３重量％：銅３２．２５重量％：チタン１．７５重量％であった。この接合部分を、８５０℃で、５分間、１０^-5Ｔｏｒｒの圧力下で加熱し、図５に示す金属接合部を形成した。
【００５０】
得られた接合体において、金属接合部の厚さは、リング状の接合部分の全周にわたって、１１０−２００μｍの範囲内であった。この接合体を、ヘリウムリーク測定装置で評価したところ、ヘリウムリーク量は、１×１０^-8Ｔｏｒｒ・ｌ／ｓ未満であった。次いで、この接合体を、実施例１と同様の熱サイクル試験に供し、熱サイクル後の接合体を、ヘリウムリーク測定装置で評価したところ、ヘリウムリーク量は、１×１０^-8Ｔｏｒｒ・ｌ／ｓ未満であった。
【００５１】
［実施例３］図９に概略的に示すような接合体を作製した。ただし、図９においては、金属部材３Ａの末端に、折り曲げ部ないしフランジ部３ｊが設けられており、フランジ部３ｊは、セラミックス部材の接合面６ｂと略平行に伸びており、金属部材ないしフランジ部の端面３ｄが接合面６ｂに対して略垂直に設けられている。セラミックス部材の接合面６ｂ上にメタライズ層１３が形成されており、この上にろう接合部１２Ｃが形成されており、これらが金属接合部２０Ｄを構成している。接合部１２Ｃ中においては、メタライズ層１３上に、中央部１２ｃ、一方の側方部１２ａ、および他方の側方部１２ｂが形成されており、更に各側方部１２ａ、１２ｂから細長く延びる裾部１２ｄ、１２ｅが形成されている。中央部１２ｃは、フランジ部３ｊの主面３ｋとメタライズ層１３との間に設けられている。
【００５２】
本例では、筒状部材３Ａとセラミックス部材６との間の接合強度を一層向上させ得る。しかし、この一方で、金属部材３Ａとセラミックス部材６との間の熱応力が大きくなりやすい。このため、フランジ部３ｊの上側主面３ｍ側に、セラミックスからなる応力緩和材１８をろう材２２を介して接合することが好ましい。
【００５３】
以下、図９の接合体の具体的製作例を示す。
セラミックス部材６は、実施例１と同じものを使用した。金属部材３Ａにおいては、外径１０２ｍｍ、内径１００ｍｍ、厚さ１ｍｍ、高さ２２ｍｍのリング状のコバール板の内側に、幅９．０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのフランジ部３ｊを設けた。
【００５４】
接合面６ｂ上に、リング状のメタライズ層用ろう材を設置した。このろう材の寸法は、外径１３０ｍｍ、内径９０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍであり、組成は、銅９２．７５重量％：アルミニウム２重量％：珪素３重量％：チタン２．２５重量％であった。このろう材を、１０５０℃で、５分間、１０^-5Ｔｏｒｒの圧力下で加熱し、図９に示すメタライズ層１３を形成した。
【００５５】
次いで、メタライズ層１３上に、接合用ろう材を設置し、その上に金属部材３Ａのフランジ部３ｊを設置した。接合用ろう材の形状はリング状であり、寸法は、外径１２０ｍｍ、内径１００ｍｍ、厚さ０．１ｍｍであった。フランジ部３ｊの上に、別のリング状の接合用ろう材を設置し、その上に、窒化アルミニウム焼結体からなるリング状の応力緩和材１８を設置した。別の接合用ろう材の寸法は、外径１２０ｍｍ、内径１０４ｍｍ、厚さ０．１ｍｍであった。各接合用ろう材の組成は、いずれも、銀６３重量％：銅３２．２５重量％：チタン１．７５重量％であった。また、応力緩和材の寸法ば外径１２０ｍｍ、内径１０４ｍｍ、厚さ０．５ｍｍであった。応力緩和材の上に、図示しないおもり（２ｋｇ）を設置し、この接合部分を、８５０℃で、１０分間、１０^-5Ｔｏｒｒの圧力下で加熱した。
【００５６】
得られた接合体において、金属接合部の厚さは、リング状の接合部分の全周にわたって、５０−２００μｍの範囲内であった。
【００５７】
この接合体を、ヘリウムリーク測定装置で評価したところ、ヘリウムリーク量は、１×１０^-8Ｔｏｒｒ・ｌ／ｓ未満であった。次いで、この接合体を、実施例１と同様の熱サイクル試験に供し、この熱サイクル後の接合体を、ヘリウムリーク測定装置で評価したところ、ヘリウムリーク量は、１×１０^-8Ｔｏｒｒ・ｌ／ｓ未満であった。
【００５８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、筒状の金属部材の端面とセラミックス部材とを金属接合部を介して接合する場合に、金属部材の端面とセラミックス部材との間の接合領域の全体にわたって、所望の厚さの金属接合層を形成でき、更に、接合用ろう材の融点が低いので、メタライズ層と金属部材との反応を防ぎ、メタライズ層の耐力の増加を抑えることができる。この結果、熱サイクルに対して強く、局所的なクラックが発生しにくい接合体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用できる半導体製造装置の一例を示す模式的断面図である。
