特許 7356868 複合部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-27

(45)【発行日】2023-10-05

(54)【発明の名称】複合部材

(51)【国際特許分類】

   C04B 37/02 20060101AFI20230928BHJP

【ＦＩ】

C04B37/02 Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019200593

(22)【出願日】2019-11-05

(65)【公開番号】P2021075401

(43)【公開日】2021-05-20

【審査請求日】2022-08-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100160691

【弁理士】

【氏名又は名称】田邊 淳也

(72)【発明者】

【氏名】若園 誠

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 陽一

【審査官】有田 恭子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１３０６０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１８８３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０６０１０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１９８９７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１３３５７７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０４Ｂ ３７／００－３７／０２

Ｈ０１Ｌ ２１／６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複合部材であって、
第１の方向に略直交する表面を有するセラミック部材と、
前記セラミック部材の表面に設けられるメタライズパッドと、
前記メタライズパッドの表面に配置された非活性ロウ材を介して、前記メタライズパッドと接合される金属部材と、を備え、
前記第１の方向に平行な、前記メタライズパッドの中心軸および前記金属部材の中心軸を含む断面において、
前記非活性ロウ材と前記セラミック部材の表面との間に形成される隙間は、２μｍよりも小さい部分を有し、
前記第１の方向に略直交する方向である第２の方向における、前記メタライズパッドの断面幅をＬ_mとし、前記金属部材の断面幅をＬ_pとすると、
Ｌ_p×０．５＜Ｌ_m＜Ｌ_pであり、
かつ、
前記メタライズパッドの中心軸と前記金属部材の中心軸との間の距離をＤ_Lとすると、
０＜Ｄ_L＜１／２×（Ｌ_p－Ｌ_m）である、
ことを特徴とする複合部材。

【請求項2】

複合部材であって、
第１の方向に略直交する表面を有するセラミック部材と、
前記セラミック部材の表面に設けられるメタライズパッドと、
前記メタライズパッドの表面に配置された非活性ロウ材を介して、前記メタライズパッドと接合される金属部材と、を備え、
前記第１の方向に平行な、前記メタライズパッドの中心軸および前記金属部材の中心軸を含む断面において、
前記第１の方向に略直交する方向である第２の方向における、前記メタライズパッドの断面幅をＬ _m とし、前記金属部材の断面幅をＬ _p とすると、
Ｌ _p ×０．５＜Ｌ _m ＜Ｌ _p であり、
かつ、
前記メタライズパッドの中心軸と前記金属部材の中心軸との間の距離をＤ _L とすると、
１／４×（Ｌ _p －Ｌ _m ）＜Ｄ _L ＜１／２×（Ｌ _p －Ｌ _m ）である、
ことを特徴とする複合部材。

【請求項3】

請求項２に記載の複合部材であって、
前記断面において、前記非活性ロウ材と前記セラミック部材の表面との間に形成される隙間は、２μｍよりも小さい部分を有する、
ことを特徴とする複合部材。

【請求項4】

請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の複合部材であって、
前記セラミック部材の表面のうち、前記非活性ロウ材が配置されている部分の算術平均粗さＲａは、０．５～３．０μｍである、
ことを特徴とする複合部材。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の複合部材であって、
前記金属部材は、
本体部と、
前記第１の方向において、前記本体部と前記セラミック部材との間に位置し、前記非活性ロウ材を介して、前記メタライズパッドと接合される応力緩和部材と、を含んでおり、
前記応力緩和部材は、前記非活性ロウ材によって覆われている、
ことを特徴とする複合部材。

【請求項6】

請求項５に記載の複合部材であって、
前記応力緩和部材を構成する材料の熱膨張係数は、前記セラミック部材を構成する材料の熱膨張係数より大きく、前記本体部を構成する材料の熱膨張係数より小さい、
複合部材。

【請求項7】

複合部材であって、
第１の方向に略直交する表面を有するセラミック部材と、
円形形状を有し、前記セラミック部材の表面に設けられるメタライズパッドと、
前記第１の方向に略平行な軸心を有する円筒形状の金属部材であって、前記メタライズパッドの表面に配置された非活性ロウ材を介して、前記メタライズパッドと接合される前記金属部材と、を備え、
前記非活性ロウ材と前記セラミック部材の表面との間に形成される隙間は、２μｍよりも小さい部分を有し、
前記メタライズパッドの直径をＲ_mとし、前記金属部材の直径をＲ_pとすると、
Ｒ_p×０．５＜Ｒ_m＜Ｒ_pであり、
かつ、
前記メタライズパッドの中心軸と前記金属部材の中心軸との間の距離をＤ_Rとすると、
０＜Ｄ_R＜１／２×（Ｒ_p－Ｒ_m）である、
ことを特徴とする複合部材。

