JP2023072822A

JP2023072822A - 電極埋設部材

Info

Publication number: JP2023072822A
Application number: JP2021185497A
Authority: JP
Inventors: 浩正下嶋; Hiromasa Shimojima; 徹夫北林; Tetsuo Kitabayashi
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2021-11-15
Filing date: 2021-11-15
Publication date: 2023-05-25

Abstract

【課題】隅部に生じる応力が緩和されると共に、支持部材の接合部に生じる応力が緩和され、隅部や接合部の破損リスクを低減することができる電極埋設部材を提供する。【解決手段】上面に基板載置面１１４を有し、セラミックス焼結体により平板状に形成された基材本体１１２、および前記基板載置面１１４に対向する前記基材本体の下面１１６から下方に突出して前記基材本体１１２と一体的に形成された凸部１１８を有するセラミックス基材１１０と、前記セラミックス基材１１０の前記基材本体１１２に埋設された電極１３０と、前記基板載置面１１４に対向する前記凸部の下面１２０に接合された支持部材１４０と、を備え、前記セラミックス基材１１０の中心軸を含む断面において、前記セラミックス基材１１０の前記基材本体の下面１１６および前記凸部の側面１２２の断面は連続する曲線で形成され、前記曲線は変曲点１２４を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電極埋設部材に関する。

従来、半導体製造装置用に基板を加熱するヒーターとしてセラミックス焼結体からなる加熱保持部材とそれを支持する支持部材を一体化した構造が提案されている。

特許文献１は、サセプターと支持部材との取付構造において、サセプターから支持部材中へと伝達される熱を抑制すると共に、サセプターを高温にしたときにも支持部材に集中する応力を緩和することを目的として、被処理物を加熱するためのサセプターと、サセプターに接合されており、内側空間が設けられている支持部材と、支持部材に接合されている開口が設けられたチャンバーとを備え、チャンバーの開口と支持部材の内側空間とが連通しており、支持部材の内側空間がチャンバーの内部空間に対して気密に封止され、支持部材が、筒状の本体部分と支持部材のサセプター側の端部に設けられた拡径部とを備え、支持部材の縦断面の外側輪郭において本体部分と拡径部との間に一つのアール部分または複数の連続したアール部分が設けられている取付構造が開示されている。

特許文献２は、加熱基体と、この加熱基体に接合された支持部材とを有する加熱装置において、加熱基体と、支持部材との接合部近傍にクラックが発生することを効果的に防止することを目的として、加熱面を有する板状の加熱基体と、この加熱基体の背面接合された中空筒状の支持部材とを備え、加熱基体と支持部材との接合界面の外端近傍で、この加熱基体の背面と支持部材の外表面とを滑らかに接続する凹曲面部が形成され、凹曲面部は、支持部材の軸線を含む断面において、短軸方向が支持部材の軸線方向と平行である楕円の弧の曲線を有しているセラミックスよりなる加熱装置が開示されている。

特開２００４－２４７７４５号公報特開２００８－２７０１９７号公報

本発明者らは、特許文献１または特許文献２のようにプレートの下面に座（凸部）を設け、座に支持部材を接合し、座の断面にＲ形状を設けるだけでは、支持部材の接合部の破損はある程度抑制できても、プレートと座の境界の隅部と支持部材の接合部とが近接しているとプレートの下面に設けられた座の隅部や接合部の一方に偏って集中する応力による隅部や接合部の破損や気密不良によるリークをなくすことが十分でない場合があり、従来よりも高温のプロセスに使用した場合にその影響が顕著になることを発見した。

本発明者らの鋭意研究により、プレート下面から座の側面にかけての断面形状を所定の形状にすることで、支持部材の接合部に生じる応力だけでなく、プレートと座の境界の隅部に生じる応力も緩和されることを見出し、本発明を完成させた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、隅部に生じる応力が緩和されると共に、支持部材の接合部に生じる応力が緩和され、隅部や接合部の破損リスクや気密不良リスクを低減することができる電極埋設部材を提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するため、本発明の電極埋設部材は、電極埋設部材であって、上面に基板載置面を有し、セラミックス焼結体により平板状に形成された基材本体、および前記基板載置面に対向する前記基材本体の下面から下方に突出して前記基材本体と一体的に形成された凸部を有するセラミックス基材と、前記セラミックス基材の前記基材本体に埋設された電極と、前記基板載置面に対向する前記凸部の下面に接合された支持部材と、を備え、前記セラミックス基材の中心軸を含む断面において、前記セラミックス基材の前記基材本体の下面および前記凸部の側面の断面は連続する曲線で形成され、前記曲線は変曲点を有することを特徴としている。

