JP2002348180A - 石英ガラス部材と炭化ケイ素部材の接合体および接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 石英ガラス部材と炭化ケイ素部材の接合体お
よび接合方法において、各部材の加工および接合が容易
であり、かつ、接合強度が高く、クラックの発生や破損
が低減され、安定した接合体および接合方法を提供す
る。 【解決手段】 一端部から他端部に向かって延設された
スリット１ａと、前記スリット１ａによって一端部側に
形成されたくし歯部分１ｂとを有する筒状の炭化ケイ素
部材１を用いて、前記炭化ケイ素部材のくし歯部分１ｂ
を、筒状または棒状の石英ガラス部材２の外周に焼嵌め
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、石英ガラス部材と
炭化ケイ素部材の接合体および接合方法に関し、より詳
細には、石英ガラス部材と炭化ケイ素部材を嵌合させた
接合体および石英ガラスと炭化ケイ素の熱膨張係数の差
を利用した石英ガラス部材と炭化ケイ素部材の接合方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭化ケイ素は、高強度で、耐熱性、耐酸
化性、耐食性に優れ、また、熱伝導率が大きいという特
性から、半導体製造装置用部材として、好適に用いられ
ている。一方、石英ガラスも、高純度で、透光性、耐熱
性、耐食性に優れ、また、熱伝導率が小さいという特性
に基づいた半導体製造装置用部材として使用されてい
る。

【０００３】ところで、半導体製造装置用部材は、均一
な環境条件において使用されるとは限らず、部材によっ
ては、温度分布が傾斜した環境条件下、例えば、部材の
一端は１０００℃以上の高温下に置かれ、他端は２００
〜３００℃程度の比較的低温下で使用されるというよう
に、部材の部分によって、使用環境が大きく異なる場合
も少なくない。

【０００４】このような場合には、材質の異なる部品を
組合わせたり、接合することにより部材を構成すること
がある。上記のような熱環境において差がある場合は、
上記のように、高強度で、耐熱性に優れた炭化ケイ素部
材と、熱伝導率が小さく、耐熱性にも優れた石英ガラス
部材とを接合することにより、一部材が構成されたもの
が、従来から使用されていた。

【０００５】そして、従来の石英ガラス部材と炭化ケイ
素部材との接合方法は、熱膨張係数が小さい石英ガラス
からなる筒状または棒状等の部材の外周に、熱膨張係数
が比較的大きい炭化ケイ素からなる筒状の部材を焼嵌め
することにより行われていた。すなわち、石英ガラス部
材がいわゆる雄側、炭化ケイ素部材がいわゆる雌側の関
係で、石英ガラス部材の外周面と炭化ケイ素部材の内周
面とが、接合部分において全面で接触する状態で、焼嵌
めされていた。この方法によれば、石英ガラス部材およ
び炭化ケイ素部材以外の、ビス等の他の部品や接着剤等
を必要とすることなく、両部材を接合することができる
ため、高純度環境を要求される半導体製造装置用部材に
おいては好適な方法である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法では、両者の接合部分の全面が接触した状態となるた
め、熱膨張係数の差を考慮した上で、両部材について、
厳密な加工精度が求められる。ちなみに、石英ガラスの
熱膨張係数は０．５×１０^-6／Ｋであり、炭化ケイ素の
熱膨張係数は４．５×１０^-6／Ｋである。すなわち、炭
化ケイ素の熱膨張係数は、石英ガラスの熱膨張係数の約
９倍である。

【０００７】しかも、同一材料を用いて各部材を加工す
る場合であっても、個体差があるため、高精度で加工し
たにもかかわらず、接合が不完全であったり、接合する
ことはできても、冷却後にクラックが生じるといった技
術的課題も有していた。

【０００８】本発明は、上記技術的課題を解決するため
になされたものであり、石英ガラス部材と炭化ケイ素部
材の接合体および接合方法において、各部材の加工およ
び接合が容易であり、かつ、接合強度が高く、クラック
の発生や破損が低減され、安定した接合体および接合方
法を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る石英ガラス
部材と炭化ケイ素部材の接合体は、一端部から他端部に
向かって延設されたスリットと、前記スリットによって
一端部側に形成されたくし歯部分とを有する筒状の炭化
ケイ素部材と、筒状または棒状の石英ガラス部材とから
構成され、前記炭化ケイ素部材のくし歯部分が、前記石
英ガラス部材の外周に嵌合されていることを特徴とす
る。炭化ケイ素部材の接合部分にスリットを設けること
により、高度な加工精度を要することなく、弾性を付与
することができるため、両部材を嵌合しやすく、かつ、
接合強度が高く、安定した接合体とすることができる。