【請求項8】

複合部材であって、
第１の方向に略直交する表面を有するセラミック部材と、
円形形状を有し、前記セラミック部材の表面に設けられるメタライズパッドと、
前記第１の方向に略平行な軸心を有する円筒形状の金属部材であって、前記メタライズパッドの表面に配置された非活性ロウ材を介して、前記メタライズパッドと接合される前記金属部材と、を備え、
前記メタライズパッドの直径をＲ _m とし、前記金属部材の直径をＲ _p とすると、
Ｒ _p ×０．５＜Ｒ _m ＜Ｒ _p であり、
かつ、
前記メタライズパッドの中心軸と前記金属部材の中心軸との間の距離をＤ _R とすると、
１／４×（Ｒ _p －Ｒ _m ）＜Ｄ _R ＜１／２×（Ｒ _p －Ｒ _m ）である、
ことを特徴とする複合部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複合部材に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、セラミック部材と金属部材とがロウ材によって接合されている複合部材が知られている（例えば、特許文献１）。このような複合部材では、一般的に、ロウ材と接合しやすいメタライズパッドがセラミック部材の表面に配置される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特願２００７－２５０１９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、チタンを含む活性ロウ材を用いてセラミック部材と金属部材とを接合した場合、活性ロウ材がメタライズパッドだけではなくセラミック部材とも化学的に結合するため、温度変化によって複合部材が変形すると、セラミック部材に熱応力によるクラックが発生するおそれがあった。また、セラミック部材と化学的に結合しない非活性ロウ材を用いてセラミック部材と金属部材とを接合した場合、金属部材がセラミック部材に対して所定位置からずれて配置されるとメタライズパッドの表面が露出し、メタライズパッドが酸化するおそれがあった。

【0005】

本発明は、複合部材において、セラミック部材でのクラックの発生を抑制しつつ、メタライズパッドの酸化を抑制する技術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】

【0006】

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

【0007】

（１）本発明の一形態によれば、複合部材が提供される。この複合部材は、第１の方向に略直交する表面を有するセラミック部材と、前記セラミック部材の表面に設けられるメタライズパッドと、前記メタライズパッドの表面に配置された非活性ロウ材を介して、前記メタライズパッドと接合される金属部材と、を備え、前記第１の方向に平行な、前記メタライズパッドの中心軸および前記金属部材の中心軸を含む断面において、前記第１の方向に略直交する方向である第２の方向における、前記メタライズパッドの断面幅をＬ_mとし、前記金属部材の断面幅をＬ_pとすると、Ｌ_p×０．５＜Ｌ_m＜Ｌ_pであり、かつ、前記メタライズパッドの中心軸と前記金属部材の中心軸との間の距離をＤ_Lとすると、０＜Ｄ_L＜１／２×（Ｌ_p－Ｌ_m）である。

【0008】

この構成によれば、セラミック部材と金属部材とは、セラミック部材と化学的な結合をしない非活性ロウ材、および、メタライズパッドを介して接合される。これにより、複合部材の温度が変化するときセラミック部材に作用する熱応力が小さくなるため、熱応力によるセラミック部材でのクラックの発生を抑制することができる。また、メタライズパッドの中心軸と金属部材の中心軸を通る断面における、メタライズパッドの断面幅Ｌ_mと、金属部材の断面幅Ｌ_pと、メタライズパッドと金属部材の中心軸間の距離Ｄ_Lは、上述した関係となっている。これにより、メタライズパッドと非活性ロウ材との接合面積を大きくしつつ、メタライズパッドに対して金属部材がずれて配置されてもメタライズパッドの露出が抑制される。したがって、大気中の酸素によるメタライズパッドの酸化を抑制することができる。

【0009】

（２）上記形態の複合部材において、前記断面において、前記非活性ロウ材と前記セラミック部材の表面との間に形成される隙間は、２μｍよりも小さい部分を有していてもよい。この構成によれば、非活性ロウ材とセラミック部材の表面とは係合しやすくなるため、アンカー効果によって複合部材の引張強度が向上する。これにより、複合部材の破損を抑制することができる。

【0010】

（３）上記形態の複合部材において、前記セラミック部材の表面のうち、前記非活性ロウ材が配置されている部分の算術平均粗さＲａは、０．５～３．０μｍであってもよい。この構成によれば、非活性ロウ材とセラミック部材との係合によるアンカー効果が発揮されやすくなるとともに、セラミック部材の表面の微小な凹凸に非活性ロウ材が充填されやすくなる。これにより、セラミック部材と金属部材との引張強度がさらに向上するため、複合部材の破損を抑制することができる。

【0011】

（４）上記形態の複合部材において、前記金属部材は、本体部と、前記第１の方向において、前記本体部と前記セラミック部材との間に位置し、前記非活性ロウ材を介して、前記メタライズパッドと接合される応力緩和部材と、を含んでおり、前記応力緩和部材は、前記非活性ロウ材によって覆われていてもよい。この構成によれば、非活性ロウ材に覆われている応力緩和部材は、大気との接触が抑制される。これにより、大気中の酸素による応力緩和部材の酸化を抑制することができるため、金属部材の耐久性の低下を抑制することができる。

【0012】

（５）上記形態の複合部材において、前記応力緩和部材を構成する材料の熱膨張係数は、前記セラミック部材を構成する材料の熱膨張係数より大きく、前記本体部を構成する材料の熱膨張係数より小さくてもよい。この構成によれば、応力緩和部材の熱膨張係数を、セラミック部材の熱膨張係数と本体部の熱膨張係数との間の値にすることで、複合部材の温度が変化するときにセラミック部材に作用する熱応力を緩和することができる。したがって、複合部材の破損を抑制することができる。