このように、基材本体の下面および凸部の側面の断面が連続する曲線で形成され、当該曲線が変曲点を有することで、基材本体と凸部の境界の隅部および支持部材の接合部を離間させることができ、隅部に生じる応力が緩和されると共に、支持部材の接合部に生じる応力が緩和される。その結果、隅部や接合部の破損リスクや気密不良リスクを低減することができる。

（２）また、本発明の電極埋設部材において、前記曲線は、変曲点を２以上有することを特徴としている。

このように、断面の曲線を変曲点を２以上有する曲線とすることで、基材本体の下面および凸部の側面の形状を様々な形状にすることができ、隅部に生じる応力が緩和されると共に、支持部材の接合部に生じる応力が緩和される。また、凸部の厚さを厚くした形状にも対応できる。

（３）また、本発明の電極埋設部材において、前記凸部の前記基材本体との境界の直径をＤｓ１、前記凸部の下面の直径をＤｓ２としたとき、１．１≦Ｄｓ１／Ｄｓ２≦１．５であることを特徴としている。

このように、凸部の基材本体との境界の直径をＤｓ１、凸部の下面の直径をＤｓ２としたとき、Ｄｓ１／Ｄｓ２を所定の範囲とすることで、隅部および支持部材の接合部に生じる応力をより緩和することができる。

（４）また、本発明の電極埋設部材において、前記凸部の前記基材本体との境界の直径をＤｓ１、前記凸部の下面の直径をＤｓ２とし、前記凸部の厚さをＴとしたとき、（Ｄｓ１－Ｄｓ２）／２≧Ｔであることを特徴としている。

このように、（Ｄｓ１－Ｄｓ２）／２とＴとの関係を規定することで、凸部の厚さよりも片側の凸部の基材本体との境界の直径と凸部の下面の直径との差を大きくすることができ、隅部と接合部を大きく離間させることができるので、隅部および接合部に生じる応力をより緩和することができる。

本発明によれば、基材本体と凸部の境界の隅部に生じる応力が緩和されると共に、支持部材の接合部に生じる応力が緩和され、隅部や接合部の破損リスクや気密不良リスクを低減することができる。

実施形態に係る電極埋設部材の一例を示す断面図である。図１の電極埋設部材の部分断面図である。実施形態に係る電極埋設部材の変形例を示す断面図である。図３の電極埋設部材の部分断面図である。実施例および比較例の形状の特徴および測定結果を示す表である。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。なお、構成図において、各構成要素の大きさは概念的に表したものであり、必ずしも実際の寸法比率を表すものではない。

［実施形態］
［電極埋設部材の構成］
まず、本実施形態に係る電極埋設部材の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る電極埋設部材の一例を示す模式的な断面図である。図２は、図１の電極埋設部材の部分断面図である。本実施形態に係る電極埋設部材１００は、セラミックス基材１１０と、電極１３０と、支持部材１４０と、を備える。電極埋設部材１００は、シャフト付ヒーター等に適用される。

セラミックス基材１１０は、セラミックス焼結体により平板状に形成された基材本体１１２、および基板載置面１１４に対向する基材本体の下面１１６から下方に突出して基材本体１１２と一体的に形成された凸部１１８を有する。ここで、「基材本体と一体的に形成された凸部」とは、基材本体１１２と凸部１１８とが接合材で接合されていないことをいう。セラミックス基材１１０の基板載置面１１４の形状は、円板状、多角形状、楕円状など、様々な形状にすることができる。セラミックス焼結体の材料は、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素などが用いられる。

電極埋設部材１００は、セラミックス基材１１０の中心軸を含む断面において、セラミックス基材１１０の基材本体の下面１１６および凸部の側面１２２の断面は連続する曲線で形成される。また、当該曲線は変曲点１２４を有する。このように、基材本体の下面１１６および凸部の側面１２２の断面が連続する曲線で形成され、当該曲線が変曲点１２４を有することで、基材本体１１２と凸部１１８の境界１２６の隅部１２８および支持部材１４０の接合部１４２の端部を一定程度離間させることができ、隅部１２８に生じる応力が緩和されると共に、支持部材１４０の接合部１４２に生じる応力が緩和される。その結果、隅部１２８や接合部１４２の破損リスクや気密不良リスクを低減することができる。断面における変曲点１２４の接線方向は、鉛直方向や水平方向だけでなく、様々な方向であってよい。

基材本体の下面１１６および凸部の側面１２２の断面が連続する曲線で形成されるとは、基材本体の下面１１６から凸部の側面１２２に至る断面曲線の中間に特異点がないことをいう。本明細書で特異点とは、セラミックス基材１１０の中心軸を含む断面において、Ｒ０．５（ｍｍ）以下またはＣ０．５（ｍｍ）以下に相当する角部または隅部をいう。このような角部または隅部は、応力や熱流が集中しやすくなり、クラック等の破損の起点となりやすいためである。また、従来よりも高温のプロセスに使用した場合にその影響が顕著になる。

