(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウム部材と、セラミックスまたは金属からなる他の部材との接合体であって、前記窒化アルミニウム部材にニッケル膜を形成し、その後ニッケル膜を形成した窒化アルミニウム部材と前記の他の部材との間に、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を含有しており、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を０．３重量％以上、１０重量％以下含有しているろう材を配し、加熱によりろう付けすることで、前記窒化アルミニウム部材と前記他の部材との間に接合層が形成されており、この接合層が、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、前記窒化アルミニウム部材の接合面にニッケル膜を有していることを特徴とする、接合体。
【請求項２】
前記の他の部材を構成するセラミックスが、窒化アルミニウムまたは緻密質アルミナであることを特徴とする、請求項１記載の接合体。
【請求項３】
前記の他の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記載の接合体。
【請求項４】
前記接合層が、前記連続相と、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前記窒化アルミニウム部材側の活性金属層とを備えていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の接合体。
【請求項５】
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１〜３のいずれか一つの請求項に記載の接合体。
【請求項６】
前記他の部材を構成する金属がニッケルであり、前記接合層が活性金属としてマグネシウムを含むアルミニウムからなり、前記他の部材上にニッケル−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５記載の接合体。
【請求項７】
窒化アルミニウム部材と、セラミックスまたは金属からなる他の部材との接合体を製造するのに際して、前記窒化アルミニウム部材にニッケル膜を形成し、その後ニッケル膜を形成した窒化アルミニウム部材と前記の他の部材との間に、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を含有しており、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を０．３重量％以上、１０重量％以下含有しているろう材を配し、加熱によりろう付けすることを特徴とする、接合体の製造方法。
【請求項８】
前記ろう材中における前記活性金属の含有量が１重量％以上、５重量％以下であることを特徴とする、請求項７記載の接合体の製造方法。
【請求項９】
前記ろう材中に、珪素、ホウ素及びアルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも一種の第３成分が１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７記載の接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、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、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】
本発明者は、種々の接合法の中でろう付け法に着目し、窒化アルミニウム部材とセラミックス部材との間、または窒化アルミニウム部材と金属部材との間にろう材を配し、ろう材を加熱することによって、両部材を接合することを試みた。しかし、ほとんどのろう材は、金属側には良好に接合するけれども、窒化アルミニウム部材に対してろう材が濡れにくく、ろう材と窒化アルミニウム部材との間で接合不良ないし微細な隙間が生ずるために、接合強度が低くなることを見いだした。更に、特に半導体製造装置内に接合体を設置する用途においては、ハロゲン系腐食性ガスの雰囲気、特にこのプラズマの雰囲気中にこの窒化アルミニウム部材の接合体を設置し、さらす必要がある。しかし、この際に、ろう付け部から腐食性雰囲気が内部に侵入し、接合層が劣化し、この結果として窒化アルミニウム接合体の接合強度の低下が生ずることを見いだした。
【０００４】
本発明の課題は、窒化アルミニウム部材と金属部材またはセラミックス部材との接合体をろう付け法によって製造するのに際して、窒化アルミニウム部材の濡れ性を改善して接合強度を向上させることであり、ハロゲン系腐食性ガスに対する接合体の耐蝕性を改善することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、窒化アルミニウム部材と、セラミックスまたは金属からなる他の部材との接合体であって、前記窒化アルミニウム部材にニッケル膜を形成し、その後ニッケル膜を形成した窒化アルミニウム部材と前記の他の部材との間に、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を含有しており、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を０．３重量％以上、１０重量％以下含有しているろう材を配し、加熱によりろう付けすることで、前記窒化アルミニウム部材と前記他の部材との間に接合層が形成されており、この接合層が、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、前記窒化アルミニウム部材の接合面にニッケル膜を有していることを特徴とする、接合体に係るものである。
【０００６】