【0013】

（６）本発明の別の形態によれば、複合部材が提供される。この複合部材は、第１の方向に略直交する表面を有するセラミック部材と、円形形状を有し、前記セラミック部材の表面に設けられるメタライズパッドと、前記第１の方向に略平行な軸心を有する円筒形状の金属部材であって、前記メタライズパッドの表面に配置された非活性ロウ材を介して、前記メタライズパッドと接合される前記金属部材と、を備え、前記メタライズパッドの直径をＲ_mとし、前記金属部材の直径をＲ_pとすると、Ｒ_p×０．５＜Ｒ_m＜Ｒ_pであり、かつ、前記メタライズパッドの中心軸と前記金属部材の中心軸との間の距離をＤ_Rとすると、０＜Ｄ_R＜１／２×（Ｒ_p－Ｒ_m）である。この構成によれば、セラミック部材と金属部材とは、セラミック部材と化学的な結合をしない非活性ロウ材を介して接合されるため、熱応力によるセラミック部材でのクラックの発生を抑制することができる。また、円形形状を有するメタライズパッドの直径Ｒ_mと、円筒形状を有する金属部材の直径Ｒ_pと、メタライズパッドと金属部材の中心軸間の距離Ｄ_Rは、上述した関係となっている。これにより、メタライズパッドと非活性ロウ材との接合面積を大きくしつつ、第１の方向に略直交する方向においてメタライズパッドに対して金属部材がずれて配置されてもメタライズパッドの露出は抑制されるため、大気中の酸素によるメタライズパッドの酸化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１実施形態の加熱部材の全体断面図である。

【図2】加熱部材の下面図である。

【図3】第１セラミック部材と電極端子部との接合部分の断面図である。

【図4】第１セラミック部材とロウ材とが接触する部分の断面図である。

【図5】複合部材の評価試験結果を示した図である。

【図6】複合部材の評価試験に用いたサンプルの第１模式図である。

【図7】複合部材の評価試験に用いたサンプルの第２模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の加熱部材１の全体断面図である。図２は、本実施形態の加熱部材１の下面図である。図３は、第１セラミック部材１０と電極端子部３０との接合部分の断面図である。図１は、図２のＢ－Ｂ線断面図でもあり、図３は、図１のＡ部拡大図でもある。本実施形態の加熱部材１は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学的気相成長法）、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：物理的気相成長法）、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：原子層堆積法）などにおいて、半導体ウェハ３を加熱するために利用されるセラミックヒータである。加熱部材１は、第１セラミック部材１０と、メタライズパッド１５と、第２セラミック部材２０と、ヒータ電極部２５と、電極端子部３０とを備える。

【0016】

第１セラミック部材１０は、セラミック材料、例えば、窒化アルミニウムとイットリウムを含む酸化物から形成される円形形状を有する板状部材であり、ウェハ載置面１１と、裏面１２とを形成する。ウェハ載置面１１は、第１セラミック部材１０の一方の主面に形成されており、半導体ウェハ３が載置される。裏面１２は、第１セラミック部材１０において、ウェハ載置面１１を形成する一方の主面と反対側の主面に形成されている。裏面１２には、複数の凹部１３が形成されている。加熱部材１では、図２に示すように、４個の凹部１３が第１セラミック部材１０の中心付近において、等間隔で円形状に配置されるように形成されている。第１セラミック部材１０の内部には、ビア電極を含む内部配線１０ａと、ヒータ電極部２５が配置されている。なお、本実施形態では、裏面１２に略直交する直線が延びる方向を、第１の方向とする。ここで、「略直交」とは、厳密な意味での直交ではなく、一見して直交していると認識できる程度の関係も含む。第１セラミック部材１０は、特許請求の範囲の「セラミック部材」に相当する。

【0017】

メタライズパッド１５は、第１セラミック部材１０の裏面１２に設けられる。具体的には、メタライズパッド１５は、第１セラミック部材１０の裏面１２に形成されている４個の凹部１３のそれぞれの底面部１４に配置されている（図１および図３参照）。本実施形態では、メタライズパッド１５は、円形形状を有している。

【0018】

第２セラミック部材２０は、セラミック材料、例えば、窒化アルミニウムから形成される柱状部材であり、本実施形態では、断面が円環形状の中空筒状に形成されている。第２セラミック部材２０は、第１セラミック部材１０の裏面１２から第１の方向に延びる状態で、第１セラミック部材１０に固定されている。具体的には、第２セラミック部材２０は、第１セラミック部材１０の裏面１２に形成されている４個の凹部１３が、第２セラミック部材２０の内側を通して視認できる位置に固定されている（図２参照）。

【0019】

ヒータ電極部２５は、図１に示すように、第１セラミック部材１０の内部に配置されている部材である。ヒータ電極部２５は、インナヒータ２６と、アウタヒータ２７を有する。インナヒータ２６は、タングステンやモリブデンから形成されている渦巻き形状の部材であって、第１セラミック部材１０の中心部分に配置されている。インナヒータ２６は、通電によって、第１セラミック部材１０に載置されている半導体ウェハ３の主に中心部分を加熱する。アウタヒータ２７は、インナヒータ２６と同様に、タングステンやモリブデンから形成されている渦巻き形状の部材であって、第１セラミック部材１０において、インナヒータ２６の外側に配置されている。アウタヒータ２７は、通電によって、第１セラミック部材１０に載置されている半導体ウェハ３の主に外周部分を加熱する。加熱部材１では、インナヒータ２６の通電量とアウタヒータ２７の通電量を制御することで、ウェハ載置面１１に載置されている半導体ウェハ３を均一に加熱することができる。

【0020】

電極端子部３０は、図１に示すように、第２セラミック部材２０の内側に配置されており、第１セラミック部材１０の内部配線１０ａおよびメタライズパッド１５を介して、図示しない外部電源とヒータ電極部２５とを電気的に接続する。加熱部材１は、図２に示すように、４個の凹部１３のそれぞれに対応する４個の電極端子部３０を備えており、２個の電極端子部３０がインナヒータ２６に接続し、残りの２個の電極端子部３０がアウタヒータ２７に接続する。電極端子部３０は、電極端子４０と、応力緩和部材５０を備える。電極端子４０と応力緩和部材５０は、特許請求の範囲の「金属部材」に相当する。