【図２】図１のサセプター６とリング状支持具３との接合体の要部を示す斜視図である。
【図３】本発明外の接合体の接合部分を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の一例に係る接合体の接合部分を概略的に示す断面図であり、メタライズ層１３上にろう接合部１２が設けられている。
【図５】本発明外の接合体の接合部分を概略的に示す断面図であり、ろう接合部１２Ａ中に金属板１４が内包されている。
【図６】本発明の一例に係る接合体の接合部分を概略的に示す断面図であり、メタライズ層１３上にろう接合部１２Ｂが設けられており、ろう接合部１２Ｂ中に金属板１４が内包されている。
【図７】（ａ）は、接合面６ｂ上に形成されたメタライズ層１３を示す断面図であり、（ｂ）は、メタライズ層１３上に接合用ろう材１５と金属部材３とを設置した状態を示す断面図である。
【図８】接合面６ｂ上に、金属板１４、接合用ろう材１５および金属部材３を設置した状態を示す断面図である。
【図９】金属部材の端部のフランジ部３ｊとセラミックス部材６との接合部分を模式的に示す断面図である。

Claims

セラミックス部材と筒状の金属部材との接合体であって、前記金属部材の端部と前記セラミックス部材とが金属接合部を介して接合されており、この金属接合部が、前記セラミックス部材上に形成されているメタライズ層と、少なくともこのメタライズ層と前記金属部材の端部との間に介在しているろう接合部とを備えており、前記ろう接合部を構成するろう材の融点が前記メタライズ層を構成するろう材の融点よりも低く、前記メタライズ層が、銅を５０−９９重量％、アルミニウムを０．５−２０重量％およびチタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブおよびベリリウムからなる群より選ばれた一種以上の活性金属を０．５−５重量％含有するろう材からなることを特徴とする、セラミックス部材と金属部材との接合体。
前記ろう接合部が、前記金属部材の内側面に接触する一方の側方部、および前記金属部材の外側面に接触する他方の側方部を備えていることを特徴とする、請求項１記載のセラミックス部材と金属部材との接合体。
前記メタライズ層の幅が前記金属部材の厚さよりも広く、前記メタライズ層が前記金属部材の前記内側面および外側面よりも外側まで伸びるように設けられており、前記一方の側方部および前記他方の側方部がそれぞれ前記メタライズ層上に設けられていることを特徴とする、請求項２記載のセラミックス部材と金属部材との接合体。
前記金属接合部が、前記ろう接合部中に埋設されている金属板を備えており、前記金属板が低耐力金属または低膨張金属からなることを特徴とする、請求項２または３記載のセラミックス部材と金属部材との接合体。
前記セラミックス部材が窒化アルミニウムまたはアルミナからなることを特徴とする、請求項１−４のいずれか一つの請求項に記載のセラミックス部材と金属部材との接合体。
前記金属部材が、コバール、モリブデン、モリブデン合金、タングステンおよびタングステン合金からなる群より選ばれた金属からなることを特徴とする、請求項１−５のいずれか一つの請求項に記載のセラミックス部材と金属部材との接合体。
前記金属板が、前記セラミックス部材および前記金属部材に対して接触することなく前記ろう接合部中で浮遊状態にあることを特徴とする、請求項４−６のいずれか一つの請求項に記載のセラミックス部材と金属部材との接合体。
前記一方の側方部の体積が前記他方の側方部の体積以下であることを特徴とする、請求項２−７のいずれか一つの請求項に記載のセラミックス部材と金属部材との接合体。
請求項１−８のいずれか一つの請求項に記載の接合体を製造する方法であって、前記セラミックス部材上にメタライズ用ろう材を設置してこのメタライズ用ろう材を溶融させることによって前記メタライズ層を生成させ、次いで前記メタライズ層と前記金属部材の前記端部との間に接合用ろう材を介在させ、前記メタライズ層用ろう材の融点よりも低い温度で前記接合用ろう材を溶融させることによって、少なくとも前記メタライズ層と前記金属部材の端部との間に前記ろう接合部を生成させることを特徴とする、セラミックス部材と金属部材との接合体の製造方法。