(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部材と、この金属部材の少なくとも一部を収容する収容孔を備えているセラミックス部材との接合構造であって、前記金属部材が前記収容孔内に収容されており、少なくとも前記金属部材の底面側で前記収容孔の側壁面と前記金属部材との間に幅０．２ｍｍ以上の間隙部が設けられており、前記金属部材と前記セラミックス部材とを接合する接合層が前記金属部材の底面と前記収容孔の底面との間に形成されており、かつこの接合層の一部分が前記収容孔の底面を被覆するように前記間隙部に露出していることを特徴とする、金属部材とセラミックス部材との接合構造。
【請求項２】
金属部材と、この金属部材の少なくとも一部を収容する収容孔を備えているセラミックス部材との接合構造であって、前記金属部材が前記収容孔内に収容されており、前記金属部材が、本体とこの本体から前記収容孔の底面側へと突出している前記本体よりも横断面方向の寸法が小さい先端部とを備えており、前記先端部、前記本体、前記収容孔の側壁面および前記収容孔の底面によって包囲された間隙部が形成されており、前記金属部材と前記セラミックス部材とを接合する接合層が前記金属部材の底面と前記収容孔の底面との間に形成されており、かつこの接合層の一部分が前記収容孔の底面を被覆するように前記間隙部に露出していることを特徴とする、金属部材とセラミックス部材との接合構造。
【請求項３】
前記収容孔の幅方向に見た前記間隙部の寸法が０．２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項２記載の金属部材とセラミックス部材との接合構造。
【請求項４】
前記間隙部に露出した前記接合層が、前記金属部材の前記先端部の側壁面に対して濡れている第一の隆起部分と、前記セラミックス部材の前記収容孔の側壁面に対して濡れている第二の隆起部分と、前記第一の隆起部分および前記第二の隆起部分の間に形成されている陥没部分を備えていることを特徴とする、請求項２または３記載の金属部材とセラミックス部材との接合構造。
【請求項５】
金属部材と、この金属部材の少なくとも一部を収容する収容孔を備えているセラミックス部材との接合構造を製造する方法であって、前記金属部材を前記収容孔内へと収容し、少なくとも前記金属部材の底面側で前記収容孔の側壁面と前記金属部材との間に幅０．２ｍｍ以上の間隙部を設け、前記金属部材と前記収容孔の底面との間に接合用材料を介在させ、前記接合用材料を加熱して前記金属部材の底面と前記収容孔の底面との間に接合層を形成し、この接合層の一部分を前記収容孔の底面を被覆するように前記間隙部に露出させることを特徴とする、金属部材とセラミックス部材との接合構造の製造方法。
【請求項６】
金属部材と、この金属部材の少なくとも一部を収容する収容孔を備えているセラミックス部材との接合構造を製造する方法であって、前記金属部材が、本体と、この本体から前記収容孔の底面側へと突出している前記本体よりも横断面方向の寸法が小さい先端部とを備えており、この金属部材を前記先端部側から前記収容孔内へと収容し、この際前記先端部と前記収容孔の底面との間に接合用材料を介在させ、前記先端部、前記本体、前記収容孔の側壁面および前記収容孔の底面によって間隙部を形成し、少なくとも前記接合用材料を加熱して前記金属部材の底面と前記収容孔の底面との間に接合層を形成し、この接合層の一部分を前記収容孔の底面を被覆するように前記間隙部に露出させることを特徴とする、金属部材とセラミックス部材との接合構造の製造方法。
【請求項７】
前記収容孔の幅方向に見た前記間隙部の寸法を０．２ｍｍ以下とすることを特徴とする、請求項６記載の金属部材とセラミックス部材との接合構造の製造方法。
【請求項８】
前記収容孔の底面から見た前記接合層の最大高さが１．０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項７記載の金属部材とセラミックス部材との接合構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、セラミックス部材と金属部材との接合構造およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