【0021】

電極端子４０は、応力緩和部材５０とロウ材６０を介して、メタライズパッド１５に接合される金属製の棒状部材である。電極端子４０は、図１に示すように、第２セラミック部材２０の内壁部２１に沿って、第１の方向に延びる状態で、メタライズパッド１５に接合される。加熱部材１では、電極端子４０は、ニッケルから、第１の方向に略平行な軸心を有する円筒形状に形成されており、軸心に垂直な断面の形状は、円形形状となっている。ここで、「略平行」とは、厳密な意味での平行だけでなく、一見して平行と認識できる程度の関係も含む。電極端子４０は、特許請求の範囲の「本体部」に相当する。

【0022】

応力緩和部材５０は、第１の方向において、第１セラミック部材１０と電極端子４０との間に位置している。本実施形態では、応力緩和部材５０を構成する材料の熱膨張係数は、第１セラミック部材１０を構成するセラミック材料の熱膨張係数より大きく、電極端子４０を構成するニッケルの熱膨張係数より小さい。具体的には、応力緩和部材５０は、タングステンや、コバール、鉄とニッケルの合金、鉄とクロムの合金、コバルトなど、室温での熱膨張率が比較的小さい材料から形成されている。応力緩和部材５０は、断面形状が円形形状となるように形成されており、図３に示すように、断面の直径が電極端子４０の直径より大きい。応力緩和部材５０は、ロウ材６０を介して、メタライズパッド１５に接合される。応力緩和部材５０は、加熱部材１の温度変化による、第１セラミック部材１０と電極端子４０との変形の度合いの違いを緩和し、熱応力による加熱部材１の破損を抑制する。

【0023】

ロウ材６０は、メタライズパッド１５の電極端子部３０側の接合面１６、および、第１セラミック部材１０の底面部１４に配置されている。ロウ材６０は、チタンが含まれていない非活性ロウ材であるため、メタライズパッド１５と化学的に結合するが、第１セラミック部材１０とは化学的に結合しない特性を有する。ここで、化学的に結合している状態を「接合」という。すなわち、加熱部材１では、メタライズパッド１５の接合面１６に配置されているロウ材６０は、メタライズパッド１５と接合している一方、第１セラミック部材１０の底面部１４に配置されているロウ材６０は、第１セラミック部材１０と接合しておらず、係合によって物理的に結合していることとなる。これにより、熱応力による第１セラミック部材１０でのクラックの発生を抑制することができる。

【0024】

図４は、第１セラミック部材１０とロウ材６０とが接触する部分の断面図である。図４は、図３のＣ部拡大図でもある。加熱部材１は、第１の方向に略平行な、メタライズパッド１５の中心軸Ｃ_mと応力緩和部材５０の中心軸Ｃ_pを含む断面（図３参照）において、第１セラミック部材１０の底面部１４に配置されているロウ材６０の底面部１４側の表面部６１と、第１セラミック部材１０の底面部１４の間に形成される隙間は、２μｍよりも小さい部分を有する。具体的には、ロウ材６０の表面部６１と第１セラミック部材１０の底面部１４の間には、例えば、図４に示す隙間Ｓ１、Ｓ２のように、大きさが２μｍより小さい部分がある。これにより、第１セラミック部材１０とロウ材６０とは係合しやすくなるため、アンカー効果によって加熱部材１における第１セラミック部材１０と電極端子４０との間の引張強度が向上することができる。

【0025】

また、第１セラミック部材１０の底面部１４のうち、図４に示すようにロウ材６０が配置されている部分の算術平均粗さＲａは、０．５～３．０μｍである。これにより、第１セラミック部材１０とロウ材６０が係合によってアンカー効果が発揮されやすくなるとともに、底面部１４の微小な凹凸にロウ材６０が充填されやすくなる（例えば、図４のＳ３部）。これによっても、加熱部材１における第１セラミック部材１０と電極端子４０との間の引張強度が向上することができる。

【0026】

本実施形態では、ロウ材６０は、応力緩和部材５０の全体を覆っている（図３参照）。具体的には、ロウ材６０は、応力緩和部材５０の外面のうち、第１セラミック部材１０の底面部１４に対向する上面５１と、電極端子４０の第１セラミック部材１０側の端面４１に対向する下面５２と、上面５１と下面５２を接続する側面５３のそれぞれを覆っている。応力緩和部材５０は、このように、耐酸化性が高いロウ材６０に覆われているため、大気中の酸素と接触しにくくなっており、応力緩和部材５０の酸化を抑制することができる。

【0027】

次に、本実施形態の電極端子部３０の特徴について説明する。図３に示すメタライズパッド１５の中心軸Ｃ_mと、応力緩和部材５０の中心軸Ｃ_pを含む断面において、メタライズパッド１５の直径を直径Ｒ_mとし、応力緩和部材５０の直径を直径Ｒ_pとする。このとき、メタライズパッド１５の直径Ｒ_mと応力緩和部材５０の直径Ｒ_pとの関係は、式（１）で表される。
Ｒ_p×０．５＜Ｒ_m＜Ｒ_p ・・・（１）

【0028】

また、図３に示す断面において、メタライズパッド１５の中心軸Ｃ_mと応力緩和部材５０の中心軸Ｃ_pとの間の距離を距離Ｄ_Rとすると、メタライズパッド１５の直径Ｒ_mと応力緩和部材５０の直径Ｒ_pと距離Ｄ_Rとの関係は、式（２）で表される。
０＜Ｄ_R＜１／２×（Ｒ_p－Ｒ_m） ・・・（２）