また、基材本体の下面１１６および凸部の側面１２２の断面が連続する曲線で形成されるとは、言い換えると、基材本体の下面１１６と凸部の側面１２２とが滑らかに接続されているといってもよい。連続する曲線は、直線を含んでもよい。また、連続する曲線は、変曲点が直線に含まれる形状であってもよい。連続する曲線は、Ｒ３（ｍｍ）以下またはＣ３（ｍｍ）以下に相当する角部または隅部を含まないことが好ましい。

電極１３０は、セラミックス基材１１０の基材本体１１２に埋設される。電極１３０の形状は、メッシュ状や箔状など、様々な形状とすることができる。また、材質も、モリブデン、タングステンなど、様々な材質とすることができる。

支持部材１４０は、基板載置面１１４に対向する凸部の下面１２０に接合される。支持部材１４０は、セラミックス焼結体からなり、セラミックス基材１１０を支持する。支持部材１４０を形成するセラミックス焼結体は、セラミックス基材１１０を形成するセラミックス焼結体と同じ種類のセラミックスを主成分とすることが好ましい。この場合、焼結助剤の有無やその量は異なっていてもよい。

凸部の基材本体との境界１２６の直径をＤｓ１、凸部の下面１２０の直径をＤｓ２としたとき、１．１≦Ｄｓ１／Ｄｓ２≦１．５であることが好ましい。このように、凸部の基材本体との境界１２６の直径をＤｓ１、凸部の下面１２０の直径をＤｓ２としたとき、Ｄｓ１／Ｄｓ２を所定の範囲とすることで、隅部１２８および支持部材１４０の接合部１４２に生じる応力をより緩和することができる。

凸部の基材本体との境界１２６の直径をＤｓ１、凸部の下面１２０の直径をＤｓ２とし、凸部１１８の厚さをＴとしたとき、（Ｄｓ１－Ｄｓ２）／２≧Ｔであることが好ましい。このように、（Ｄｓ１－Ｄｓ２）／２とＴとの関係を規定することで、凸部１１８の厚さよりも片側の凸部１１８の基材本体１１２との境界の直径と凸部の下面１２０の直径との差を大きくすることができ、隅部１２８と接合部１４２を十分に離間させることができるので、隅部１２８および接合部１４２に生じる応力をより緩和することができる。

隅部１２８と接合部１４２を離間させ過ぎると、隅部１２８および接合部１４２に生じる応力をバランスよく緩和する効果が低減するため、（Ｄｓ１－Ｄｓ２）／２の上限は、（Ｄｓ１－Ｄｓ２）／２≦２０Ｔであることが好ましい。

電極埋設部材１００は、複数の電極１３０を備えていてもよい。例えば、ヒーター用電極と静電吸着用電極とを備えることで、電極埋設部材１００は、ヒーター付静電チャックとして使用できる。

電極埋設部材１００は、上記以外に必要な端子１５０および端子穴１５２を備える。これにより、電極１３０に給電することができる。

図３は、本実施形態に係る電極埋設部材の変形例を示す模式的な断面図である。図４は、図３の電極埋設部材の部分断面図である。図３、および図４に示されるように、基材本体の下面１１６から凸部の側面１２２に至る断面曲線は、変曲点１２４を２以上有することが好ましい。このように、断面曲線を変曲点１２４を２以上有する曲線とすることで、基材本体の下面１１６および凸部の側面１２２の形状を様々な形状にすることができ、隅部１２８に生じる応力が緩和されると共に、支持部材１４０の接合部１４２に生じる応力が緩和される。また、凸部１１８の厚さを厚くした形状にも対応できる。

また、図３、および図４に示されるように、断面曲線が変曲点１２４を２以上有する曲線である場合、接合部近傍の凸部の側面１２２と接合部近傍の支持部材の側面の断面は、連続する曲線であることが好ましい。これにより、凸部の側面１２２と支持部材の側面とを滑らかに接続することができ、支持部材１４０の接合部１４２に生じる応力がより緩和される。また、変曲点の数が２以上であっても、凸部の側面１２２と凸部の下面１２０とが滑らかに接続されていてもよい。

本発明の電極埋設部材１００は、隅部に生じる応力が緩和されると共に、支持部材の接合部に生じる応力が緩和され、その結果、隅部や接合部の破損リスクや気密不良リスクを低減することができる。

