JP2003073177A - セラミック接合装置及びこれを用いたセラミック接合体の製造方法。 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】板状セラミック焼結体に外形の小さな他のセラ
ミック焼結体又は金属を接合するにあたり、板状セラミ
ック焼結体を変形させないように接合することが可能な
セラミック接合装置とこれを用いたセラミック接合体の
製造方法を提供する。 【解決手段】炉体２内に備える台座５上に板状セラミッ
ク焼結体５１を載せるとともに、さらに外形の小さな他
のセラミック焼結体又は金属を載せ、第一の加圧用治具
１８を介して第一の加圧軸１０により板状セラミック焼
結体５１と他のセラミック焼結体又は金属との接合部に
荷重を加えるとともに、第二の加圧用治具２１を介して
第二の加圧軸１３により上記他のセラミック焼結体又は
金属との接合領域を除く板状セラミック焼結体５１の露
出面に荷重を加え、かつ両者の荷重がほぼ等しくなるよ
うにした状態で加熱して両者を接合し、セラミック接合
体を製作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、板状セラミック焼
結体とそれより小さな外形を有する他のセラミック焼結
体又は金属を接合するためのセラミック接合装置とこれ
を用いたセラミック接合体の接合方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】板状セラミック焼結体とそれより小さな
外形を有するセラミック焼結体や金属を接合したセラミ
ック接合体は、さまざまな分野で使用されており、例え
ば、半導体製造装置では、半導体ウエハーを保持するた
めのセラミックヒーターやセラミック製静電チャックの
如きウエハ支持部材に筒状支持体を拡散接合したものが
用いられている。この筒状支持体はウエハ支持部材を真
空処理室内に設置するためのもので、ウエハ支持部材を
形成する板状セラミック焼結体と同種のセラミック焼結
体あるいは熱膨張係数が近似した金属により形成されて
いた。

【０００３】そして、このような板状セラミック焼結体
と、他のセラミック焼結体又は金属を接合する方法とし
ては、例えば、特開平６−２４１６６２号公報に開示さ
れたセラミック接合装置を用いることが提案されてい
る。

【０００４】このセラミック接合装置は、図３に示すよ
うに、被接合物Ｗを収容する炉体３２と、被接合物Ｗの
接合部に荷重を加える加圧軸４０と、この加圧軸４０を
駆動させる加圧機構４１と、加圧軸４０からの力を被接
合物Ｗの接合部に均等にかけるための加圧用冶具４３と
から構成されており、上記炉体３２は、金属製容器３３
内の底面に配置された被接合物Ｗを載せるカーボン製の
台座３７と、この台座３７上の被接合物Ｗを包囲するカ
ーボン製の断熱カバー３４と、この断熱カバー３４内の
側面近傍に配置された発熱体３５とを具備したもので、
ガス排気封入装置３８により上記容器３３内のガスを排
出したり、ガスを充填するとともに、電源装置３６より
通電して発熱体３５を発熱させることで炉体２内を加熱
するようになっていた。

【０００５】また、加圧軸４０は金属製容器３３の上部
壁に設けられたシールガイド４２の貫通穴に気密に挿通
されており、加圧軸４０は油圧シリンダー等の加圧機構
４１によって駆動させ、被接合物Ｗを押圧することがで
きるようになっていた。

【０００６】そして、このセラミック接合装置３１によ
り、板状セラミック焼結体とそれより小さな外形を有す
るセラミック焼結体や金属を接合する場合、上記台座３
７に被接合物Ｗである板状セラミック焼結体を載せると
ともに、この板状セラミック焼結体上に接合剤を介して
外形の小さなセラミック焼結体又は金属を載せた後、発
熱体３５によって炉体３２内を所定の温度に加熱すると
ともに、加圧機構４１によって加圧軸４０を降下させ、
加圧用治具４３を介して板状セラミック焼結体上におか
れたセラミック焼結体又は金属を押圧することにより、
板状セラミック焼結体とそれより小さな外形を有するセ
ラミック焼結体や金属を接合するようになっていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図３に示す
ようなセラミック接合装置３１によって、板状セラミッ
ク焼結体とそれより外形の小さなセラミック焼結体や金
属を接合すると、板状セラミック焼結体が変形したり、
反りが発生することがあり、接合前の寸法精度を保った
状態で接合することができないといった課題があった。