【0029】

本実施形態の加熱部材１は、式（１）および式（２）の関係を満たしている。これにより、加熱部材１は、メタライズパッド１５の中心軸Ｃ_mに略直交する第２の方向において電極端子部３０がずれて配置されても、大気中の酸素によるメタライズパッド１５の酸化を抑制することができる。具体的には、第１の方向視において、少なくともメタライズパッド１５の外周部１７が、ロウ材６０で覆われることが好ましい（図３参照）。これにより、メタライズパッド１５では、ロウ材６０によって大気中の酸素との接触が抑制される。より好ましくは、メタライズパッド１５の全面が、ロウ材６０で覆われることが好ましい。

【0030】

次に、本実施形態の加熱部材１における第１セラミック部材１０と電極端子部３０との接合について、セラミック部材と金属部材とを接合した複合部材を用いた評価試験の結果を説明する。本評価試験では、複合部材において、セラミック部材と金属部材との相対位置や、セラミック部材に設けられるメタライズパッドやロウ材の形状などが、複合部材に与える影響について評価した。

【0031】

本評価試験で用いたサンプルは、以下に述べるシート積層法を用いて作製した。
（Ａ）グリーンシート用スラリーの作製
窒化アルミニウム粉末１００重量部と、酸化イットリウム（イットリア、Ｙ₂Ｏ₃）粉末０．５重量部と、アクリル系バインダ２０重量部とに、分散剤および可塑剤を適量加えた混合物を作製した。この混合物とトルエンなどの有機溶剤とを加え、ボールミルにて２０時間混合し、グリーンシート用スラリーを作製した。
（Ｂ）グリーンシートの作製
キャスティング装置を用いて、（Ａ）で作製したグリーンシート用スラリーをシート状に成形し、乾燥させることで、グリーンシートを作製した。
（Ｃ）メタライズペーストの作製
タングステンやモリブデンなどの粉末と、タングステンとモリブデンに対して調量された窒化アルミニウムの粉末と、アクリル系バインダやテルピネオールなどの有機溶剤を混合したメタライズペーストを作製した。
（Ｄ）ビア電極の形成
（Ｂ）で作製した複数のグリーンシートのそれぞれの所定の位置に貫通孔を形成した。形成した貫通孔の一部に（Ｃ）で作製したメタライズペーストを印刷することで、ビア電極を形成した。
（Ｅ）電極パターンの形成
（Ｂ）、（Ｄ）で作製したグリーンシートの一部に、（Ｃ）で作製したメタライズペーストを用いて、メタライズ層を印刷し、ヒータ電極部、内部配線、および、メタライズパッドとなる電極パターンを形成した。
（Ｆ）グリーンシート積層体の作製
（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｅ）で作製したグリーンシートを、複数枚、例えば、２０枚圧着し、必要に応じて外周を切断することで、厚み約８ｍｍのグリーンシート積層体を作製した。さらに、マシニングによって、グリーンシート積層体の周囲を切削加工し、円板状の成形体を作製した。
（Ｇ）積層体の脱脂、焼成
（Ｆ）で作製したグリーンシート積層体について、４５０～６００℃の範囲で脱脂を行った後、焼成を行うことでセラミックス部材を作製した。
（Ｈ）セラミックス部材と金属部材の接合
（Ｇ）で作製したセラミックス部材のメタライズパッドと金属部材が有する応力緩和部材との間に、ニッケル系ロウ材を挟み込み、真空炉を用いて、真空中で、１０～４０分間、９５０～１１５０℃の温度の範囲で加熱する。これにより、セラミックス部材と金属部材とのロウ付けを行った。

【0032】

図５は、複合部材の評価試験結果を示した図である。図６は、複合部材の評価試験に用いたサンプルの第１模式図である。図７は、複合部材の評価試験に用いたサンプルの第２模式図である。図５に示す評価項目は、以下の方法によって評価した。
・引張強度
サンプルのセラミック部材と金属部材に対して、セラミック部材と金属部材とが離れる方向である第１の方向に引っ張る力を印加し、破断したときの力の大きさを評価した。メタライズパッドの直径が５ｍｍの場合、１１００Ｎ以上を「◎最も高い」とし、１１００Ｎ未満１０００Ｎ以上を「○高い」とし、１０００Ｎ未満９００Ｎ以上を「△少し低い」とし、９００Ｎ未満を「×低い」とした。
・クラックの有無
サンプルのセラミック部材の断面を観察して評価した。
・メタライズパッドの耐酸化性
サンプルを５５０℃の大気中に１０００時間曝した後、金属部材と、メタライズパッドに電気的に接続するビア電極との間における電気抵抗の大きさを評価した。電気抵抗が１Ω未満のサンプルを耐酸化性が「〇高い」とし、１Ω以上のサンプルを耐酸化性が「×低い」とした。
・金属部材の耐酸化性
サンプルを６００℃の大気中に１０００時間曝した後、金属部材の断面を観察し評価した。金属部材の断面に、直径３０μｍ以上の異物が確認できないサンプルを耐酸化性が「○高い」とし、直径３０μｍ以上の異物が生じているサンプルを耐酸化性が「×低い」とした。異物が生じている場合、異物が存在する領域を微小ＸＲＤで測定することによって、その異物が金属部材に含まれる金属元素の酸化物であることを確認することが可能である。