［電極埋設部材の製造方法］
次に、本実施形態に係る電極埋設部材の製造方法を説明する。本発明の実施形態に係る電極埋設部材は、例えば、以下に説明する成形体ホットプレス法によって作製される。なお、製法は本方法に限られず、例えば、粉末ホットプレス法や従前のグリーンシート積層法等であってもよい。粉末ホットプレス法は、セラミックス原料粉と所定の発熱抵抗体や電極を交互に重ねることにより発熱抵抗体や電極をセラミックスの内部に埋設し、それを１軸ホットプレス焼成する方法である。

成形体ホットプレス法による本発明の実施形態に係る電極埋設部材の製造方法は、セラミックス成形体形成工程、セラミックス脱脂体作製工程、セラミックス基材前駆体形成工程、セラミックス基材焼成工程、曲面加工工程、支持部材成形体形成工程、支持部材脱脂体作製工程、支持部材焼成工程、および接合工程を備えている。

セラミックス成形体形成工程では、例えば、ＡｌＮを主成分とし、焼結助剤としてＹ成分が添加された第１のセラミックス原料粉から複数のセラミックス成形体を形成する。例えば、セラミックス原料粉末に焼結助剤のＹ成分としてＹ_２Ｏ_３、バインダ、可塑剤、分散剤などの添加剤を適宜添加して混合して、スラリーを作製し、スプレードライ法等により顆粒（第１のセラミックス原料粉）を造粒後、加圧成形して複数のセラミックス成形体を形成することができる。原料となるセラミックス粉末としては、窒化アルミニウム以外には、例えば、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素などが用いられる。

セラミックス原料粉末は、高純度であることが好ましく、その純度は、好ましくは９６％以上、より好ましくは９８％以上である。また、セラミックス原料粉末の平均粒径は、好ましくは０．１μｍ以上１．０μｍ以下である。

混合方法は、湿式、乾式の何れであってもよく、例えばボールミル、振動ミルなどの混合器を用いることができる。成形方法としては、例えば、一軸加圧成形や冷間静水等方圧加圧（ＣＩＰ：Cold Isostatic Pressing）法などの公知の方法を用いればよい。なお、セラミックス成形体を形成する方法は、加圧成形に限らず、例えば、グリーンシート積層、または鋳込み成形であっても適用が可能であり、これらを適宜脱脂、またはさらに仮焼する工程により、セラミックス成形体を製造することができる。

セラミックス成形体は、成形後、機械加工により成形体の形状が整えられてもよい。また、セラミックス成形体の片面（他のセラミックス成形体との接合面）に、電極の形状に合わせた形状の溝が形成されてもよい。機械加工は、脱脂後に行なってもよい。

セラミックス脱脂体作製工程では、複数のセラミックス成形体を所定の温度以上、所定の時間以上脱脂処理して複数のセラミックス脱脂体を作製する。

セラミックス成形体は、例えば、５００℃以上９００℃以下の温度で熱処理され、セラミックス脱脂体となる。脱脂時間は、１時間以上１２０時間以下であることが好ましい。脱脂には、大気炉または窒素雰囲気炉を用いることができるが、バインダの有機成分を除去することが重要なので大気炉の方が好ましい。

セラミックス基材前駆体形成工程では、電極を準備し、電極、および複数のセラミックス脱脂体を組み合わせて、上面に基板載置面を有し、平板状に形成され、電極が埋設されたセラミックス基材前駆体を形成する。凸部は、この段階で概形が形成されていてもよいし、焼成後に研削、研磨加工等して凸部を形成してもよい。

電極は、電極埋設部材の設計に応じた形状に加工されたものを準備する。電極の形状は、メッシュ状や箔状など、様々な形状とすることができる。また、材質も、モリブデン、タングステンなど、様々な材質とすることができる。

セラミックス基材焼成工程では、形成されたセラミックス基材前駆体を、基板載置面に垂直方向に一軸加圧焼成してセラミックス基材を焼成する。焼成条件は材質によって異なるが、ＡｌＮを主成分とするセラミックスを使用する場合、加圧する力は、１ＭＰａ以上であることが好ましい。また、焼成温度は、１７００℃以上２０００℃以下であることが好ましい。焼成時間は、１時間以上１２時間以下であることが好ましく、１時間以上５時間以下であることがより好ましい。焼成雰囲気は、例えば、窒素や不活性ガス雰囲気であるが、真空などの雰囲気であってもよい。これにより、複数のセラミックス脱脂体が焼結してセラミックス焼結体となり、これらが一体化され、電極が埋設されたセラミックス基材が得られる。

曲面加工工程では、セラミックス基材の基材本体の下面から凸部の側面に至る面を、セラミックス基材の中心軸を含む断面において、セラミックス基材の基材本体の下面および凸部の側面の断面が変曲点を有する連続する曲線で形成されるように加工を行なう。曲面加工工程は、支持部材との接合工程の後に行なってもよい。