【０００８】即ち、焼結されたセラミック焼結体同士
や、焼結されたセラミック焼結体と金属とを接合するに
は、セラミック焼結体が塑性変形する高温にまで加熱す
る必要があるが、図３に示すセラミック接合装置３１
は、このような高温状態で板状セラミック焼結体と他の
セラミック焼結体又は金属との接合領域のみを加圧する
構造であることから、図４に示すように、板状セラミッ
ク焼結体の加工用治具４３によって押圧される部分が変
形し、その外周部が変形したり、反りが発生していた。

【０００９】その為、板状セラミック焼結体がウエハ支
持部材のように、高い平面精度が要求され、変形や反り
を嫌うものである場合、変形度合いに応じて再度板状セ
ラミック焼結体に研削加工や研磨加工を施さなければな
らず、加工工程が増えるため、作業が煩雑になるととも
に、製造コストが高くなるといった課題があった。

【００１０】また、ウエハ支持部材がセラミックヒータ
ーやセラミック製静電チャックである場合、板状セラミ
ック焼結体中にヒータ用電極や静電吸着用電極が埋設さ
れているのであるが、図３に示すセラミック接合装置３
１によって接合を行うと、板状セラミック焼結体の変形
によってその中に埋設されているヒータ用電極や静電吸
着用電極も変形し、半導体ウエハーを載せる載置面から
ヒータ用電極や静電吸着用電極までの距離を一定に保て
なくなり不良品となるため、製造歩留りが悪いといった
課題があった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで、上記課題に鑑
み、本発明のセラミック接合装置は、板状セラミック焼
結体と、この板状セラミック焼結体より小さな外形を有
するセラミック焼結体又は金属からなる被接合物を載せ
る台座を備えた炉体と、上記板状セラミック焼結体上に
載せたセラミック焼結体又は金属との接合面に荷重を加
える第一の加圧軸と、この第一の加圧軸によって上記板
状セラミック焼結体上に載せたセラミック焼結体又は金
属を押圧する第一の加圧用治具と、上記セラミック焼結
体又は金属との接合領域を除く上記板状セラミック焼結
体の露出面に荷重を加える第二の加圧軸と、この第二の
加圧軸によって上記接合領域を除く板状セラミック焼結
体の露出面を押圧する第二の加圧用治具と、上記第一の
加圧軸及び第ニの加圧軸をそれぞれ独立して駆動させる
加圧機構とから構成したことを特徴とする。

【００１２】また、本発明は、上記セラミック接合装置
を用いて板状セラミック焼結体に外形の小さなセラミッ
ク焼結体又は金属を接合したセラミック接合体を製造す
るにあたり、セラミック接合装置の台座に板状セラミッ
ク焼結体を載せるとともに、この板状セラミック焼結体
上に小さな外形を有するセラミック焼結体又は金属を載
せた後、さらに上記セラミック焼結体又は金属上には第
一の加圧用治具を、上記セラミック焼結体又は金属との
接合領域を除く板状セラミック焼結体の露出面には第二
の加圧用治具をそれぞれ載せ、次いで炉体内を接合温度
に加熱した状態で上記加圧機構により第一の加圧軸を降
下させて第一の加圧用治具を押圧するとともに、上記加
圧機構により第二の加圧軸を降下させて第二の加圧用治
具を押圧し、かつ上記各加圧軸を独立して駆動させて上
記板状セラミック焼結体と外形の小さなセラミック焼結
体又は金属との接合部に加える荷重をＡ、上記接合領域
を除く板状セラミック焼結体の露出面に加える荷重をＢ
とした時、その比率（Ａ／Ｂ）が０．１〜６となるよう
に加圧し、上記板状セラミック焼結体に小さな外形を有
するセラミック焼結体又は金属を接合するようにしたこ
とを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００１４】図１は本発明のセラミック接合装置を示す
概略断面図である。