また、本発明は、窒化アルミニウム部材と、セラミックスまたは金属からなる他の部材との接合体を製造するのに際して、前記窒化アルミニウム部材にニッケル膜を形成し、その後ニッケル膜を形成した窒化アルミニウム部材と前記の他の部材との間に、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を含有しており、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を０．３重量％以上、１０重量％以下含有しているろう材を配し、加熱によりろう付けすることを特徴とする、接合体の製造方法に係るものである。
【０００８】
本発明者は、窒化アルミニウム部材を強固に接合するためのろう材を探索する過程で、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ことを発見し、本発明に到達した。
【０００９】
ここで、ろう材の主成分が上記以外の金属であると、ハロゲン系腐食性ガスに対する耐蝕性、特にそのプラズマに対する耐蝕性が乏しく、接合界面の浸食が進行し、接合強度が著しく低下した。
【００１０】
しかし、これらの金属ろう単独では、窒化アルミニウム部材に対する濡れ性が悪いが、これにマグネシウム、チタン、ジルコニウムまたはハフニウムを添加することによって、ろう材の窒化アルミニウム部材に対する濡れ性も顕著に向上した。
【００１１】
ここで、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。ただし、マグネシウムの場合には、接合時に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。
【００１２】
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。
【００１３】
主成分がアルミニウムからなるろう材を用いた場合には、このろう材が、ニッケルまたは銅を主成分とするろう材と比較して、低温で接合するため、接合後の熱応力が小さくなるので、好ましい。
【００１４】
ろう材中には、第３成分を含有させることができる。主成分がアルミニウムである場合には、第３成分としては、珪素またはホウ素を用いることが、主成分に影響を与えない点から好ましい。また、主成分が、ニッケルまたは銅である場合には、第３成分としては、珪素、ホウ素およびアルミニウムからなる群より選ばれた一種以上の金属を用いることが、主成分に影響を与えない点から好ましい。
【００１５】
こうした第３成分の作用は、融点の降下である。同じ温度でも、第３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３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３成分の含有割合は、１〜１２重量％とするとさらに好ましい。
【００１６】
窒化アルミニウム部材と接合するべき他の部材を構成するセラミックスとしては、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い。また、他の部材を構成する金属としては、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。
【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。また、接合にあたり、窒化アルミニウム部材の表面に、または窒化アルミニウム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。これらの金属膜の膜厚は、０．１〜２０μｍとすることが好ましい。また、接合にあたり、窒化アルミニウム部材の表面に、または窒化アルミニウム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、０．１〜５μｍとすることが好ましい。
【００１８】
本発明者は、前記した接合方法に従って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。この過程について順次説明する。
【００１９】
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ窒化アルミニウム部材８と他の部材７を接合する前の状態を示す正面図である。図１（ａ）の実施形態においては、窒化アルミニウム部材８の接合面８ａと、他の部材７の接合面７ａとを対向させ、各接合面の間にろう材からなるシート９を挟む。この状態で各接合面とシート９とを互いに接触させ、加熱することによってろう付けを行う。
【００２０】
図１（ｂ）の実施形態においては、窒化アルミニウム部材８の接合面８ａに金属膜１０を形成する。接合面７ａとシート９とを互いに接触させ、かつ金属膜１０とシート９とを互いに接触させ、加熱することによってろう付けを行う。図１（ｃ）の実施形態においては、ろう材からなるシート９の窒化アルミニウム部材８側の表面に、金属膜２２を形成する。接合面７ａとシート９とを互いに接触させ、かつ金属膜２２と接合面８ａとを互いに接触させ、加熱することによってろう付けを行う。これらの金属膜１０、２２の材質は、前述したように、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一種以上の金属とする。
【００２１】
図２（ａ）、（ｂ）、図３（ａ）、（ｂ）、図４（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２（ａ）においては、窒化アルミニウム部材８と他の部材７との間に接合層２３Ａが形成されている。この接合層２３Ａ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２４を備えている。他の部材７は、セラミックス、またはニッケル以外の前記金属からなっている。
【００２２】