断面曲線の変曲点は、２以上あることが好ましい。また、凸部の基材本体との境界の直径Ｄｓ１と、凸部の下面の直径Ｄｓ２に対し、１．１≦Ｄｓ１／Ｄｓ２≦１．５を満たすように加工することが好ましい。また、凸部の基材本体との境界の直径Ｄｓ１、凸部の下面の直径Ｄｓ２、凸部の厚さＴに対し、（Ｄｓ１－Ｄｓ２）／２≧Ｔを満たすように加工することが好ましい。

支持部材成形体形成工程では、例えば、ＡｌＮを主成分とし、焼結助剤としてＹ成分が添加された、または焼結助剤が添加されない第２のセラミックス原料粉から支持部材成形体を形成する。第２のセラミックス原料粉の作製方法や支持部材成形体の成形方法等は、セラミックス成形体形成工程と同じでよい。第２のセラミックス原料粉は、焼結助剤を含まないことが好ましい。

支持部材脱脂体作製工程では、支持部材成形体を所定の温度以上、所定の時間以上脱脂処理して支持部材脱脂体を作製する。支持部材成形体の脱脂条件の数値範囲等は、セラミックス脱脂体作製工程と同じでよい。なお、支持部材脱脂体作製工程を、セラミックス脱脂体作製工程と同時に行ってもよい。

支持部材焼成工程では、支持部材脱脂体を焼成してセラミックス基材を支持する支持部材を焼成する。焼成条件は材質によって異なるが、ＡｌＮを主成分とするセラミックスを使用する場合、支持部材の焼成は、常圧焼成であることが好ましい。また、焼成温度は、１８００℃以上２０００℃以下であることが好ましい。焼成時間は、１時間以上１２時間以下であることが好ましい。焼成雰囲気は、例えば、窒素や不活性ガス雰囲気であるが、真空などの雰囲気であってもよい。

接合工程では、セラミックス基材と支持部材とを接合する。接合は、接合材を用いた接合方法、および接合材を用いない接合方法のいずれかを用いることができる。

最初に接合材を用いた接合方法を説明する。まず、接合材を準備し、セラミックス基材の凸部の下面の支持部材を接合する接合部または支持部材の接合部側の端面の少なくとも一方に接合材を塗布する。接合部および支持部材の接合部側の端面は、表面粗さＲａを１．６μｍ以下にすることが好ましく、０．４μｍ以下に研磨することがより好ましい。塗布する接合材の厚さは、５μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。

次に、接合部に支持部材を配置し、基板載置面に垂直方向に加圧しつつ加熱する。接合条件は材質によって異なるが、ＡｌＮを主成分とするセラミックスを使用する場合、加圧する力は、５ｋＰａ以上であることが好ましい。また、加熱温度は、１５００℃以上１８００℃以下であることが好ましい。加熱時間は、０．５時間以上５時間以下であることが好ましい。加熱雰囲気は、例えば、窒素や不活性ガス雰囲気であるが、真空などの雰囲気であってもよい。これにより、セラミックス基材と支持部材とを接合することができる。

接合材は、セラミックス基材と支持部材とを接合できればどのようなものであってもよい。例えば、セラミックス基材および支持部材をＡｌＮを主成分とするセラミックスで形成した場合、これらと同一の主成分であるＡｌＮ粉末にＹ_２Ｏ_３粉末を少なくとも含む混合粉末のペーストであってもよい。また、ＡｌＮ９０ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下で、Ｙ_２Ｏ_３を５ｗｔ％以上含み、必要に応じて接合時融液となる温度を調節するためにＣａＯ、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２を含むペーストであってもよい。

次に、接合材を用いない接合方法を説明する。セラミックス基材の凸部の下面の支持部材を接合する接合部に支持部材を配置する。接合部および支持部材の接合部側の端面は、表面粗さＲａを０．１μｍ以下に研磨することが好ましい。次に、基板載置面に垂直方向に加圧しつつ加熱する。接合条件は材質によって異なるが、ＡｌＮを主成分とするセラミックスを使用する場合、加圧する力は、１ＭＰａ以上であることが好ましい。また、加熱温度は、１６００℃以上２０００℃以下であることが好ましい。加熱時間は、０．５時間以上６時間以下であることが好ましい。加熱雰囲気は、例えば、窒素や不活性ガス雰囲気であるが、真空などの雰囲気であってもよい。これにより、セラミックス基材と支持部材とを接合することができる。

焼成後のセラミックス基材に必要な端子穴を設ける。端子穴の穿設は、支持部材との接合の前に行なってもよいし、後に行なってもよい。そして、端子穴にロウ材等で端子を接続する。端子は、Ｎｉ等を用いることができる。また、ロウ材はＡｕロウ等を用いることができる。