【００１５】このセラミック接合装置１は、板状セラミ
ック焼結体と、板状セラミック焼結体より小さな外形を
有するセラミック焼結体や金属からなる被接合物Ｓを収
容する炉体２と、上記板状セラミック焼結体上に載せた
セラミック焼結体又は金属との接合部に荷重を加える第
一の加圧軸１０と、この第一の加圧軸１０によって上記
板状セラミック焼結体上に載せたセラミック焼結体又は
金属を押圧する第一の加圧用治具１８と、上記セラミッ
ク焼結体又は金属との接合領域を除く上記板状セラミッ
ク焼結体の露出面に荷重を加える第二の加圧軸１３と、
この第二の加圧軸１３によって上記接合領域を除く板状
セラミック焼結体の露出面を押圧する第二の加圧用治具
２１と、上記第一の加圧軸１０及び第ニの加圧軸１３を
それぞれ独立して駆動させる加圧機構１６，１７とから
なり、上記炉体２は、金属製容器３内の底面に配置した
被接合物Ｓを載せるカーボン製の台座５と、この台座５
上の被接合物Ｓを包囲するカーボン製の断熱カバー４
と、この断熱カバー４内の側面近傍に配置する発熱体６
とから構成してある。

【００１６】また、第一の加圧軸１０及び第二の加圧軸
１３はそれぞれ金属製容器３の上部壁に設けられたシー
ルガイド９の貫通穴に気密に挿通されており、各加圧軸
１０，１３は油圧シリンダー等の加圧機構１６，１７に
よってそれぞれ独立して駆動させ、被接合物Ｓに荷重を
加えるようになっている。

【００１７】ここで、第一の加圧軸１０及び第二の加圧
軸１３は被接合物Ｓの形状に合わせてさまざまな形状を
採用することができ、例えば、セラミック接合体が図２
に示すような円盤状をした板状セラミック焼結体５１
と、この板状セラミック焼結体５１より小さな外形を有
するセラミック焼結体や金属からなるフランジ部５３を
備えた筒状体５２を接合したものである場合、第一の加
圧軸１０としては円柱状体をなし、第二の加圧軸１３と
しては円筒状体をしたものを用いれば良い。

【００１８】また、各加圧軸１０，１３を形成する材質
としては、２０００℃前後の温度にも耐え得るカーボン
を好適に用いることができる。ただし、カーボンは硬度
がそれ程高くなく、摺動部分に用いると摩耗し易いこと
から、図１に示すように、シールガイド９と摺動する軸
後端部１１，１４を超鋼合金やステンレス鋼（ＳＵＳ３
０４）等の金属により形成し、発熱体６によって高温に
加熱される軸先端部１２，１５をカーボンにより形成し
た接合体を用いることが好ましい。

【００１９】さらに、各加圧用治具１８，２１は、被接
合物Ｓの加圧領域の形状に合わせてさまざまな形状を採
用することができ、図２に示すようなセラミック接合体
を製造する場合、第一の加圧用治具１８としては、筒状
体５２のフランジ部５３のほぼ全面を押圧する有底筒状
体１９をしたものが良く、第二の加圧用治具２１として
は、筒状体５２との接合領域を除く板状セラミック焼結
体５１の露出面のほぼ全面を押圧する円筒状体２２をし
たものを用いれば良い。

【００２０】各加圧用治具１８，２１を形成する材質と
しては、加圧軸１０，１３と同様に、２０００℃前後の
温度にも耐え得るカーボンを用いることができるが、被
接合物Ｓとの当接面までカーボンにより形成すると、押
圧時にカーボンが被接合物Ｓに付着して品質低下を招く
ため、図１に示すように、治具本体１９，２２の少なく
とも当接面を含む治具先端部２０，２３をセラミック焼
結体により形成した接合体を用いることが好ましい。

【００２１】なお、７は発熱体６に通電するための電源
装置、８は金属製容器３内にガスを供給したり、容器３
のガスを排出するためのガス排気封入装置である。

【００２２】次に、図２に示すセラミック接合体を図１
に示すセラミック接合装置により製造するための方法に
ついて説明する。

【００２３】まず、台座５上に被接合物Ｓである板状セ
ラミック焼結体５１を載せるとともに、板状セラミック
焼結体５１上の所定位置に接合剤を介してセラミック焼
結体又は金属からなる筒状体５２のフランジ部５３を当
接させて載せる。この時、台座５と板状セラミック焼結
体５１との間には、セラミック焼結体からなる敷板２４
を配置して台座５のカーボンが板状セラミック焼結体５
１に付着することを防止する。