窒化アルミニウムは、高熱伝導性、高電気絶縁性、低熱膨張性、低誘電率特性等の特性を有していることから、高出力半導体素子用基板材料といった種々の用途に使用されている。特に、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ー、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】
従来、セラミックス部材を金属部材に対して接合する方法としては、セラミックス部材と金属部材との間にろう材を介在させ、ろう材を加熱して溶融させることで、接合させることが知られている。しかし、金属用のろう材は多数知られているが、セラミックス部材、特に非酸化物系セラミックスに対しては、いずれのろう材も濡れ性が悪い。このため、非酸化物系セラミックス部材を金属部材等に対して接合するためのろう材としては、ろう材の濡れ性を改善するために、チタン、ジルコニウム等の活性金属を含有するろう材が使用されている。例えば、「窒化アルミニウムと金属の接合」（中尾  嘉邦、「軽金属溶接」Ｖｏｌ．３１  １９９３年  Ｎｏ．８  第３５９頁〜３６５頁）によれば、窒化アルミニウムを銅と接合するためのろう材として、Ａｇ−Ｃｕ系合金、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系合金といった各種の合金が試験されてきており、これらの合金からなるろう材の中に、活性金属として、チタン、ジルコニウム、ニオブ、ハフニウム、バナジウムを含有させることが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、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ー、静電チャックおよび高周波電極を製造するのに際して、窒化アルミニウムや窒化珪素等からなる基体に機械加工によって孔を形成し、この孔に内部の金属電極を露出させ、この孔に円柱状の金具を挿入し、金具の先端面をろう付けすることを提案した（特願平７−２１６５７号明細書）。
【０００５】
しかし、本発明者が更に検討を進めるのにつれて、次の問題が生ずることが判明した。即ち、初期においては所定の接合強度および導電性を確保することには成功したが、室温と６００℃の間での熱サイクル試験と６００℃での長期間の保持試験を行ったところ、収容孔の側壁面の周囲に、窒化アルミニウム基体の方にクラックが発生し、あるいはこのクラックが進展することがあった。
【０００６】
本発明の課題は、セラミックス部材の収容孔に金属部材の少なくとも一部を収容し、金属部材とセラミックス部材とを接合する形態の接合構造において、セラミックス部材に残留する応力を減少させ、接合体を高温と低温との間の熱サイクルに供したり、あるいは高温で長期間保持した場合にも、セラミックス部材の方にクラックや破損が発生するおそれをなくすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る接合構造は、金属部材と、この金属部材の少なくとも一部を収容する収容孔を備えているセラミックス部材とを接合するものであり、金属部材が収容孔内に収容されており、金属部材の底面側で収容孔の側壁面と金属部材との間に幅０．２ｍｍ以上の間隙部が設けられており、金属部材とセラミックス部材とを接合する接合層が金属部材の底面と収容孔の底面との間に形成されており、かつこの接合層の一部分が収容孔の底面を被覆するように間隙部に露出していることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る接合構造は、金属部材と、この金属部材の少なくとも一部を収容する収容孔を備えているセラミックス部材との接合に際して、金属部材が収容孔内に収容されており、金属部材が、本体とこの本体から収容孔の底面側へと突出している前記本体よりも横断面方向の寸法が小さい先端部とを備えており、先端部、本体、収容孔の側壁面および収容孔の底面によって包囲された間隙部が形成されており、金属部材とセラミックス部材とを接合する接合層が金属部材の底面と収容孔の底面との間に形成されており、かつこの接合層の一部分が収容孔の底面を被覆するように間隙部に露出していることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、金属部材と、金属部材の少なくとも一部を収容する収容孔を備えているセラミックス部材との接合構造を製造するのに際して、金属部材を収容孔内へと収容し、少なくとも金属部材の底面側で収容孔の側壁面と金属部材との間に幅０．