【0033】

サンプル１では、ロウ材６０ｓは、セラミック部材１０ｓの凹部１３ｓの底面部１４ｓ、および、メタライズパッド１５ｓの接合面１６ｓに配置されており、セラミック部材１０ｓの底面部１４ｓのうちロウ材６０ｓが配置される表面部分１４ａの算術平均粗さＲａは、０．５μｍより小さい。また、ロウ材６０ｓは、本実施形態の加熱部材１の応力緩和部材５０に相当する金属部材３０ｓの全体を覆っている。サンプル１では、金属部材３０ｓの直径Ｒ_pとメタライズパッド１５の直径Ｒ_mは、Ｒ_p×０．５＜Ｒ_m＜Ｒ_pの関係となっている。また、図６（ａ）に示すように、金属部材３０ｓは、メタライズパッド１５ｓに対して少しずれており、具体的には、メタライズパッド１５ｓの中心軸Ｃ_mと金属部材３０ｓの中心軸Ｃ_pとの間の距離Ｄ_Rが、金属部材３０ｓの直径Ｒ_pとメタライズパッド１５の直径Ｒ_mとの差の１／４より小さい状態となっている。すなわち、距離Ｄ_Rは、０＜Ｄ_R＜１／２×（Ｒ_p－Ｒ_m）となっている。

【0034】

このサンプル１では、図５に示すように、セラミック部材１０ｓと金属部材３０ｓとの間の引張強度は比較的高く、また、セラミック部材１０ｓにクラックはないことが明らかとなった。また、図６（ａ）に示す程度に、金属部材３０ｓがメタライズパッド１５ｓに対して少しずれていても、メタライズパッド１５ｓは、ロウ材６０ｓによって覆われるため酸化しにくく、耐酸化性は高いことがわかった。また、サンプル１では、金属部材３０ｓは、全体がロウ材６０ｓによって覆われているため、大気中の酸素との接触が抑制され、金属部材３０ｓの耐酸化性は高いことがわかった。

【0035】

サンプル２（図６（ｂ）参照）では、金属部材３０ｓの直径Ｒ_pとメタライズパッド１５の直径Ｒ_mは、Ｒ_p×０．５＜Ｒ_m＜Ｒ_pの関係となっているものの、サンプル１と比較して金属部材３０ｓが、メタライズパッド１５ｓに対して大きくずれている。具体的には、メタライズパッド１５ｓの中心軸Ｃ_mと金属部材３０ｓの中心軸Ｃ_pとの間の距離Ｄ_Rが、金属部材３０ｓの直径Ｒ_pとメタライズパッド１５の直径Ｒ_mとの差の１／４より大きく、１／２より小さい状態となっている。すなわち、距離Ｄ_Rは、０＜Ｄ_R＜１／２×（Ｒ_p－Ｒ_m）となっている。このように、金属部材３０ｓがメタライズパッド１５ｓに対して比較的大きくずれているサンプル２でも、距離Ｄ_Rが金属部材３０ｓの直径Ｒ_pとメタライズパッド１５の直径Ｒ_mとの差の１／２より小さければ、引張強度は比較的高くなることが明らかとなった。また、サンプル２でも、メタライズパッド１５ｓはロウ材６０ｓによって覆われるため、メタライズパッド１５ｓの耐酸化性は高くなることが明らかとなった。

【0036】

サンプル３（図６（ｃ）参照）では、金属部材３０ｓの直径Ｒ_pとメタライズパッド１５の直径Ｒ_mは、Ｒ_p×０．５＜Ｒ_m＜Ｒ_pの関係となっており、メタライズパッド１５ｓの中心軸Ｃ_mと金属部材３０ｓの中心軸Ｃ_pとの間の距離Ｄ_Rは、０＜Ｄ_R＜１／２×（Ｒ_p－Ｒ_m）となっている。サンプル３は、サンプル１と比較して、金属部材３０ｓの側面３０ａの一部３０ｂがロウ材６０ｓによって覆われておらず、露出している。このため、サンプル３では、図５に示すように、ロウ材６０ｓによる金属部材３０ｓの被覆が不十分なため、金属部材３０ｓが大気中の酸素と反応し酸化しやすく、金属部材３０ｓの耐酸化性が低下することが明らかとなった。

【0037】

サンプル４では、金属部材３０ｓの直径Ｒ_pとメタライズパッド１５の直径Ｒ_mは、Ｒ_p×０．５＜Ｒ_m＜Ｒ_pの関係となっており、メタライズパッド１５ｓの中心軸Ｃ_mと金属部材３０ｓの中心軸Ｃ_pとの間の距離Ｄ_Rは、０＜Ｄ_R＜１／２×（Ｒ_p－Ｒ_m）となっている。サンプル４（図６（ｄ）参照）は、サンプル１と比較して、セラミック部材１０ｓの表面部分１４ａの算術平均粗さＲａが、０．５～３．０μｍとなっている（図５参照）。これにより、セラミック部材１０ｓとロウ材６０ｓとは係合しやすくなるため、アンカー効果によって複合部材におけるセラミック部材１０ｓと金属部材３０ｓとの間の引張強度が向上する。また、図６（ｄ）に示すように、ロウ材６０ｓがセラミック部材１０ｓの表面部分１４ａの微小な凹凸に充填されやすくなるため、複合部材におけるセラミック部材１０ｓと金属部材３０ｓとの間の引張強度がさらに向上する。したがって、サンプル４の引張強度は、サンプル１に比べ向上し、今回の評価試験に用いたサンプルの中で最も高くなることが明らかとなった（図５参照）。