【００２４】次に、ガス排気封入装置８により金属製容
器３内のガスを排気して真空度１００Ｐａ以下に減圧す
る。そして、金属製容器３内を減圧しながら電源装置７
により通電して発熱体６を発熱させ、台座５上に載せた
被接合物Ｓを加熱する。この時、昇温速度は、被接合物
Ｓの外周部と中央部の温度差が２００℃以上とならない
ように、２００℃／時間以下の速度で昇温することが好
ましい。

【００２５】また、昇温と同時に各加圧機構１６，１７
によって第一の加圧軸１０及び第二の加圧軸１３がそれ
ぞれ被接合物Ｓの加圧面に載せた各加圧用治具１８，２
１に接触する寸前まで降下させる。このようにすること
で、各加圧軸１０，１３の熱容量による炉体２内の温度
の変動を防止することができる。

【００２６】次いで、金属製容器３内の温度を、板状セ
ラミック焼結体５１が塑性変形する温度にまで加熱した
段階で、第一の加圧軸１０を第一の加圧用治具１８と当
接させ、筒状体５２のフランジ部５３のほぼ全体を押圧
するとともに、第二の加圧軸１３を第二の加圧用治具２
１と当接させ、筒状体５２との接合領域を除く板状セラ
ミック焼結体５１の露出面のほぼ全体を押圧する。ここ
で、発熱体６により加熱する温度を、板状セラミック焼
結体５１が塑性変形可能な温度としたのは、セラミック
焼結体は脆性材料であるため、塑性変形可能な温度より
低い温度で加圧すると、板状セラミック焼結体５１や他
のセラミック焼結体が破損する恐れがあるからである。

【００２７】しかる後、金属製容器３内の温度が所定の
接合温度となるまで加熱した段階で、第一の加圧軸１０
により板状セラミック焼結体５１と筒状体５２のフラン
ジ部５３との接合部における圧力が２〜１０ＭＰaとな
るように押圧するとともに、第一の加圧軸１０により板
状セラミック焼結体５１と筒状体５２のフランジ部５３
との接合部に作用する荷重をＡ、第二の加圧軸１３によ
り第二の加圧用治具２１と板状セラミック焼結体５１の
露出面との当接部に加える荷重をＢとした時、その比率
（Ａ／Ｂ）が０．１〜６となるように加圧し、この状態
を１〜２時間保持する。

【００２８】ここで、第一の加圧軸１０により板状セラ
ミック焼結体５１と筒状体５２のフランジ部５３との接
合部に加える圧力を２〜１０ＭＰaとしたのは、圧力が
２ＭＰａ未満であると、十分な接合強度を得ることがで
きず、逆に圧力が１０ＭＰａを超えると、板状セラミッ
ク焼結体が変形してしまうからである。

【００２９】また、第一の加圧軸１０により板状セラミ
ック焼結体５１と筒状体５２のフランジ部５３との接合
部に作用する荷重をＡ、第二の加圧軸１３により第二の
加圧用治具２１と板状セラミック焼結体５１の露出面と
の当接部に加える荷重をＢとした時、その比率（Ａ／
Ｂ）が０．１〜６となるように加圧するのは、比率（Ａ
／Ｂ）が０．１未満であると、板状セラミック焼結体５
１の露出面に加える荷重が大きくなり過ぎ、板状セラミ
ック焼結体５１を変形させる恐れがあるからであり、逆
に比率（Ａ／Ｂ）が６を超えると、板状セラミック焼結
体５１の露出面に加える荷重が小さいため、第一の加圧
軸１０による押圧力により板状セラミック焼結体５１の
変形を防止する効果が小さいからである。

【００３０】なお、板状セラミック焼結体５１の変形を
効果的に防止するには、第一の加圧軸１０による加圧の
タイミングと第二の加圧軸１３による加圧のタイミング
が同時であることが好ましい。

【００３１】その後、加熱温度を徐々に下げ、塑性変形
し難い温度になったところで各加圧軸１０，１３による
加圧を止め、さらに炉体２内の温度が２００℃以下にな
るまで下げることにより板状セラミック焼結体５１に筒
状体５２を接合したセラミック接合体を得ることができ
る。