２ｍｍ以上の間隙部を設け、金属部材と収容孔の底面との間に接合用材料を介在させ、接合用材料を加熱して金属部材の底面と収容孔の底面との間に接合層を形成し、接合層の一部分を底面を被覆するように前記間隙部に露出させることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、金属部材と、金属部材の少なくとも一部を収容する収容孔を備えているセラミックス部材との接合構造を製造するのに際して、金属部材が、本体と、本体から収容孔の底面側へと突出している、本体よりも横断面方向の寸法が小さい先端部とを備えており、金属部材を先端部側から収容孔内へと収容し、この際先端部と収容孔の底面との間に接合用材料を介在させ、先端部、本体、収容孔の側壁面および収容孔の底面によって間隙部を形成し、少なくとも接合用材料を加熱して金属部材の底面と収容孔の底面との間に接合層を形成し、この接合層の一部分を底面を被覆するように間隙部に露出させることを特徴とする。
【００１１】
以下、図１〜図４を参照しつつ、本発明の課題解決手段について詳細に説明する。
【００１２】
本発明者は、まず、図１（ａ）に示すような形態のセラミックス部材１に対して金属部材２を接合する実験を行った。ここで、セラミックス部材１中には、後述するような網状電極５が埋設され、一体焼結されている。部材１の背面２０側に円形の凹部１ｃを形成し、凹部１ｃの内側に、横断面が略円形の収容孔６を形成する。本例では、円柱形状の金属部材２を収容孔６内に収容するのに先立って、収容孔６の底面６ｂおよび側壁面６ｃの底面側部分を覆うように金属箔４を形成した。従って金属箔４は、底面６ｂを覆う水平部分４ａと、側壁面６ｃの底面側を覆う垂直部分４ｂとを含む。
【００１３】
金属部材２の底面２ｂと収容孔の底面６ｂとを対向させ、これらの間に平板形状のろう材７を介在させた。金属部材２の側壁面２ａと収容孔６の側壁面６ｃとの間の間隙の大きさｔを、できるだけ少なくすることによって、金属部材２に対して加わる曲げ応力を緩和する構造を採用した。
【００１４】
この状態でろう付けを行うことによって、図１（ｂ）に示すように、金属部材２とセラミックス部材１とを接合層８によって接合することに成功した。しかし、接合後に熱サイクル試験や高温での保持試験を行うと、ほぼ３０で示すようなクラックが発生することがあった。この接合構造のうち金属部材２の角部付近を拡大して図２に示す。
【００１５】
本発明者はこの理由について検討したが、この過程で、ろう材の一部分が金属部材２と収容孔の側壁面６ｃとの僅かな隙間を上昇することに着目した。即ち、ろう付け時には、ろう材７に流動性が生ずるために、金属部材２に加えられる若干の荷重や金属部材２の自重によって、ろう材が流動して収容孔の周縁部分へと向かう。この際、金属部材２と収容孔の側壁面との間のクリアランスは可能な限り小さくされており、通常は０．０５ｍｍ以下である。このため、ろう材がクリアランスを高い位置まで上昇する。即ち、接合層８のうち８ａは金属部材の底面２ｂと収容孔の底面６ｂとの間に形成されるが、８ｂは金属部材の側壁面２ａと収容孔の側壁面６ｃとの間に形成される。
【００１６】
しかし、ろう付け材直後の冷却時には、ろう材とセラミックス部材１との熱膨張差に由来する引っ張り応力が、細長い接合層８ｂの長さ方向へと向かって、セラミックス部材内に働く。しかも、この接合層８ｂは金属部材２によっても強く拘束されているので、ろう材とセラミックス部材との熱膨張差による応力を逃がすことができない。このためにセラミックス部材に残留応力があり、これによって熱サイクル時または高温保持時にセラミックス部材内にクラック３０が発生し、または既に存在するクラック３０が進展するものと考えられる。
【００１７】
なお、図２においては、金属部２の角部材に面取り部材２ｃが形成されており、また収容孔６の角部６ａには加工上の都合からアール６ａが生成している。また、１１は、接合層６ｃの最上部を示す。
【００１８】
本発明者は、この接合構造を更に検討し、典型的には図３（ａ）、（ｂ）および図４に示すような形態の接合構造を想到した。即ち、金属部材１２の本体１２ｆは略円形とするが、本体１２ｆの先端側に、収容孔の幅方向に見た寸法が小さい、即ち直径が小さい先端部１２ｄを形成する。即ち、先端部１２ｄの横の方にはリング状の凹部１２ｃを形成する。
【００１９】
収容孔６の底面６ｂ上を被覆するように金属箔３３を形成する。この際金属箔３３の両端は、収容孔のアール６ａまでは被覆するが、収容孔６の側壁面６ｃまでは形成されないようにする。金属箔３３上に円盤形状のろう材１３を配置する。