そして、接合層２３Ａの窒化アルミニウム部材８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２５が形成されている。これらの活性金属は主成分に対して固溶しにくく、窒化アルミニウム部材の表面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。
【００２３】
図２（ｂ）の接合層２３Ｂにおいては、連続相２４および活性金属層２５の構成は、図２（ａ）の接合層２３Ａと同じであるが、連続相２４の中に多数の分散相２７が生成している。この分散相２７は、ろう材中の第３成分からなる粒子である。
【００２４】
図３（ａ）に示す接合層２３Ｃにおいては、連続相２６の中に、分散相２７が多数生成している。分散相２７は、ろう材中の第３成分からなる粒子である。連続相２６は、他の部材７の表面に対して接合しているのと共に、窒化アルミニウム部材８の表面８ａ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を生成することを見いだした。この場合には、図２（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８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３（ｂ）に示す連続相２６の主成分はアルミニウムとなり、この連続相２６の中にマグネシウムが固溶している。
【００２５】
図３（ｂ）の接合層２３Ｄ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、他の部材としてニッケル部材２８を使用した。これによって、ニッケル部材２８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２８の表面２８ａに沿って、ニッケル−アルミニウム金属間化合物からなる反応層２９が生成する。
【００２６】
図４（ａ）の接合層２３Ｅにおいては、連続相２６の中に、第３成分の粒子からなる分散相２７と、ニッケル−アルミニウム金属間化合物からなる分散相３０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、図１（ｂ）に示すように窒化アルミニウム部材８の表面８ａに予めニッケル膜１０を形成するか、あるいは、図１（ｃ）に示すように、ろう材からなるシート９の窒化アルミニウム部材８側の表面にニッケル膜２２を形成しておく。
【００２７】
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２６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２６中に分散して分散相３０を生成する。
【００２８】
これと同様のろう材および製造方法を使用した場合に、更に他の部材としてニッケル部材２８を使用すると、図４（ｂ）に示すような微構造を有する接合層２３Ｆが生成する。接合層２３Ｆにおける連続相２６、分散相２７、３０は、それぞれ図４（ａ）に示す接合層２３Ｅ中の連続相および分散相と同様である。更に、ニッケル部材２８の表面２８ａに沿って、ニッケル−アルミニウム金属間化合物からなる反応層２９が生成している。
【００２９】
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３（ａ）、図３（ｂ）、図４（ａ）、図４（ｂ）に述べたものが、この実施形態に該当する。なぜなら、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２（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２５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。
【００３０】
例えば図５（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２４中の金属粒子の表面が腐食する。３７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３７の幅を示す。この際、Ｓｉ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３６となり、この空孔３６は、腐食領域３７よりもかなり奥にも発生する。
【００３１】
この際、本発明者が見いだしたところでは、活性金属層２５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２５に沿って腐食領域３８が連続相２４と窒化アルミニウム部材８との間で層状に生成することが判明した。この腐食領域３８の幅Ｍは、連続相２４の腐食領域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３８によっても、やはり部材７と８との間の接合強度に顕著な低下を招きうる。
【００３２】
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３８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。
【００３３】
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４（ａ）や図４（ｂ）に示すような微構造を有する接合層に対して、図５（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２６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３６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反応層２９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３０も、腐食領域３７中にある分散相３０をも含めて、ほとんど腐食が見られなかった。
【００３４】