【００１０】前記くし歯部分には、４本以上のくし歯が
形成されていることが好ましい。これにより、炭化ケイ
素部材の接合部分の弾性が向上し、より強固かつ容易に
嵌合することができる。

【００１１】また、前記くし歯部分のくし歯の長さは、
前記石英ガラス部材と炭化ケイ素部材との接合部分の長
さよりも長いことが好ましい。炭化ケイ素部材のくし歯
の長さが、石英ガラス部材との接合部分の長さと同一ま
たは同等である場合には、くし歯の根元に応力がかかり
やすく、クラックの発生や破損のおそれがあるため、前
記くし歯の長さを長くすることによって、クラックの発
生や破損が生じにくい接合体とすることができる。

【００１２】さらにまた、前記石英ガラス部材は、炭化
ケイ素部分との接合部分において、先細のテーパ形状で
あることが好ましい。これにより、上記クラックの発生
や破損が、より低減された接合体とすることができる。

【００１３】本発明に係る石英ガラス部材と炭化ケイ素
部材の接合方法は、石英ガラス部材と炭化ケイ素部材の
接合体および接合方法において、一端部から他端部に向
かって延設されたスリットと、前記スリットによって一
端部側に形成されたくし歯部分とを有する筒状の炭化ケ
イ素部材を用いて、前記炭化ケイ素部材の該くし歯部分
を、筒状または棒状の石英ガラス部材の外周に焼嵌めす
ることを特徴とする。嵌合状態において雌側となる炭化
ケイ素部材の接合部分にスリットを設けることにより、
高度な加工精度を要することなく、両部材を嵌合しやす
くするとともに、高い接合強度で、安定した状態で、両
部材を接合することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて、
より具体的に説明する。本発明に係る石英ガラス部材と
炭化ケイ素部材の接合体は、一端部から他端部に向かっ
て延設されたスリットと、前記スリットによって一端部
側に形成されたくし歯部分とを有する筒状の炭化ケイ素
部材と、筒状または棒状の石英ガラス部材とが嵌合され
たものである。雌側となる炭化ケイ素部材の接合部分に
スリットを設け、これを雄側の石英ガラス部材に嵌合さ
せることにより、接合強度が高く、安定した両部材の接
合体とすることができる。

【００１５】本発明において用いられる炭化ケイ素部材
の一態様を図１に示す。図１に示す炭化ケイ素部材１
は、一端部から他端部に向かって延設された８本のスリ
ット１ａが設けられ、この８本のスリット１ａによって
８本のくし歯１ｂが形成された筒状体からなる。通常、
このような形状の部材は、予め筒状に形成された炭化ケ
イ素材に、スリット１ａを研削加工することにより得ら
れる。

【００１６】前記炭化ケイ素部材１のスリット１ａは４
本以上設けられ、くし歯１ｂは４本以上形成されること
が好ましい。これにより、炭化ケイ素部材１の接合部分
の弾性が向上し、嵌合を容易に行うことができる。炭化
ケイ素部材１の径の大きさにもよるが、くし歯１ｂの本
数は、より好ましくは、８〜１２本である。

【００１７】また、本発明において用いられる石英ガラ
ス部材は、筒状または棒状のものである。例えば、図２
（ａ）に、円筒状の石英ガラス部材を示す。図２（ａ）
に示す石英ガラス部材２は、接合部分２ａが、接合され
る炭化ケイ素部材のくし歯部分の厚さ分だけ、本体２ｂ
よりも細く形成された円筒体からなる。前記接合部分２
ａの表面は、粗い研磨またはフッ化水素酸等による腐食
等により粗面化加工された、いわゆるすりが形成されて
いる。また、本発明に係る接合方法においては、焼嵌め
により接合するため、前記接合部分２ａの外周は、十分
な接合強度を得る観点から、接合される炭化ケイ素部材
の内周よりもやや大きく形成されるが、その程度は焼嵌
めが可能な程度を限度とする。