【００２０】
金属部材１２を収容孔６内に収容し、先端部１２ｄの底面１２ｂをろう材１３に対して対向させる。この状態でろう付けを行うことによって、図３（ｂ）に示すように、金属部材の底面１２ｂと収容孔の底面６ｂとの間に接合層１６を形成する。金属部材の本体１２ｆの側壁面１２ａと収容孔の側壁面６ｃとの間の隙間１５の大きさｔは、金属部材１２が挿入可能な範囲で可能な限り小さくする。
【００２１】
図３の接合構造の主要部を、図４に拡大して示す。本体１２ｆ、先端部１２ｄ、収容孔の底面６ｂおよび側壁面６ｃによって、間隙部１４が生ずる。金属部材の底面１２ｂと収容孔の底面６ｂとの間に接合層１６ａが形成されるが、このろう材の一部は、流動の結果、金属部材の底面１２ｂから間隙部１４の方へと向かって流れる。このとき、間隙部１４には収容孔の底面６ｂの周縁部分とアール６ａと側壁面６ｃとが露出しているので、ろう材は、この順序で、収容孔への露出面を濡らすように流れる。
【００２２】
この際、ろう材は先端部１２ｄの側壁面１２ｅに対して濡れ易いので、側壁面１２ｅに沿って若干上昇する。この結果、金属部材の側壁面１２ｅに沿って延びる第一の隆起部分１６ｂが生成する。また、金属箔３３を収容孔の底面６ｂの全体にわたって、アール６ａをも含んで被覆するように形成することによって、底面６ｂがその周縁部を含んでろう材によって濡れやすくなり、この結果側壁面６ｃに沿ってろう材が濡れる。従って側壁面に沿って少し上昇したろう材によって隆起部分１６ｄが形成され、隆起部分１６ｂと１６ｄとの間に陥没部分１６ｃが形成される。
【００２３】
こうした構造を有する接合体は、図１、図２の接合構造と同じ材質を使用した場合であっても、熱サイクル等に対する耐久性が極めて高く、セラミックス部材１の内部にクラックが発生しないことが判明した。この理由は、図１（ｂ）、図２に示す構造とは異なり、間隙部１４内に露出する接合層は、こうしたセラミックス部材と金属部材との間に強固に拘束された細長い形態とはならず、接合層の表面が間隙部１４内に露出するためと考えられる。このため、ろう材とセラミックス部材との間の熱膨張差が生じても、これはろう材の流動や変形によって吸収される。
【００２４】
しかも、第一の隆起部分と第二の隆起部分との間に陥没部分を有するような形態の接合層を採用することによって、金属部材１２に図４において水平方向に向かって応力が加わった場合に、隆起部分１６ｂおよび１６ｄによってこの応力が受けられるので、この方向の応力に対する接合強度が一層向上する。しかも、これらの隆起部分１６ｂと１６ｄとの間には陥没部分１６ｃを設け、この部分における接合層を厚さを小さくすることによって、接合層からセラミックス部材加わる残留応力も小さくできる。
【００２５】
本発明の作用効果を良好に奏するためには、金属部材の側壁面と収容孔の側壁面との距離ｕは０．２ｍｍ以上とする必要があった。本発明の前記作用効果を一層向上させるためには、これを０．５ｍｍ以上とすることが好ましい。一方、前記距離が大きくなりすぎると、接合層が収容孔の側壁面６ｃまで到達しにくくなり、この結果、金属部材に対して収容孔の幅方向に向かって応力が加わったときに金属部材が剥離し易くなる。このため、前記距離は１０ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００２６】
この際、金属部材の側壁面と収容孔の側壁面との間は、接合部分から収容孔の出口までの全体にわたって一定値にすることも可能であり、この接合構造によっても前記の作用効果は達成することができる（この場合には、金属部材の横断面方向の寸法が一定であるので、寸法の小さい先端部および間隙部１４は生成しない）。しかし、この場合には収容孔の側壁面と金属部材の側壁面との間の隙間が大きいことから、金属部材に対して収容孔の幅方向に向かって応力が加わったときに金属部材が剥離し易くなる。
【００２７】
このため、前記の間隙部を設ける方が好ましい。この際、金属部材１２の側壁面１２ａと収容孔６の側壁面６ｃとの距離ｔを０．１ｍｍ以下とすることによって、金属部材に対して収容孔の幅方向に向かって応力が加わったときに、この応力を大きく緩和することができる。ただし、ｔが小さすぎる場合には、収容孔中に金属部材を挿入する工程の実施が難しくなってくるので、ｔは０．０２ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００２８】