【００３２】そして、本発明によれば、第一の加圧軸１
０により板状セラミック焼結体５１と筒状体５２との接
合部に荷重を加えるとともに、第二の加圧軸１３により
板状セラミック焼結体５１の接合領域以外の露出部に荷
重を加え、かつ各加圧軸１０，１３により被接合物Ｓに
加える荷重がほぼ等しくなるようにしたことから、板状
セラミック焼結体５１と筒状体５２との接合部のみに荷
重が加わるようにした従来例と比較して板状セラミック
焼結体５１の反りを防止し、板状セラミック焼結体５１
を大きく変形させることなく、筒状体５２と強固に接合
することができる。

【００３３】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明は上述した実施形態だけに限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で改良や変更さ
れたものも含むものであることは言う迄もない。

【００３４】

【実験例】（実験例１）以下、本発明の具体例として、
円盤状をした板状セラミック焼結体からなるセラミック
ヒーターと、円筒状をした筒状セラミック焼結体からな
る筒状支持体とを接合したウエハ支持部材を本発明のセ
ラミック接合装置及び接合方法を用いて製造した例につ
いて説明する。

【００３５】まず、セラミックヒーターを製作するに
は、純度９９％の窒化アルミニウム粉末に、０．１重量
％の炭酸カルシウムを添加した原料粉末１００重量％に
対してアクリル系バインダーを６重量％添加し、溶剤と
ともに混合してスラリーを準備し、ドクターブレード法
にて窒化アルミニウムのグリーンシートを複数枚作製し
た。

【００３６】次に、得られた複数枚のグリーンシートを
略正方形のシート状に切断し、数枚のグリーンシート間
に密着液を介して積み重ね、８０℃に加熱しながら３Ｍ
Ｐａの力で加圧することによりシート同士を圧着させて
シート積層体を製作した。

【００３７】そして、シート積層体の表面にスクリーン
印刷機を用いてヒータ用電極となる導体ペーストを所定
のパターン形状に印刷した後、導体ペーストを覆うよう
に残りの数枚のグリーンシートを積み重ねて熱圧着し、
さらにスクリーン印刷機を用いて静電吸着用電極となる
導体ペーストを所定のパターン形状に印刷し、導体ペー
ストを覆うように残りのグリーンシートを積み重ねて熱
圧着することによりシート積層体を得た。

【００３８】ただし、シート積層体の厚みは１８ｍｍ、
シート積層体の表面から静電吸着用電極となる導体ペー
ストが埋設されている深さは凡そ１．０ｍｍ、シート積
層体の表面からヒータ用電極となる導体ペーストが埋設
されている深さは凡そ９ｍｍとなるようにした。

【００３９】次いで、得られたシート積層体に切削加工
を施して円盤状に形成した後、窒素雰囲気中で３００℃
に加熱して脱脂、炭化処理を施した後、さらに３５０℃
の酸素雰囲気中で加熱して炭化量を０．５重量％以下と
なるように調整し、しかる後、２１００℃、４．５ＭＰ
ａの窒素ガス雰囲気中で焼成することにより、静電吸着
用電極とヒータ用電極を埋設した板状セラミック焼結体
を得た。

【００４０】そして、板状セラミック焼結体に精密加工
を施してその外形を直径３００ｍｍ、厚み１２．５ｍｍ
となるようにし、次いで上面に研磨加工を施して載置面
を形成するとともに、下面に静電吸着用電極及びヒータ
用電極へ通電するための給電端子を接合する穴を穿孔
し、この穴にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ製の給電端子を挿入して
１０００℃の温度でロウ付けすることによりセラミック
ヒーターを製作した。なお、得られたセラミックヒータ
ーの載置面における平面度を測定したところ１０μｍで
あった。

【００４１】一方、筒状支持体を製作するには、純度９
９％の窒化アルミニウム粉末に、０．１重量％の炭酸カ
ルシウムを添加した原料粉末１００重量％に対してアク
リル系バインダーを６重量％添加し、溶剤とともに混練
乾燥して造粒粉を製作した。

【００４２】次に、この造粒粉を心金を有したゴム型中
に充填し、８０ＭＰａの圧力でラバープレス成形するこ
とにより筒状の成形体を製作した後、外形を切削加工に
て加工することにより、一端にフランジ部を有する筒状
成形体を得た。