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３０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３０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。
【００３５】
ニッケル−アルミニウム金属間化合物には、Ａｌ3 Ｎｉ、Ａｌ3 Ｎｉ2 、ＡｌＮｉおよびＡｌＮｉ3 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形である。
【００３６】
ハロゲン系腐食性ガスとしては、ＣＦ4 、ＮＦ3 、ＣｌＦ3 、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒを例示できる。ＣＦ4 、ＮＦ3 、ＣｌＦ3 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で比較すると、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。
【００３７】
本発明の接合体を構成する窒化アルミニウム部材は、主としてハロゲン系腐食性ガスに対してさらされる部材であるが、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窒化アルミニウム部材が好適である。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
【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６は、静電チャックの構造の一例を示す図である。図６において、１は窒化アルミニウム基板からなる静電チャック本体、４は電極接合部、５は熱電対接合部である。電極接合部４と熱電対接合部５との構造の詳細が図６に示されている。
【００４１】
図６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１２が埋設されている。このメッシュは、窒化アルミニウムヒーターの抵抗発熱体としても使用できるものである。
【００４２】
また、静電チャック本体１には孔部１３が形成されており、孔部１３が、本体１の裏面１ｂに開口しており、孔部１３の底面１３ａに、メッシュ１２の一部分が露出している。そして、ニッケル等の耐蝕性金属からなる端子１４の先端側に、端子１４の他の部分よりも直径が大きな円柱形状の先端部１４ｂが形成されている。この先端部１４ｂの先端面１４ａと、孔部１３の底面１３ａとの間に、本発明のろう材からなるシート１５Ａ、残留応力緩和用のインサート材１６および本発明のろう材からなるシート１５Ｂ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６には、接合前の状態を図示している。
【００４３】
さらに、静電チャック本体１には、本体１の裏面１ｂに開口する孔部１７が形成されており、この孔部１７の底面１７ａに窒化アルミニウムが露出している。孔部１７は孔部１３よりも浅い。また、アルミナフランジ２の内部空間２ａには、熱電対を形成する一対の電極１８が収容されており、この熱電対１８の先端部１８ａの周囲には、熱電対保護用のニッケル製のキャップ１９が設けられている。キャップ１９の外径は、孔部１７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１７の中にキャップ１９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。
【００４４】
そして、キャップ１９の先端面と、孔部１７の底部１７ａとの間に、本発明のろう材からなるシート１５Ｃ、インサート材２１および本発明のろう材からなるシート１５Ｄ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。
【００４５】
図６に示す構造の静電チャックにおいては、次の部分に本発明を適用する。
（ａ）端子１４と窒化アルミニウム部材１との間の接合層
（ｂ）キャップ１９と窒化アルミニウム部材１との間の接合層
【００４６】
なお、図６に示す静電チャックにおける電極接合部４においては、ろう材は、本発明に従って、窒化アルミニウムからなる静電チャック本体１に対して接合するのと共に、本体１内に埋設されている金属製のメッシュ１２に対しても接合している。
【００４７】
【実施例】
以下、具体的な実施例について説明する。
実験１
窒化アルミニウム部材と窒化アルミニウム部材との接合体を製造し、この窒化アルミニウム接合体の強度および耐蝕性を調べた。まず、２つの窒化アルミニウム部材を準備した。次に、図７（ａ）に示すように、２つの窒化アルミニウム部材７Ａと８Ａとの間に、以下の表１に示す組成のろう材からなるシート９Ａを挟み、真空中で、以下の表１に示す所定温度に加熱し、接合体を得た。
【００４８】
その結果、本発明の範囲内のろう材を使用した参考実験例Ｎｏ．１〜２８と本発明の範囲外のろう材を使用した比較実験例Ｎｏ．１〜１３の窒化アルミニウム接合体を得た。なお、参考実験例Ｎｏ．２５、２６は、それぞれ接合前に窒化アルミニウム部材の表面に、チタン膜を３μｍ、１μｍスパッタリングにより形成した。参考実験例Ｎｏ．２７は、接合前にろう材表面にチタン膜を１μｍスパッタリングにより形成した。参考実験例Ｎｏ．２８は、接合前に窒化アルミニウム部材表面にアルミニウム膜を１μｍスパッタリングにより形成した。
【００４９】
得られた参考実験例および比較実験例の窒化アルミニウム接合体の各々から、図７（ｂ）に示すような形態の、寸法３×４×４０ｍｍの４点曲げ試験片を、各例についてそれぞれ複数個作製した。そのうち、各例の試験片の４点曲げ強度を、図７（ｃ）に示すように「ＪＩＳ  Ｒ１６０１」に従って求めた。
【００５０】