収容孔６の深さ方向に見た間隙部１４の寸法ｓは、特に制限はないが、０．５〜５ｍｍとすることが好ましい。
【００２９】
本発明においては、セラミックス部材の収容孔の底面に、セラミックス部材の内部の金属部材の一部分を露出させて金属露出部を部分的に形成し、セラミックス部材とろう材とを接合させるのと共に、セラミックスの間から露出している金属露出部をも、ろう材と接合させることができる。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を、一層向上させることができる。こうした特異な接合構造を採用すれば、たとえセラミックス部材がろう材によって濡れにくいような場合でも、強固な接合力を得ることができる。
【００３０】
ここで、図３（ｂ）および図４においては、収容孔６の底面６ｂに、セラミックス部材の内部の金属５の一部分が露出し、金属露出部５Ａを部分的に形成している。セラミックス部材１と接合層１６ａとを接合させるのと共に（接合部分９）、金属露出部５Ａをも接合層１６ａと接合させることができる（接合部分１０）。
【００３１】
本発明において、セラミックス部材の材質は限定されないが、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、サイアロン等の非酸化物系セラミックス、更には窒化物系セラミックスに対して特に好適である。また、金属部材の材質も特に限定されないが、ニッケル、モリブデン、タングステン、白金、ロジウムおよびこれらの合金のような、高融点金属が特に好適である。
【００３２】
ろう材の化学組成は特に限定されない。しかし、セラミックス部材そのものに対して、良好な接合力ないし濡れ易さを有するろう材が好ましい。特に、ハロゲン系腐食性ガスに対してさらされる用途の接合体においては、セラミックス部材として、緻密質アルミナ部材または窒化アルミニウム部材を使用することが好ましいが、この場合には、主成分がＣｕ、Ｎｉ、ＡｇおよびＡｌからなる群より選ばれた一種以上の金属からなり、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ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０．３〜１０重量％（好ましくは５重量％以下）含有しているろう材が好ましいが、活性金属は必須ではない。
【００３３】
主成分の含有割合は、ろう材の全重量を１００重量％とした場合に、活性成分および活性成分以外の添加成分の含有割合を１００重量％から差し引いた残部である。しかし、主成分は、５０重量％以上含有されている必要があり、その上限は９９．５重量％である。特に、主成分がＡｌからなるろう材を用いると、低温で接合するため、接合後の熱応力が小さくなる。また、活性金属からなる箔を用いる場合は、ろう材として純金属を用いることができる。
【００３４】
活性金属の配合量が０．３重量％未満であると、濡れ性が悪くなり、接合しない場合がある。５０重量％を超えると、接合界面の反応層が厚くなり、クラックが発生する場合がある。
【００３５】
活性金属以外の添加成分としては、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。
【００３６】
また、活性金属以外の添加成分の合計の配合量は、５０ｗｔ％を超えると、金属間化合物が多くなり、接合界面にクラックが発生する場合があるため、５０ｗｔ％以下であると好ましい。この添加成分は含有されていなくとも良い。
【００３７】
マグネシウムを１〜２重量％含有しており、かつ珪素を９〜１２重量％含有しているアルミニウム合金ろうが、濡れ性の向上の観点から最も好ましい。
【００３８】
また、接合にあたり、収容孔の底面に、または収容孔の底面に対向しているろう材の表面に、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、メッキおよび金属箔の挿入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。また、接合にあたり、収容孔の底面に、または収容孔の底面に対向しているろう材の表面に、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、メッキおよび金属箔の挿入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、０．５〜５μｍとすることが好ましい。