このようにすることで、隅部に生じる応力が緩和されると共に、支持部材の接合部に生じる応力が緩和され、その結果、隅部や接合部の破損リスクや気密不良リスクを低減することができる電極埋設部材を製造することができる。

なお、セラミックス脱脂体作製工程と、セラミックス基材前駆体形成工程との間に、セラミックス仮焼体作製工程を設けてもよい。セラミックス仮焼体作製工程を設ける場合、セラミックス脱脂体を所定の温度で仮焼してセラミックス仮焼体を作製する。これにより、電極埋設部材の寸法精度をより高くすることができる。仮焼条件は材質によって異なるが、ＡｌＮを主成分とするセラミックスを使用する場合、仮焼温度は１２００℃以上１７００℃以下であることが好ましい。仮焼時間は、０．５時間以上１２時間以下であることが好ましい。仮焼雰囲気は、窒素や不活性ガス雰囲気であることが好ましいが、真空などの雰囲気であってもよい。仮焼体作製工程を設ける場合、機械加工は仮焼体作製工程の後に行なってもよい。

［実施例および比較例］
（実施例１－１）
５ｗｔ％Ｙ_２Ｏ_３を添加したＡｌＮを主成分とするセラミックス原料粉を準備した。これを用いて、直径３３０ｍｍ、厚さ２０ｍｍのセラミックス成形体、および直径３３０ｍｍ、厚さ２５ｍｍのセラミックス成形体をＣＩＰ成形した。直径３３０ｍｍ、厚さ２５ｍｍのセラミックス成形体の一方の面に、電極埋設用の溝（Φ２９２ｍｍ、深さ０．１２ｍｍ）を形成した。

次に、２つのセラミックス成形体を、５５０℃、１２時間脱脂して、２つのセラミックス脱脂体を作製した。次に、発熱抵抗体（電極）として、最外径２９０ｍｍのモリブデン製のモリブデンメッシュ（線径０．１ｍｍ、メッシュサイズ♯５０）を所定の形状に裁断したものを準備した。そして、溝を形成したセラミックス脱脂体の溝に発熱抵抗体を載置し、他方のセラミックス脱脂体で挟み、セラミックス基材前駆体を作製した。

次に、セラミックス基材前駆体の載置面に垂直な方向に６ＭＰａの力を加えつつ、１８００℃、５時間、１軸ホットプレス焼成した。このようにして、電極埋設部材本体を焼成した。焼成後のセラミックス基材のサイズは、直径約３３０ｍｍ、厚さ約３６ｍｍであった。焼成したセラミックス基材に接合前の加工を行なった。基材本体の直径を３２０ｍｍ、厚さを２０ｍｍとし、セラミックス基材の下面に所定の大きさ、および側面形状を有する凸部を形成し、凸部の下面の支持部材との接合部となる位置の表面粗さを、Ｒａ０．１μｍ以下に仕上げた。また、電極と端子の電気的接続のための端子穴を埋設された電極に到達するように加工した。

凸部のサイズは、基材本体との境界の直径Ｄｓ１を６５ｍｍ、凸部の下面の直径Ｄｓ２を６０ｍｍ、厚さＴを５ｍｍとした。凸部の側面の形状は、セラミックス基材の基材本体の下面と凸部の側面とが滑らかに接続され、凸部の側面と凸部の下面とが滑らかに接続され、中間に特異点を有さないで凸部の側面に１つの変曲点を有するような形状とした。すなわち、セラミックス基材の中心軸を含む断面において、セラミックス基材の基材本体の下面および凸部の側面の断面は連続する曲線で形成され、当該曲線は変曲点を有する形状である。

これとは別に、焼結助剤を添加していないＡｌＮを主成分とするセラミックス原料粉を用いて、焼成後の形状が外径６０ｍｍ、内径５０ｍｍ、高さ２１０ｍｍの中空筒状となるようにセラミックス成形体をＣＩＰ形成した。これを、５５０℃、１２時間脱脂して、セラミックス脱脂体を作製した。セラミックス脱脂体を、１９００℃、５時間常圧焼成して、支持部材を焼成した。焼成した支持部材の接合部側の端面の表面粗さを、Ｒａ０．１μｍ以下に仕上げた。

そして、セラミックス基材の接合部に支持部材を配置し、載置面に垂直な方向に１ＭＰａの力を加えつつ、１７００℃、１時間加熱し接合した。その後、Φ５ｍｍ、長さ２７０ｍｍのＮｉ棒を、Ａｕロウで真空中１０００℃でロウ付けを行なった。最後に、仕上げ加工として、外形を所定の形状に加工した。このようにして、実施例１－１のシャフト付きヒーターを作製した。