【0038】

サンプル５では、金属部材３０ｓの直径Ｒ_pとメタライズパッド１５の直径Ｒ_mは、Ｒ_p×０．５＜Ｒ_m＜Ｒ_pの関係となっており、メタライズパッド１５ｓの中心軸Ｃ_mと金属部材３０ｓの中心軸Ｃ_pとの間の距離Ｄ_Rは、０＜Ｄ_R＜１／２×（Ｒ_p－Ｒ_m）となっている。サンプル５（図６（ｅ）参照）は、サンプル１と比較して、セラミック部材１０ｓの表面部分１４ａの算術平均粗さＲａが、３．０μｍより大きい。この場合であっても、サンプル５は、セラミック部材１０ｓと金属部材３０ｓとの間の引張強度は比較的高くなることが明らかとなった（図５参照）。

【0039】

サンプル６およびサンプル７（図７（ａ）と図７（ｂ）参照）は、ロウ材６０ｓとして活性ロウ材を使用しているサンプルである。このため、サンプル６およびサンプル７では、ロウ材６０ｓとセラミック部材１０ｓの表面部分１４ａとが化学的に結合している。サンプル６およびサンプル７では、複合部材の温度変化、例えば、セラミック部材１０ｓと金属部材３０ｓとを接合した後に降温するとき、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、熱膨張差によってセラミック部材１０ｓにクラック１０ｃが発生する。このとき、クラック１０ｃは、ロウ材６０ｓの端部に化学的に結合しているセラミック部材１０ｓの表面部分１４ｂから発生する（図７（ａ）と図７（ｂ）参照）。このため、サンプル６およびサンプル７では、引張強度が低くなることが明らかとなった（図５参照）。

【0040】

サンプル８（図７（ｃ）参照）では、メタライズパッド１５ｓの直径Ｒ_mが金属部材３０ｓの直径Ｒ_pより大きい。このため、サンプル８では、金属部材３０ｓがメタライズパッド１５ｓに対してずれると、メタライズパッド１５ｓが露出しやすくなる。メタライズパッド１５ｓが露出すると、メタライズパッド１５ｓが大気中の酸素に触れて酸化しやすいため、メタライズパッド１５ｓの耐酸化性は低くなる（図５参照）。

【0041】

サンプル９（図７（ｄ）参照）では、メタライズパッド１５ｓの直径Ｒ_mが金属部材３０ｓの直径Ｒ_pの０．５倍より小さい。このため、メタライズパッド１５ｓとロウ材６０ｓとの接合面積が比較的狭くなるため、セラミック部材１０ｓと金属部材３０ｓとの間の引張強度は比較的低くなることが明らかとなった（図５参照）。

【0042】

サンプル１０（図７（ｅ）参照）では、金属部材３０ｓの直径Ｒ_pとメタライズパッド１５の直径Ｒ_mは、Ｒ_p×０．５＜Ｒ_m＜Ｒ_pの関係となっており、メタライズパッド１５ｓの中心軸Ｃ_mと金属部材３０ｓの中心軸Ｃ_pとの間の距離Ｄ_Rは、０＜Ｄ_R＜１／２×（Ｒ_p－Ｒ_m）となっている。サンプル１０では、ロウ材６０ｓがセラミック部材１０ｓの表面部分１４ａ上に配置されていない。このため、サンプル１０では、ロウ材６０ｓとセラミック部材１０ｓの表面部分１４ａとによるアンカー効果が得られないため、引張強度は、、ロウ材６０ｓがセラミック部材１０ｓの表面部分１４ａ上に配置され、ロウ材６０の表面部６１と第１セラミック部材１０の底面部１４の間に形成される隙間が２μｍよりも小さい部分を有している場合と比較して、低くなることが明らかとなった（図５参照）。

【0043】

以上説明した、本実施形態の加熱部材１によれば、第１セラミック部材１０と電極端子部３０とは、第１セラミック部材１０と化学的な結合をしない非活性ロウ材であるロウ材６０を介して接合される。これにより、加熱部材１の温度が変化するとき第１セラミック部材１０に作用する熱応力が小さくなるため、熱応力による第１セラミック部材１０でのクラック（例えば、図７（ａ）および図７（ｂ）に示す符号１０ｃ）の発生を抑制することができる。また、メタライズパッド１５の直径Ｒ_mと、電極端子部３０の直径Ｒ_pと、メタライズパッド１５と電極端子部３０の中心軸間の距離Ｄ_Rとの関係は、式（３）および式（４）のようになっている。
Ｒ_p×０．５＜Ｒ_m＜Ｒ_p ・・・（３）
０＜Ｄ_R＜１／２×（Ｒ_p－Ｒ_m） ・・・（４）
これにより、メタライズパッド１５とロウ材６０との接合面積を大きくしつつ、第１セラミック部材１０に設けられているメタライズパッド１５に対して電極端子部３０がずれて配置されてもメタライズパッド１５は露出しない。したがって、大気中の酸素によるメタライズパッド１５の酸化を抑制することができる。

【0044】

また、本実施形態の加熱部材１によれば、図４に示すように、ロウ材６０の表面部６１と第１セラミック部材１０の底面部１４の間に形成される隙間Ｓ１、Ｓ２は、２μｍよりも小さい部分を有している。これにより、ロウ材６０と第１セラミック部材１０とは係合しやすくなるため、アンカー効果によって加熱部材１の引張強度が向上する。したがって、加熱部材１の破損を抑制することができる。