【００３９】
セラミックス部材の内部に電極を埋設する形態においては、セラミックス部材中に抵抗発熱体を埋設したセラミックスヒーター、セラミックス部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、セラミックス部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、セラミックス部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。
【００４０】
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。
【００４１】
【実施例】
図５は、本発明を静電チャックに対して適用した実施例を示す断面図である。２１は、円盤形状のセラミックス部材からなる静電チャック本体である。このような、高周波電極を有する静電チャックは、ハロゲン系腐食性ガス雰囲気下で使用されることが多く、このような腐食性雰囲気下では、窒化アルミニウムまたは緻密質のアルミナが耐食性があることがわかっているため、セラミックス部材は窒化アルミニウムまたは緻密質アルミナで形成することが好ましい。
【００４２】
２２は、電極接合部である。本体１の内部の背面２１ｂ側の近傍には、網状電極ないしメッシュ３１が埋設されている。このメッシュ３１は、抵抗発熱体や静電チャック用電極として使用できるものである。静電チャック本体１には収容孔２６が形成されており、収容孔２６が背面２１ｂに開口している。２１は半導体ウエハー設置面である。
【００４３】
収容孔２６の底面２６ａに、メッシュ３１の一部分が露出しており、金属露出部を形成している。ニッケル等の耐蝕性金属からなる端子２４の先端側に、端子２４の他の部分よりも直径が大きな円柱形状の金属部材２５が形成されている。金属部材２５の本体２５ｆは略円形とするが、本体の先端側に、収容孔の幅方向に見た直径が小さい先端部２５ｄを形成する。先端部２５ｄの横の方にはリング状の凹部２５ｃを形成する。
【００４４】
収容孔の底面２６ａを被覆するように金属箔３３を形成する。金属箔３３上に円盤形状のろう材１３を配置する。
【００４５】
金属部材２５を収容孔２６内に収容し、先端部２５ｄの底面２５ｂをろう材１３に対して対向させる。この状態でろう付けを行う。本体２５ｆ、先端部２５ｄ、収容孔の底面２６ａおよび収容孔の側壁面２６ｂによって、間隙部１４が生ずる。なお、図面中、２５ａは金属部材２５の側壁面である。
【００４６】
また、２３は、熱電対の接合部である。静電チャック本体１には、収容孔２６よりも若干小さい深さを有する収容孔３０が形成されており、収容孔３０が背面２１ｂに開口している。
【００４７】
熱電対を形成する一対の電極２８の先端部２８ａの周囲には、熱電対保護用のニッケル製のキャップ２９（金属部材の一例）が設けられており、キャップ２９の雌ねじ２９ｅに対して電極２８の雄ねじ２８ａをはめ込む。キャップ２９の外径は、収容孔３０の内径より若干小さくなるように設計されている。キャップ２９の先端側に、キャップ２９の収容孔の幅方向に見た直径が小さい先端部２９ｄを形成する。先端部２９ｄの横の方にはリング状の凹部２９ｃを形成する。
【００４８】
収容孔の底面３０ａを被覆するように金属箔３３を形成する。金属箔３３上に円盤形状のろう材１３を配置する。
【００４９】
キャップ２９を収容孔３０内に収容し、先端部２９ｄの底面２９ｂをろう材１３に対して対向させる。この状態でろう付けを行う。本体２９ｆ、先端部２９ｄ、収容孔の底面３０ａおよび収容孔の側壁面３０ｂによって、間隙部１４が生ずる。なお、図面中、２９ａはキャップ２９の側壁面である。
【００５０】
特に、２２においては、金属露出部として網状構造を採用しているために、接合層には、平面的に見て、セラミックスと接触する部分と金属露出部と接触する部分とが交互に形成されているために、より一層強固な接合が達成される。
【００５１】
以下、更に具体的な実験結果について述べる。
（本発明例１）
図３および図４を参照しつつ説明した手順に従って、接合体を製造した。ただし、セラミックス部材としては、モリブデン製のメッシュが埋設された相対密度９９％以上の窒化アルミニウム基体を使用した。窒化アルミニウム基体の背面側に直径５ｍｍ（図３におけるｍ）、深さ８ｍｍの収容孔６を設け、メッシュ５を収容孔の底面に露出させた。収容孔のアール６ａの曲率半径Ｒは０．５ｍｍとした。
【００５２】