（実施例１－２）
実施例１－２は、凸部のサイズを凸部と基材本体との境界の直径Ｄｓ１を７０ｍｍ、凸部の下面の直径Ｄｓ２を６０ｍｍ、厚さＴを６ｍｍとしたことを除き、実施例１－１と同じ条件で実施例１－２のシャフト付きヒーターを作製した。

（実施例１－３）
実施例１－３は、凸部のサイズを凸部と基材本体との境界の直径Ｄｓ１を９０ｍｍ、凸部の下面の直径Ｄｓ２を６０ｍｍ、厚さＴを１０ｍｍとしたことを除き、実施例１－１と同じ条件で実施例１－３のシャフト付きヒーターを作製した。

（実施例１－４）
実施例１－４は、凸部のサイズを凸部と基材本体との境界の直径Ｄｓ１を１００ｍｍ、凸部の下面の直径Ｄｓ２を６０ｍｍ、厚さＴを１０ｍｍとしたことを除き、実施例１－１と同じ条件で実施例１－４のシャフト付きヒーターを作製した。

（実施例２－１）
実施例２－１は、凸部の側面の形状を、セラミックス基材の基材本体の下面と凸部の側面とが滑らかに接続され、中間に特異点を有さないで凸部の側面に２つの変曲点を有するような形状とした。すなわち、セラミックス基材の中心軸を含む断面において、セラミックス基材の基材本体の下面および凸部の側面の断面は連続する曲線で形成され、当該曲線は２つの変曲点を有する形状である。また、シャフトの接合後、凸部の側面とシャフトの側面が滑らかに接続されるように加工した。それ以外は、実施例１－１と同じ条件で実施例２－１のシャフト付きヒーターを作製した。

（実施例２－２）
実施例２－２は、凸部のサイズを凸部と基材本体との境界の直径Ｄｓ１を７０ｍｍ、凸部の下面の直径Ｄｓ２を６０ｍｍ、厚さＴを８ｍｍとしたことを除き、実施例２－１と同じ条件で実施例２－２のシャフト付きヒーターを作製した。

（実施例２－３）
実施例２－３は、凸部のサイズを凸部と基材本体との境界の直径Ｄｓ１を９０ｍｍ、凸部の下面の直径Ｄｓ２を６０ｍｍ、厚さＴを１２ｍｍとしたことを除き、実施例２－１と同じ条件で実施例２－３のシャフト付きヒーターを作製した。

（実施例２－４）
実施例２－４は、凸部のサイズを凸部と基材本体との境界の直径Ｄｓ１を１００ｍｍ、凸部の下面の直径Ｄｓ２を６０ｍｍ、厚さＴを１２ｍｍとしたことを除き、実施例２－１と同じ条件で実施例２－４のシャフト付きヒーターを作製した。

（実施例３－１）
実施例３－１は、凸部のサイズを、基材本体との境界の直径Ｄｓ1を６５ｍｍ、凸部の下面の直径Ｄｓ２を６０ｍｍ、厚さＴを５ｍｍとした。セラミックス基材の基材本体の下面と凸部の側面とが滑らかに接続され、凸部の側面と凸部の下面とが滑らかに接続され、中間に特異点を有さないで凸部の側面に３つの変曲点を有するような形状とした。すなわち、セラミックス基材の中心軸を含む断面において、セラミックス基材の基材本体の下面および凸部の側面の断面は連続する曲線で形成され、当該曲線は３つの変曲点を有する形状である。それ以外は、実施例１－１と同じ条件で実施例３－１のシャフト付きヒーターを作製した。

（実施例３－２）
実施例３－２は、凸部のサイズを凸部と基材本体との境界の直径Ｄｓ１を７０ｍｍ、凸部の下面の直径Ｄｓ２を６０ｍｍ、厚さＴを８ｍｍとしたことを除き、実施例３－１と同じ条件で実施例３－２のシャフト付きヒーターを作製した。

（実施例３－３）
実施例３－３は、凸部のサイズを凸部と基材本体との境界の直径Ｄｓ１を９０ｍｍ、凸部の下面の直径Ｄｓ２を６０ｍｍ、厚さＴを１５ｍｍとしたことを除き、実施例３－１と同じ条件で実施例３－３のシャフト付きヒーターを作製した。

（実施例３－４）
実施例２－４は、凸部のサイズを凸部と基材本体との境界の直径Ｄｓ１を１００ｍｍ、凸部の下面の直径Ｄｓ２を６０ｍｍ、厚さＴを１５ｍｍとしたことを除き、実施例３－１と同じ条件で実施例３－４のシャフト付きヒーターを作製した。