【００４３】次いで、板状セラミック焼結体と同様に、
窒素雰囲気中で３００℃に加熱して脱脂、炭化処理を施
した後、さらに３５０℃の酸素雰囲気中で加熱して炭化
量を０．５重量％以下となるように調整し、しかる後、
２１００℃、４．５ＭＰａの窒素ガス雰囲気中で焼成す
ることにより焼結させ、セラミック焼結体の外形を精密
研削することにより、筒状部の外形が５０ｍｍ、肉厚が
５ｍｍ、フランジ部の外形が直径８０ｍｍ、内径７０ｍ
ｍ、長さが５００ｍｍのフランジ部を有する筒状支持体
を製作した。

【００４４】そして、得られたセラミックヒーターと筒
状支持体とを接合するには、図１に示すセラミック接合
装置１の台座５上に窒化ホウ素からなる敷板２４を介し
てセラミックヒーターとしての板状セラミック焼結体を
下面を上にして載せるとともに、板状セラミック焼結体
の所定位置に筒状セラミック焼結体のフランジ部を当接
させて載せ、さらに上記フランジ部の接合面と反対側の
表面上に、第一の加圧用治具１０である窒化硼素製のリ
ング状をした治具先端部２０とカーボン製の有底筒状を
した治具本体１９を順次載せるとともに、板状セラミッ
ク焼結体の接合領域を除く露出面上に、第二の加圧用治
具１３である窒化硼素製のリング状をした治具先端部２
３とカーボン製の筒状をした治具本体２２を順次載せ
た。なお、板状セラミック焼結体と筒状セラミック焼結
体との接合部には、接合剤として、窒化アルミニウム粉
末１００重量％に対して炭酸カルシウムを１重量％添加
したペーストを塗布した。

【００４５】次に、炉体２内を密閉し、ガス排気導入装
置８により炉体２内を減圧し、電源装置７に通電して発
熱体６を発熱させることにより被接合物Ｓである板状セ
ラミック焼結体及び筒状セラミック焼結体を加熱して水
分等を除去した後、１２００℃まで２００℃／時間の速
度で昇温し、１２００℃で炉内に１００ｋＰａの窒素ガ
スを導入し、上記窒化アルミニウム質焼結体からなる板
状セラミック焼結体及び筒状セラミック焼結体が容易に
塑性変形し出す１８００℃の温度で第一の加圧軸１０及
び第二の加圧軸１３により同時に少しずつ加圧するよう
にした。この時、第一の加圧軸１０により板状セラミッ
ク焼結体と筒状セラミック焼結体との接合面間には約５
ＭＰａの圧力が加わるとともに、第二の加圧軸１３によ
り板状セラミック焼結体の接合領域を除く露出面には当
接面間には、第一の加圧軸１０による荷重の６倍の荷重
が加わるようにした。

【００４６】そして、１８００℃〜１９００℃までは６
０℃／時間の速度で昇温し、１９００℃の温度で１時間
保持した。

【００４７】ここで、接合温度を１８００℃〜１９００
℃としたのは、接合温度が１８００℃より低いと、接合
剤を液化させ、板状セラミック焼結体や筒状セラミック
焼結体に拡散させることができず、強固な接合力を得る
ことができず、また、ＡｌＮ純度が９９％以上である高
純度窒化アルミニウム質セラミック焼結体が塑性変形せ
ず、第一の加圧軸１０や第二の加圧軸１３による押圧力
によって板状セラミック焼結体や筒状セラミック焼結体
が破損するからであり、逆に、接合温度が１９００℃を
超えると、ＡｌＮ純度が９９％以上である高純度窒化ア
ルミニウム質セラミック焼結体の塑性変形スピードが大
きくなりすぎ、第一の加圧軸１０や第二の加圧軸１３に
よる押圧力によって板状セラミック焼結体や筒状セラミ
ック焼結体の変形を防止することが難しいからである。

【００４８】その後、加圧した状態で温度を２００℃／
時間の速さで下げ、炉体２内の温度が１６００℃となっ
た時点で第一の加圧軸１０及び第二の加圧軸１３を各加
圧用治具１８，２１より離して加圧力をゼロとする。そ
して、２００℃／時間の速度で炉体２内の温度を８００
℃まで温度を下げた後、炉体２内に窒素ガスを供給して
そのガス圧を２００ｋＰａとし、炉体２内の温度を速く
低下させるようにした。そして、炉体２内の温度が２０
０℃以下となった時点で、板状セラミック焼結体からな
るセラミックヒーターと筒状セラミック焼結体からなる
筒状体とが一体的に接合されたセラミック接合体を得
た。