その後、残りの試験片について、雰囲気温度４００℃、プラズマ出力１ｋＷ、ＣＦ4 、Ｎ2 Ｏガス中で、１６０ｈｒ暴露の条件で、プラズマ暴露試験を行った。そして、プラズマ暴露試験後の４点曲げ強度を測定した。これと共に、図７（ｄ）に示すように、接合部の断面を顕微鏡で観察した。この際、接合層３２のうちの変色領域３７の長さを測定し、この長さを浸食距離Ｌとした。これらの結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】
0003866320.tif 000002
【００５２】
表１の結果から、参考実験例Ｎｏ．１〜２８は、比較実験例Ｎｏ．１〜１３と比較して、プラズマ暴露試験前後で４点曲げ強度がそれほど変わらず、プラズマ暴露試験後でも十分な４点曲げ強度を有するとともに、浸食距離が短く、耐食性が良好なことがわかった。また、参考実験例の中でも、参考実験例Ｎｏ．１〜７の銅系ろう材および参考実験例Ｎｏ．８〜１４のニッケル系ろう材が特に良好な耐食性を示し、好ましいことがわかった。さらに、参考実験例のうちアルミニウム系のろう材を使用した中でも、参考実験例Ｎｏ．２５〜２８の接合界面に所定の膜を設けた例が、参考実験例Ｎｏ．１９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。
【００５３】
実験２
窒化アルミニウム部材と種々の金属部材との接合体を製造し、この接合体の強度および耐蝕性を調べた。まず、窒化アルミニウム部材と、以下の表２に示す金属部材を準備した。次に、図８（ａ）に示すように、窒化アルミニウム部材４１と金属部材４２との間に、表２に示す組成のろう材からなるシート４３Ａ、インサート材４４およびシート４３Ｂを挟み、真空中で、以下の表２に示す所定温度に加熱した。インサート材４４は、残留応力を緩和するために設けた。これによって接合層５０が生成した。
【００５４】
その結果、本発明の範囲内のろう材を使用した参考実験例Ｎｏ．１〜３１と本発明の範囲外のろう材を使用した比較実験例Ｎｏ．１〜８の接合体を、各例それぞれ複数個得た。なお、参考実験例Ｎｏ．２７、２８は、それぞれ接合前に窒化アルミニウム部材表面にチタン膜を３μｍ、１μｍスパッタリングにより形成した。参考実験例Ｎｏ．２９は、接合前にろう材表面にチタン膜を１μｍスパッタリングにより形成した。参考実験例Ｎｏ．３０は、接合前に窒化アルミニウム部材表面にアルミニウム膜を１μｍスパッタリングにより形成した。また、参考実験例Ｎｏ．１〜３０と比較実験例Ｎｏ．１〜８には、接合時０．６ｇ／ｍｍ2 の荷重を与えたのに対し、参考実験例Ｎｏ．３１のみ接合時に２６．５ｇ／ｍｍ2 の荷重を与えた。
【００５５】
得られた参考実験例および比較実験例の各例について、図８（ｂ）に示すようにして引張試験を実施し、引張強度を求めた。その後、残りの試験片について、参考実験例１と同様のプラズマ暴露試験を行った。そして、プラズマ暴露試験後の引張強度を測定するとともに、参考実験例１と同様に浸食距離を求めた。この結果を、以下の表２に示す。
【００５６】
【表２】
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【００５７】
表２の結果から、参考実験例Ｎｏ．１〜３１は比較実験例Ｎｏ．１〜８と比較して、プラズマ暴露試験前後で引張強度がそれほど変わらず、プラズマ暴露試験後でも十分な引張強度を有するとともに、浸食距離が短く、耐蝕性が高いことがわかった。また、参考実験例のうちアルミニウム系のろう材を使用した中でも、参考実験例Ｎｏ．２７〜３０の接合界面に所定の膜を設けた例が、参考実験例Ｎｏ．２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、参考実験例Ｎｏ．３１の接合時に大きな荷重を与えた例は、参考実験例Ｎｏ．２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。
【００５８】
実験３
窒化アルミニウム部材とニッケル部材との接合体を製造し、この接合体の耐蝕性を調べた。まず、窒化アルミニウム部材とニッケル部材とを準備した。次に、図８（ｃ）に示すように、寸法１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの窒化アルミニウム部材５１と、寸法１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５ｍｍのニッケル部材５２との間に、表３に示す組成のろう材からなる寸法１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．１ｍｍのシート５３を挿入し、真空中、表３に示す所定温度に加熱した。ニッケルは、接合前に、真空中で１０００℃で１時間アニール処理を施すことによって、軟化させ、接合後の残留応力を減少させた。
【００５９】
これらの各例について、それぞれ実験２と同様にして、プラズマ暴露試験前後の各試料について４点曲げ強度を測定した。ただし、このプラズマ暴露試験においては、ＣＦ4 よりもフッ素の解離度が高く、同じ温度およびプラズマ出力下において、腐食力が強いＣｌＦ3 を使用し、プラズマの出力を１ｋＷとし、温度を４５０°とし、暴露時間を２００時間にした。また、浸食距離Ｍを、接合層と窒化アルミニウム部材との界面に沿った層状の浸食領域を含めて測定した。これらの結果を表３に示す。
【００６０】
【表３】
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【００６１】
表３において、参考実験例Ｃ１〜Ｃ６および実施例Ｃ７はアルミニウム合金ろうを使用し、参考実験例Ｃ８〜Ｃ１１は銅合金ろうを使用し、参考実験例Ｃ１２〜Ｃ１５はニッケル合金ろうを使用した結果をそれぞれ示している。これらを比較すると、マグネシウムを添加したアルミニウム合金ろうが、最も良好な耐蝕性を示した。この理由として、活性金属の中で、マグネシウムは、チタン、ジルコニウム、ハフニウムと比較して、ハロゲンガスに対する耐蝕性が良く、更にマグネシウムの場合には、アルミニウム合金中に固溶するのに対して、チタン、ハフニウム、ジルコニウムは、接合界面に偏析するために、浸食速度が速いことが考えられる。
【００６２】