【００１８】前記石英ガラス部材の形状は、炭化ケイ素
部材との接合強度を高くし、また、くし歯部分のくし歯
の根元における応力集中を避け、クラックの発生や破損
を防止する観点から、接合部分において所定の嵌合長さ
が必要であるため、筒状または棒状のものが用いられ
る。また、接合部分の断面形状は、多角形、楕円形、円
形等でもよいが、両部材の接合部分において周方向で均
等な嵌合力とするためには、円形であることが好まし
い。

【００１９】また、石英ガラス部材の接合部分２ａに
は、上記のように、すりが形成されていることが好まし
い。接合部分２ａでの炭化ケイ素部材との接触摩擦を大
きくすることにより、より接合強度を高くするためであ
る。

【００２０】さらに、図２（ｂ）に、石英ガラス部材の
異なる態様を示す。図２（ｂ）に示す石英ガラス部材２
は、接合部分２ａの外周径が先細のテーパ形状に形成さ
れている。接合部分２ａをこのようなテーパ形状とする
ことにより、嵌合がスムーズになり、炭化ケイ素部材と
の接合を一層容易に行うことができる。また、このよう
なテーパ形状とすることによって、くし歯の根元におけ
るクラックの発生や破損を、より低減させることができ
る。なお、テーパ角度は、接合する炭化ケイ素部材の筒
の厚さ、くし歯の長さ、幅、本数等に応じて適宜設定さ
れる。

【００２１】次に、図３に、本発明に係る炭化ケイ素部
材と石英ガラス部材の接合体を示す。図３に示す炭化ケ
イ素部材１は、図１に示したものと同様のものであり、
また、石英ガラス部材２は、図２（ａ）に示した形状の
ものである。この石英ガラス部材の接合部分２ａに接合
される炭化ケイ素部材１のくし歯１ｂの長さは、該接合
部分２ａの長さよりも長く形成されている。また、接合
した後の炭化ケイ素部材１の外周と石英ガラス２の外周
は等しくなるように形成されている。

【００２２】このように、くし歯１ｂの長さを石英ガラ
ス部材の接合部分２ａよりも長く形成することにより、
上記くし歯１ｂの本数を規定することと同様に、炭化ケ
イ素部材の接合部分の弾性が向上するため、接合を容易
に行うことができる。また、くし歯部分に、石英ガラス
部材と接触しない空洞部分が形成されることにより、放
熱効果が得られ、石英ガラス部材側への熱伝導を抑制す
ることができる。また、スリット１ａおよびくし歯１ｂ
の幅は、炭化ケイ素部材１の径の大きさ、筒の厚さ等に
応じて適宜設定されるが、弾性および放熱効果等の観点
から、同等の幅とすることが好ましい。

【００２３】本発明に係る石英ガラス部材と炭化ケイ素
部材の接合方法は、上記したような石英ガラス部材と炭
化ケイ素部材とを焼嵌めにより接合するものである。上
記のような形状の炭化ケイ素部材は、熱膨張により、筒
の径が拡張しやすく、また、該炭化ケイ素部材のくし歯
部分は弾性を有するため、冷却後にクラックを生じるこ
ともなく、焼嵌めによる接合に好適である。

【００２４】したがって、焼嵌めを容易に行うために
は、上記したように、炭化ケイ素部材は、そのくし歯部
分に４本以上のくし歯が形成され、また、前記くし歯部
分のくし歯の長さは、石英ガラス部材との接合部分の長
さよりも長いものを用いることが好ましい。

【００２５】さらに、焼嵌めをより容易に行うために
は、上記したように、石英ガラス部材は、炭化ケイ素部
分との接合部分において、先細のテーパ形状としたもの
を用いることが好ましい。

【００２６】前記焼嵌めは、両部材の熱膨張率の関係か
ら、通常、１０００℃以上で行われるが、より好ましく
は、１０５０〜１１５０℃で行われる。また、加熱およ
び冷却は、急激な温度変化による各部材の変形およびク
ラックの発生を防止するため、いずれも１時間以上かけ
て徐々に温度を上昇または降下させる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的
に説明するが、本発明は下記の実施例により制限される
ものではない。 ［実施例］一端部から他端部に向かって延設された８本
のスリットと、前記スリットによって一端部側に形成さ
れた８本のくし歯を有する筒状の炭化ケイ素部材の該く
し歯部分を、筒状の石英ガラス部材の外周に、図３に示
すように焼嵌めし、支柱を作製した。焼嵌めにおける温
度条件は、９００℃に加熱した後、１時間かけて１１５
０℃まで加熱し、保温した状態で、炭化ケイ素部材と石
英ガラス部材との接合部分を嵌合させ、その後、１時間
半かけて２５０℃まで冷却した。得られた支柱は、冷却
後もクラックの発生は認められず、嵌合状態も良好であ
った。この支柱を垂直に立てて、その頂部にトレイを設
け、総重量１０ｋｇの荷重をかけて、１１００℃の炉内
で高温耐荷重評価試験を行ったところ、該支柱には、変
化はみられなかった。