【0045】

また、本実施形態の加熱部材１によれば、第１セラミック部材１０の底面部１４のうち、ロウ材６０が配置されている部分の算術平均粗さＲａは、０．５～３．０μｍとなっている。これにより、ロウ材６０と第１セラミック部材１０との係合によるアンカー効果が発揮されやすくなるとともに、図４に示すように、第１セラミック部材１０の底面部１４の微小な凹凸にロウ材６０が充填されやすくなる。したがって、第１セラミック部材１０と電極端子部３０との引張強度が向上するため、加熱部材１の破損を抑制することができる。

【0046】

また、本実施形態の加熱部材１によれば、電極端子部３０は、電極端子４０と、加熱部材１の第１の方向において、電極端子４０と第１セラミック部材１０との間に位置し、ロウ材６０を介して、メタライズパッド１５に接合される応力緩和部材５０と、を含んでいる。この応力緩和部材５０は、ロウ材６０によって覆われており、大気中の酸素との接触が抑制される。これにより、応力緩和部材５０の酸化を抑制することができるため、電極端子部３０の耐久性の低下を抑制することができる。

【0047】

また、本実施形態の加熱部材１によれば、応力緩和部材５０を構成する材料の熱膨張係数は、第１セラミック部材１０を構成する材料の熱膨張係数より大きく、電極端子４０の熱膨張係数より小さい。これにより、加熱部材１の温度が変化するときに第１セラミック部材１０に作用する熱応力を緩和することができる。したがって、加熱部材１の破損を抑制することができる。

【0048】

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0049】

［変形例１］
上述の実施形態では、「複合部材」は、半導体ウェハ３を加熱するために利用されるセラミックヒータであるとした。しかしながら、「複合部材」はこれに限定されない。例えば、静電チャックなど、セラミック部材と、セラミック部材の表面に設けられるメタライズパッドと、ロウ材を介してメタライズパッドと接合されている金属部材を備える部材であってもよい。

【0050】

［変形例２］
上述の実施形態では、メタライズパッド１５は、円形形状に形成されており、応力緩和部材５０が、円筒形状に形成されているとした。しかしながら、メタライズパッド１５および応力緩和部材５０の形状は、これに限定されない。例えば、断面形状が矩形状であってもよい。第１セラミック部材のメタライズパッドが設けられる表面に略直交する第１の方向に略平行な、メタライズパッドの中心軸および応力緩和部材の中心軸を含む断面において、第１の方向に略直交する方向である第２の方向におけるメタライズパッドの断面幅をＬ_mとし、金属部材の断面幅をＬ_pとし、メタライズパッドの中心軸と前記金属部材の中心軸との間の距離をＤ_Lとすると、以下の式（５）および式（６）の関係が成り立てばよい。
Ｌ_p×０．５＜Ｌ_m＜Ｌ_p ・・・（５）
０＜Ｄ_L＜１／２×（Ｌ_p－Ｌ_m） ・・・（６）

【0051】

［変形例３］
上述の実施形態では、図４に示す断面において、ロウ材６０と第１セラミック部材１０との間に形成される隙間Ｓ１、Ｓ２は、２μｍよりも小さい部分を有するとした。しかしながら、２μｍよりも小さい部分を有していなくてもよい。ロウ材６０と第１セラミック部材１０とが化学的に結合していなければよい。また、図７（ｅ）に示すサンプル１０のように、ロウ材６０は、メタライズパッド１５の接合面１６にのみ配置されていてもよい。

【0052】

［変形例４］
上述の実施形態では、第１セラミック部材１０の底面部１４のうち、ロウ材６０が配置されている部分の算術平均粗さＲａは、０．５～３．０μｍであるとした。しかしながら、この部分の算術平均粗さＲａは、０．５～３．０μｍに限定されない。

【0053】

［変形例５］
上述の実施形態では、電極端子部３０は、電極端子４０と応力緩和部材５０とを含んでいるとした。しかしながら、電極端子４０がロウ材６０を介してメタライズパッド１５と直接接合してもよい。

【0054】

［変形例６］
上述の実施形態では、応力緩和部材５０は、ロウ材６０に覆われているとした。しかしながら、応力緩和部材５０は、ロウ材６０に覆われていなくてもよい。

【0055】

［変形例７］
上述の実施形態では、応力緩和部材５０を構成する材料の熱膨張係数は、第１セラミック部材１０を構成するセラミック材料の熱膨張係数より大きく、電極端子４０を構成するニッケルの熱膨張係数より小さいとした。しかしながら、応力緩和部材５０の熱膨張係数は、これに限定されない。

【0056】

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

【符号の説明】

【0057】

１…加熱部材
３…半導体ウェハ
１０…第１セラミック部材
１０ａ…内部配線
１０ｃ…クラック
１０ｓ…セラミック部材
１１…ウェハ載置面
１２…裏面
１３，１３ｓ…凹部
１４，１４ｓ…底面部
１４ａ，１４ｂ…表面部分
１５，１５ｓ…メタライズパッド
１６，１６ｓ…接合面
１７…外周部
２０…第２セラミック部材
２１…内壁部
２５…ヒータ電極部
２６…インナヒータ
２７…アウタヒータ
３０…電極端子部
３０ａ…側面
３０ｂ…一部
３０ｓ…金属部材
４０…電極端子
４１…端面
５０…応力緩和部材
５１…上面
５２…下面
５３…側面
６０，６０ｓ…ロウ材
６１…表面部
Ｃ_m，Ｃ_p…中心軸
Ｄ_R，Ｄ_L…距離
Ｒ_m，Ｒ_p…直径
Ｌ_m，Ｌ_p…断面幅
Ｓ１，Ｓ２…隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】