更に、接合前にニッケルメッキをほどこしたもの（実施例Ｃ７）は、極めて良好な耐蝕性を示した。この理由として、ニッケルメッキをろう材の表面に施すことによって、濡れ性が向上し、接合界面の微小な未接合部が低減すること、および接合後のろう材層内に耐蝕性の良好なニッケル−アルミニウム金属間化合物相が分散していることが考えられる。
【００６３】
また、表３に示す実施例Ｃ７について、プラズマ試験前の試料の一部分のセラミックス組織を示す電子顕微鏡写真を図９に示し、その概略説明図を図１０に示す。窒化アルミニウム部材８とニッケル部材２８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２６（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３０（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２７（写真においてアルミニウム層２６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２９の生成も認められる。
【００６４】
また、表３に示す実施例Ｃ７について、プラズマ試験後の試料の一部分のセラミックス組織を示す電子顕微鏡写真を図１１に示し、その概略説明図を図１２に示す。図９、図１０と同様の微構造が認められるが、ただし、第３成分の分散相２７に沿って空孔３６が認められる。空孔３６は、薄灰色の分散相２７に沿って、黒色の細長い部分として写真に現れている。
【００６５】
本発明は、上述した実施例にのみ限定されるものではなく、幾多の変形、変更が可能である。例えば、上述した実験結果においては、窒化アルミニウム部材と接合すべきセラミックス部材の例として、窒化アルミニウム部材の例しかあげなかったが、他のセラミックス部材（例えば緻密質アルミナ）でも同様の効果が得られた。
【００６６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、窒化アルミニウム部材と金属部材またはセラミックス部材との接合体をろう付け法によって製造するのに際して、窒化アルミニウム部材の濡れ性を改善して接合強度を向上させ、ハロゲン系腐食性ガスに対する接合体の耐蝕性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、窒化アルミニウム部材８と他の部材７を接合する前の状態を示す正面図である。
【図２】（ａ）は、窒化アルミニウム部材８と他の部材７とが、連続相２４と活性金属層２５とを含む接合層２３Ａ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８と７とが、連続相２４、分散相２７および活性金属層２５を含む接合層２３Ｂ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３】（ａ）は、部材８と７とが、連続相２６および分散相２７を含む接合層２３Ｃ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８と７とが、連続相２６、分散相２７およびニッケル−アルミニウム金属間化合物からなる反応層２９を含む接合層２３Ｄ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４】（ａ）は、部材８と７とが、連続相２６、分散相２７、３０を含む接合層２３Ｅ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８と７とが、連続相２６、分散相２７、３０および反応層２９を含む接合層２３Ｆ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５】（ａ）は、図２（ｂ）の接合層２３Ｂ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４（ｂ）の接合層２３Ｆ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６】静電チャックの構造の一例を示す断面図である。
【図７】（ａ）は、試験用の窒化アルミニウム部材７Ａと８Ａとを接合する前の状態を示す正面図であり、（ｂ）は、試験用の試料を示す正面図であり、（ｃ）は、この試験用試料を４点曲げ強度試験に供している状態を示す模式図であり、（ｄ）は、浸食距離の測定方法を説明するための模式的断面図である。
【図８】（ａ）、（ｃ）は、窒化アルミニウム部材と金属部材とを接合する接合実験前の状態を示す正面図であり、（ｂ）は、この接合体を引っ張り試験に供する方法を説明するための模式図である。
【図９】本発明の実施例に係る接合体の試料を、ハロゲン系腐食性ガスに対する暴露試験に供する前のセラミックス組織を示す電子顕微鏡写真である。
【図１０】図９の顕微鏡写真を説明するための説明図である。
【図１１】本発明の実施例に係る接合体の試料を、ハロゲン系腐食性ガスに対する暴露試験に供した後のセラミックス組織を示す電子顕微鏡写真である。
【図１２】図１１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  ４  電極接合部  ５  熱電対接合部７  他の部材  ８  窒化アルミニウム部材  ９  ろう材からなるシート  １０、２２  金属膜  ２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ、２３Ｅ、２３Ｆ  接合層２４、２６  連続相  ２５  活性金属層  ２７  第３成分からなる分散相  ２８  ニッケル部材  ２９  ニッケル−アルミニウム金属間化合物からなる反応層３０  ニッケル−アルミニウム金属間化合物からなる分散相  ３７、３８  腐食領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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