【００２８】［比較例］スリットが設けられていない筒
状の炭化ケイ素部材の該くし歯部分を、筒状の石英ガラ
ス部材の外周に、実施例と同様にして焼嵌めした支柱を
作製した。得られた支柱は、冷却後、嵌合状態は良好で
あったが、炭化ケイ素部材の接合部分にクラックが発生
していた。

【００２９】以上のように、スリットによって一端部側
にくし歯部分が形成された筒状の炭化ケイ素部材と、筒
状の石英ガラス部材とを焼嵌めした支柱（実施例）は、
従来のスリットが設けられていない筒状の炭化ケイ素部
材を用いた場合（比較例）に比べて、接合もスムーズに
行うことができ、冷却後の嵌合状態も良好であり、クラ
ックの発生や破損は認められなかった。しかも、実施例
においては、接合体は、強度的にも優れ、荷重をかけた
場合にも、接合部分は安定した状態を保持することが認
められた。

【００３０】

【発明の効果】以上のとおり、本発明に係る石英ガラス
部材と炭化ケイ素部材の接合方法によれば、加工および
接合が容易であり、かつ、両部材の接合強度が高く、ク
ラックの発生や破損が生じにくく、安定した接合体を得
ることできる。また、本発明に係る石英ガラス部材と炭
化ケイ素部材の接合体は、耐熱性に優れた炭化ケイ素部
材と、熱伝導率が小さく、耐熱性にも優れた石英ガラス
部材とから構成されるものであり、部材の両端で異なる
熱環境下においても使用に耐え得る、高強度の部材とし
て、特に、半導体製造装置用部材として、好適に用いる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る炭化ケイ素部材を示した斜視図で
ある。

【図２】（ａ）は、本発明に係る石英ガラス部材の一形
態を示した斜視図であり、（ｂ）は、本発明に係る石英
ガラス部材の異なる形態を示した斜視図である。

【図３】本発明に係る炭化ケイ素部材と石英ガラス部材
の接合体を示した斜視図である。

【符号の説明】

１ 炭化ケイ素部材 １ａ スリット １ｂ くし歯 ２ 石英ガラス部材 ２ａ 接合部分 ２ｂ 本体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石英ガラス部材と炭化ケイ素部材の接合
   体であって、 一端部から他端部に向かって延設されたスリットと、前
   記スリットによって一端部側に形成されたくし歯部分と
   を有する筒状の炭化ケイ素部材と、筒状または棒状の石
   英ガラス部材とから構成され、 前記炭化ケイ素部材のくし歯部分が、前記石英ガラス部
   材の外周に嵌合されていることを特徴とする石英ガラス
   部材と炭化ケイ素部材の接合体。
2. 【請求項２】 前記くし歯部分には、４本以上のくし歯
   が形成されていることを特徴とする請求項１記載の石英
   ガラス部材と炭化ケイ素部材の接合体。
3. 【請求項３】 前記くし歯部分のくし歯の長さは、前記
   石英ガラス部材と炭化ケイ素部材との接合部分の長さよ
   りも長いことを特徴とする請求項１または請求項２記載
   の石英ガラス部材と炭化ケイ素部材の接合体。
4. 【請求項４】 前記石英ガラス部材は、炭化ケイ素部分
   との接合部分において、先細のテーパ形状であることを
   特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載
   の石英ガラス部材と炭化ケイ素部材の接合体。
5. 【請求項５】 石英ガラス部材と炭化ケイ素部材の接合
   方法において、 一端部から他端部に向かって延設されたスリットと、前
   記スリットによって一端部側に形成されたくし歯部分と
   を有する筒状の炭化ケイ素部材を用いて、 前記炭化ケイ素部材のくし歯部分を、筒状または棒状の
   石英ガラス部材の外周に焼嵌めすることを特徴とする石
   英ガラス部材と炭化ケイ素部材の接合方法。