【００４９】そして、得られたセラミックヒーターの載
置面における平面度を測定したところ２００μｍと、接
合前の平面度に対して２０倍程度に留めることができ
た。

【００５０】また、セラミックヒーターの載置面に、熱
電対を取り付けたシリコンウエハを載せて発熱させ、シ
リコンウエハの表面温度を赤外線温度測定器で測定しな
がら平均温度が７００℃となった時点での熱電対による
シリコンウエハの温度を測定したところ、温度ばらつき
は６℃と小さく、ウエハを均一に加熱することができ
た。

【００５１】これに対し、図３に示す従来のセラミック
接合装置を用いて上記セラミックヒーターと筒状支持体
とを接合したものも製作したところ、接合後のセラミッ
クヒーターの載置面における平面度は５００μｍと、接
合前の平面度に対して５０倍も変形していた。

【００５２】また、図３に示す従来のセラミック接合装
置を用いて接合したセラミックヒーターの載置面に、熱
電対を取り付けたシリコンウエハを載せて発熱させ、シ
リコンウエハの表面温度を赤外線温度測定器で測定しな
がら平均温度が７００℃となった時点での熱電対による
シリコンウエハの温度を測定したところ、温度ばらつき
が２０℃もあり、ウエハを均一に加熱することができな
かった。 （実験例２）次に、実験例１で製作したセラミックヒー
ターと筒状支持体とを図１に示すセラミック接合装置を
用いて接合するあたり、第一の加圧軸１０により板状セ
ラミック焼結体と筒状支持体のフランジ部との接合部に
加える荷重（Ａ）と、第二の加圧軸１３により第二の加
圧用治具２１と板状セラミック焼結体の露出面との当接
部に加える荷重（Ｂ）とを異ならせた時の接合後におけ
るセラミックヒーターの載置面の平面度と、セラミック
ヒーターを構成する板状セラミック焼結体の変形量を測
定する実験を行った。

【００５３】結果は表１に示す通りである。

【００５４】

【表１】

【００５５】この結果、第一の加圧軸１０により板状セ
ラミック焼結体と筒状支持体のフランジ部との接合部に
加える荷重（Ａ）と、第二の加圧軸１３により第二の加
圧用治具２１と板状セラミック焼結体の露出面との当接
部に加える荷重（Ｂ）との比率（Ａ／Ｂ）が０．１未満
となると、セラミックヒーターの載置面の平面度の変化
は抑えることができるものの、板状セラミック焼結体の
外周部における伸びが大きく、大きく変形していた。

【００５６】これに対し、第一の加圧軸１０により板状
セラミック焼結体と筒状支持体のフランジ部との接合部
に加える荷重（Ａ）と、第二の加圧軸１３により第二の
加圧用治具２１と板状セラミック焼結体５１の露出面と
の当接部に加える荷重（Ｂ）との比率（Ａ／Ｂ）を０．
１〜６とすれば、板状セラミック焼結体を大きく変形さ
せることがなく、また、セラミックヒーターの載置面の
平面度の変化を小さくすることができることが分かる。

【００５７】

【発明の効果】以上のように、本発明のセラミック接合
装置によれば、板状セラミック焼結体と、板状セラミッ
ク焼結体より小さな外形を有するセラミック焼結体又は
金属からなる被接合物を載せる台座を備えた炉体と、上
記板状セラミック焼結体上に載せたセラミック焼結体又
は金属を加圧する第一の加圧軸と、上記セラミック焼結
体又は金属との接合領域を除く上記板状セラミック焼結
体の露出面を加圧する第二の加圧軸と、上記第一の加圧
軸及び第二の加圧軸をそれぞれ独立して駆動させる加圧
機構とから構成するようにしたことによって、大きな外
形を有する板状セラミック焼結体に反りを発生させた
り、変形させたりすることなく、小さな外形を有する他
のセラミック焼結体又は金属を強固に接合することがで
きる。