直径５ｍｍのチタン箔（厚さ５μｍ）３３と、直径（図３におけるｒ）４．５ｍｍ、厚さ２００μｍの銀板１３とを使用した。長さ５ｍｍの端子（金属部材の一例）１２を収容孔内に挿入した。端子１２の中心には、接合後にトルク試験を実施できるように、Ｍ３のネジ穴が深さ２ｍｍに加工されている。ただし、図３において、ｕを０．５ｍｍとし、ｓを２ｍｍとし、ｔを０．０５ｍｍとし、ｑを４．０ｍｍとした。端子１２の中心部分には、直径３ｍｍ、深さ３ｍｍの雌ねじを設けた。端子１２に５０ｇの荷重を加えつつ、真空中で９７０℃で熱処理を行い、ろう付けを行った。
【００５３】
この結果、図４に示すような接合構造が形成された。ここで、隆起部分１６ｂおよび１６ｄの底面６ｂからの高さは０．５ｍｍであり、窒化アルミニウム中にクラックは観察されなかった。
【００５４】
この接合体を２個使用し、それぞれについて真空中で熱サイクル試験を実施した。接合体を室温から６００℃まで加熱し、６００℃で１０分間保持し、室温に下げるのを１サイクルとし、これを１０サイクル実施した。そして、この接合体に６ｋｇ／ｃｍのトルクを負荷し、次いで接合部分の断面を光学顕微鏡で観察したが、接合部分に破断やクラックは生じなかった。
【００５５】
また、この接合体を２個使用し、それぞれについて真空中で高温保持試験をを実施した。接合体を室温から６００℃まで加熱し、６００℃で５０時間保持し、室温に下げた。そして、この接合体に６ｋｇ／ｃｍのトルクを負荷し、次いで接合部分の断面を光学顕微鏡で観察したが、接合部分に破断やクラックは生じなかった。
【００５６】
また、本実施例の接合体の接合部分の断面の光学顕微鏡写真を図６に示す。図４を参照しつつ説明した構造を有していることが判る。
【００５７】
（本発明例２）
本発明例１と同様にして接合体を製造した。ただし、間隙部の幅ｕは０．２ｍｍとした。この結果、図４および図６に示したものと同様の接合構造が形成された。ここで、隆起部分１６ｂおよび１６ｄの底面６ｂからの高さは０．５ｍｍであり、窒化アルミニウム中にクラックは観察されなかった。
【００５８】
この接合体を２個使用し、それぞれについて真空中で前記の熱サイクル試験を実施した。接合部分の断面を光学顕微鏡で観察したが、接合部分に破断やクラックは生じなかった。また、この接合体を２個使用し、それぞれについて真空中で前記の高温保持試験を実施した。接合部分の断面を光学顕微鏡で観察したが、接合部分に破断やクラックは生じなかった。
【００５９】
（本発明例３）
本発明例１と同様にして接合体を製造した。ただし、間隙部の幅ｕは０．８ｍｍとした。この結果、図４および図６に示したものと同様の接合構造が形成された。ここで、隆起部分１６ｂおよび１６ｄの底面６ｂからの高さは０．５ｍｍであり、窒化アルミニウム中にクラックは観察されなかった。
【００６０】
この接合体を２個使用し、それぞれについて真空中で前記の熱サイクル試験を実施した。接合部分の断面を光学顕微鏡で観察したが、接合部分に破断やクラックは生じなかった。また、この接合体を２個使用し、それぞれについて真空中で前記の高温保持試験を実施した。接合部分の断面を光学顕微鏡で観察したが、接合部分に破断やクラックは生じなかった。
【００６１】
（比較例１）
図１および図２を参照しつつ説明した手順に従って、接合体を製造した。ただし、セラミックス部材１、収容孔６は本発明例１と同様とした。
【００６２】
直径５ｍｍのチタン箔（厚さ５μｍ）３３と、直径（図１におけるｐ）４．５ｍｍ、厚さ２００μｍの銀板１３とを使用した。長さ５ｍｍの金属部材２を収容孔内に挿入した。図１において、ｔを０．０５ｍｍとした。部材２の中心部分には、直径３ｍｍ、深さ３ｍｍの雌ねじを設けた。部材２に５０ｇの荷重を加えつつ、真空中で９７０℃で熱処理を行い、ろう付けを行った。
【００６３】
この結果、図２に示すような接合構造が形成された。ここで、接合層の底面６ｂからの最大高さｎ（図１（ｂ）参照）は２ｍｍであった。比較例１の接合体の接合部分の断面の光学顕微鏡写真を図７に示す。図２を参照しつつ説明した構造を有していることが判る。また、窒化アルミニウムの組織内に、細いクラック３０が観察された。
【００６４】
この接合体を２個使用し、それぞれについて前記の熱サイクル試験を実施した。接合部分の断面を光学顕微鏡で観察したところ、接合部分に破断が見られた。また、この接合体を２個使用し、それぞれについて前記の高温保持試験を実施した。接合部分の断面を光学顕微鏡で観察したところ、接合部分に破断が見られた。
【００６５】