（比較例１）
比較例１は、凸部のサイズを凸部と基材本体との境界の直径Ｄｓ１を６０ｍｍ、凸部の下面の直径Ｄｓ２を６０ｍｍ、厚さＴを５ｍｍとし、凸部の側面の形状を、断面が基材本体の下面と垂直な直線になり、変曲点を有しないようにしたことを除き、実施例１－１と同じ条件で比較例１のシャフト付きヒーターを作製した。基材本体の下面と凸部の側面との間の隅部の断面は、Ｃ０．２ｍｍに相当する特異点となっていた。

（比較例２）
比較例１は、凸部のサイズを凸部と基材本体との境界の直径Ｄｓ１を７０ｍｍ、凸部の下面の直径Ｄｓ２を６０ｍｍ、厚さＴを８ｍｍとし、凸部の側面の形状を、断面が曲線になり、２つの変曲点を有するようにして、さらに曲線の途中にＣ０．３ｍｍに相当する角部、すなわち特異点を設けたことを除き、実施例１－１と同じ条件で比較例１のシャフト付きヒーターを作製した。

（目視による破損の確認）
作製した実施例および比較例の電極埋設部材をプロセスチャンバに設置し、発熱抵抗体に外部電源を接続して６５０℃～２００℃の繰り返し温度サイクルを負荷した。１サイクルごとに電極埋設部材の基材本体の下面と凸部の側面との間の隅部、および支持部材の接合部を目視により確認し、破損の有無を調べた。その結果、実施例および比較例共に、１２サイクル終了後も目視による破損は確認されなかった。

（気密試験）
また、１サイクルごとに支持部材の端部にヘリウムリークディテクタを接続し、支持部材の外側からＨｅガスを吹き付け、接合部からのＨｅリークの有無を評価した。このとき、Ｈｅリークが１０^－８Ｐａ・ｍ^３／ｓ未満のものをリークなしと判断して合格とし、１０^－８Ｐａ・ｍ^３／ｓ以上となったものをリークありと判断し不合格とした。

実施例の電極埋設部材は、いずれも１２サイクル終了後もＨｅリークは合格基準を満たしていた。

一方、比較例１は、２サイクル後に１０^－８Ｐａ・ｍ^３／ｓ以上となり、不合格と判断された。また、比較例２は、８サイクル後に１０^－８Ｐａ・ｍ^３／ｓ以上となり、不合格と判断された。これは、隅部または接合部で目に見えない程度のクラックが発生したためと考えられる。すなわち、比較例の断面曲線の形状では、隅部と接合部の両方の応力を緩和できないことが分かった。

以上により、本発明の電極埋設部材は、基材本体と凸部の境界の隅部に生じる応力が緩和されると共に、支持部材の接合部に生じる応力が緩和され、隅部や接合部の破損リスクや気密不良リスクを低減することができる電極埋設部材であることが確かめられた。

本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形および均等物に及ぶことはいうまでもない。また、各図面に示された構成要素の構造、形状、数、位置、大きさ等は説明の便宜上のものであり、適宜変更しうる。

１００電極埋設部材
１１０セラミックス基材
１１２基材本体
１１４基板載置面
１１６基材本体の下面
１１８凸部
１２０凸部の下面
１２２凸部の側面
１２４変曲点
１２６基材本体と凸部の境界
１２８隅部
１３０電極
１４０支持部材
１４２接合面
１５０端子
１５２端子穴

Claims

電極埋設部材であって、
上面に基板載置面を有し、セラミックス焼結体により平板状に形成された基材本体、および前記基板載置面に対向する前記基材本体の下面から下方に突出して前記基材本体と一体的に形成された凸部を有するセラミックス基材と、
前記セラミックス基材の前記基材本体に埋設された電極と、
前記基板載置面に対向する前記凸部の下面に接合された支持部材と、を備え、
前記セラミックス基材の中心軸を含む断面において、前記セラミックス基材の前記基材本体の下面および前記凸部の側面の断面は連続する曲線で形成され、
前記曲線は変曲点を有することを特徴とする電極埋設部材。
前記曲線は、変曲点を２以上有することを特徴とする請求項１に記載の電極埋設部材。
前記凸部の前記基材本体との境界の直径をＤｓ１、前記凸部の下面の直径をＤｓ２としたとき、
１．１≦Ｄｓ１／Ｄｓ２≦１．５
であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電極埋設部材。
前記凸部の前記基材本体との境界の直径をＤｓ１、前記凸部の下面の直径をＤｓ２とし、前記凸部の厚さをＴとしたとき、
（Ｄｓ１－Ｄｓ２）／２≧Ｔ
であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電極埋設部材。