【００５８】また、本発明は、板状セラミック焼結体に
外形の小さなセラミック焼結体又は金属を接合したセラ
ミック接合構造体を製造するにあたり、上記セラミック
接合装置の台座に板状セラミック焼結体を載せるととも
に、この板状セラミック焼結体上に小さな外形を有する
セラミック焼結体又は金属を載せた後、さらに上記セラ
ミック焼結体又は金属上には第一の加圧用治具を、上記
セラミック焼結体又は金属との接合領域を除く板状セラ
ミック焼結体の露出面には第二の加圧用治具をそれぞれ
載せ、次いで炉体内を接合温度に加熱した状態で上記加
圧機構により第一の加圧軸を降下させて第一の加圧用治
具を押圧するとともに、上記加圧機構により第二の加圧
軸を降下させて第二の加圧用治具を押圧し、かつ上記各
加圧軸を独立して駆動させて上記板状セラミック焼結体
と外形の小さなセラミック焼結体又は金属との接合部に
加える荷重をＡ、上記接合領域を除く板状セラミック焼
結体の露出面に加える荷重をＢとした時、その比率（Ａ
／Ｂ）が０．１〜６となるように加圧し、上記板状セラ
ミック焼結体に小さな外形を有するセラミック焼結体又
は金属を接合するようにしたことによって、板状セラミ
ック焼結体に反りを発生させたり、変形させたりするこ
となく、他のセラミック焼結体又は金属と強固に接合す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミック接合装置を示す概略断面図
である。

【図２】本発明のセラミック接合装置で接合するセラミ
ック接合体の構造を示す図で、（ａ）はその断面図、
（ｂ）はその底面図である。

【図３】従来のセラミック接合装置を示す概略断面図で
ある。

【図４】図３のセラミック接合装置による被接合物の接
合状態を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

１：セラミック接合装置 ２：炉体 ３：金属製容器 ４：断熱カバー ５：台座 ６：発熱体 ７：電源装置 ８：ガス排気封入装置 ９：シールガイド １０：第一の加圧軸 １３：第二の加圧軸 １６，１７：加圧機構 １８：第一の加圧用治具 ２１：第二の加圧用治具 ２４：敷板 ３１：セラミック接合装置 ３２：炉体 ３３：金属製容器 ３４：断熱カバー ３５：発熱体 ３６：電源装置 ３７：台座 ３８：ガス排気封入装置 ３９：敷板 ４０：加圧軸 ４１：加圧機構 ４２：シールガイド ４３：加圧用治具

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】板状セラミック焼結体と、該板状セラミッ
   ク焼結体より小さな外形を有するセラミック焼結体又は
   金属とからなる被接合物を載せる台座を備えた炉体と、
   上記板状セラミック焼結体上に載せたセラミック焼結体
   又は金属との接合面に荷重を加える第一の加圧軸と、該
   第一の加圧軸によって上記板状セラミック焼結体上に載
   せたセラミック焼結体又は金属を押圧する第一の加圧用
   治具と、上記セラミック焼結体又は金属との接合領域を
   除く上記板状セラミック焼結体の露出面に荷重を加える
   第二の加圧軸と、該第二の加圧軸によって上記接合領域
   を除く板状セラミック焼結体の露出面を押圧する第二の
   加圧用治具と、上記第一の加圧軸及び第二の加圧軸をそ
   れぞれ独立して駆動させる加圧機構とを有することを特
   徴とするセラミック接合装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載のセラミック接合装置の台
   座に板状セラミック焼結体を載せるとともに、該板状セ
   ラミック焼結体上に外形の小さなセラミック焼結体又は
   金属を載せ、さらに上記セラミック焼結体又は金属上に
   は第一の加圧用治具を、上記セラミック焼結体又は金属
   との接合領域を除く板状セラミック焼結体の露出面には
   第二の加圧用治具をそれぞれ載せ、次いで炉体内を接合
   温度に加熱した状態で上記加圧機構により第一の加圧軸
   を降下させて第一の加圧用治具を押圧するとともに、上
   記加圧機構により第二の加圧軸を降下させて第二の加圧
   用治具を押圧し、かつ上記各加圧軸を独立して駆動させ
   て上記板状セラミック焼結体と外形の小さなセラミック
   焼結体又は金属との接合部に加える荷重をＡ、上記接合
   領域を除く板状セラミック焼結体の露出面に加える荷重
   をＢとした時、その比率（Ａ／Ｂ）が０．１〜６となる
   ように加圧し、上記板状セラミック焼結体に小さな外形
   を有するセラミック焼結体又は金属を接合するようにし
   たことを特徴とするセラミック接合体の製造方法。