（比較例２）
比較例１と同様の手順に従って、接合体を製造した。ただし、図１（ａ）に示すように、直径９ｍｍのチタン箔（厚さ５μｍ）４を使用した。この結果、図２および図７に示したものと同様の接合構造が形成された。ここで、接合層の底面６ｂからの最大高さｎは４ｍｍであった。また、窒化アルミニウムの組織内に、細いクラック３０が観察された。
【００６６】
この接合体を２個使用し、それぞれについて前記の熱サイクル試験を実施した。接合部分の断面を光学顕微鏡で観察したところ、接合部分に破断が見られた。また、この接合体を２個使用し、それぞれについて前記の高温保持試験を実施した。接合部分の断面を光学顕微鏡で観察したところ、接合部分に破断が見られた。
【００６７】
（比較例３）
比較例１と同様の手順に従って、接合体を製造した。ただし、直径５ｍｍのチタン箔（厚さ５μｍ）３３を使用し、かつ端子２の側壁面と収容孔６の側壁面６ｃとの隙間の大きさｔを０．１ｍｍとした。この結果、図２および図７に示したものと同様の接合構造が形成された。ここで、接合層の底面６ｂからの最大高さｎは３ｍｍであった。また、窒化アルミニウムの組織内に、細いクラック３０が観察された。
【００６８】
この接合体を２個使用し、それぞれについて前記の熱サイクル試験を実施した。接合部分の断面を光学顕微鏡で観察したところ、接合部分に破断が見られた。また、この接合体を２個使用し、それぞれについて前記の高温保持試験を実施した。接合部分の断面を光学顕微鏡で観察したところ、接合部分に破断が見られた。
【００６９】
【発明の効果】
以上から判るように、本発明によれば、セラミックス部材の収容孔に金属部材の少なくとも一部を収容し、金属部材とセラミックス部材とを接合する形態の接合構造において、セラミックス部材に残留する応力を減少させ、接合体を高温と低温との間の熱サイクルに供したり、あるいは高温で長期間保持した場合にも、セラミックス部材の方にクラックや破損が発生するおそれをなくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、参考例に係る接合構造を作製する直前の段階を示す断面図であり、（ｂ）は、参考例に係る接合構造を示す断面図である。
【図２】図１（ｂ）の接合構造の主要部分を拡大して示す断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明例に係る接合構造を作製する直前の段階を示す断面図であり、（ｂ）は、本発明例に係る接合構造を示す断面図である。
【図４】図３（ｂ）の接合構造の主要部分を拡大して示す断面図である。
【図５】本発明の接合構造をセラミックス静電チャックの保持構造に適用した実施例を示す断面図である。
【図６】図４の接合構造に対応するセラミックス組織および金属組織を示す光学顕微鏡写真である。
【図７】図２の接合構造に対応するセラミックス組織および金属組織を示す光学顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１  セラミックス部材    １ｃ  円形の凹部    ４  金属箔    ５、３１  網状電極ないしメッシュ    ６、２６、３０  収容孔    ６ｂ、２６ａ、３０ａ  収容孔の底面    ６ｃ、２６ｂ、３０ｂ  収容孔の側壁面    ９  セラミックス部材とろう材との接合部分    １０  金属露出部とろう材との接合部分    １２、２５  金属部材    １２ｃ、２５ｃ、２９ｃ  リング状の凹部  １２ｄ、２５ｄ、２９ｄ  金属部材の先端部    １２ｅ、２５ａ、２９ａ  金属部材の側壁面    １２ｆ、２５ｆ  金属部材の本体    ３３  金属箔    １３円盤形状のろう材    １４  間隙部    １６、１６ａ  接合層    １６ｂ  第一の隆起部分  １６ｃ  陥没部分    １６ｄ  第二の隆起部分    ２１  円盤形状のセラミックス部材からなる静電チャック本体    ２２  電極接合部      ２３  熱電対の接合部    ２９  熱電対保護用のニッケル製のキャップ（金属部材の一例）    ３０  クラック    ｔ  金属部材の側壁面と収容孔の側壁面との距離    ｓ  収容孔の深さ方向に見た間隙部の寸法
【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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