JP2018006451A - Bonding method - Google Patents
Bonding method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018006451A JP2018006451A JP2016128782A JP2016128782A JP2018006451A JP 2018006451 A JP2018006451 A JP 2018006451A JP 2016128782 A JP2016128782 A JP 2016128782A JP 2016128782 A JP2016128782 A JP 2016128782A JP 2018006451 A JP2018006451 A JP 2018006451A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- metaboric acid
- boron oxide
- temperature
- silicon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- VGTPKLINSHNZRD-UHFFFAOYSA-N oxoborinic acid Chemical compound OB=O VGTPKLINSHNZRD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 65
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 48
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000005304 joining Methods 0.000 claims description 43
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 37
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 37
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 18
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000002788 crimping Methods 0.000 claims 1
- 239000012768 molten material Substances 0.000 abstract 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 38
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 5
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 4
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 3
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 3
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229910003480 inorganic solid Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 2
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
本発明は、接合方法に係り、特に無機固体材料からなる部材同士の接合方法に関する。 The present invention relates to a joining method, and more particularly to a joining method between members made of an inorganic solid material.
LSI等の半導体集積デバイス製造におけるエッチング装置として、プラズマを用いたドライエッチング装置が用いられている。この装置では、エッチング対象のウエハが平面電極のカソード上に配置され、装置内にエッチングガスが導入された状態で、高周波発振器により対向電極(アノード)とカソードの間に高周波電圧が印加されると、電極間にエッチングガスのプラズマが発生する。プラズマ中の活性ガスであるプラスイオンがウエハ表面に入射しエッチングが行なわれる。 As an etching apparatus in manufacturing a semiconductor integrated device such as an LSI, a dry etching apparatus using plasma is used. In this apparatus, when a wafer to be etched is placed on the cathode of the planar electrode and an etching gas is introduced into the apparatus, a high frequency voltage is applied between the counter electrode (anode) and the cathode by a high frequency oscillator. Etching gas plasma is generated between the electrodes. Etching is performed by positive ions, which are active gases in the plasma, entering the wafer surface.
ドライエッチング装置内部では、金属製部品を用いると金属汚染が起こるので、シリコン製部品が用いられる。代表的なシリコン製部品としては、エッチング対象のウエハを囲むドーナツ状の形状をしたフォーカスリング、下部電極を囲むグランドリング、上部電極板、およびエッチングチャンバー上部および下部の保護部材などがある(特許文献1)。これらのうちフォーカスリング等は、エッチング対象のウエハより大きな直径を有することが必要である。現在主流の300mmウエハ用のものは320mm以上の直径を有するシリコン結晶インゴットから作製されるため、高価である。 Inside the dry etching apparatus, if metal parts are used, metal contamination occurs, so silicon parts are used. Typical silicon parts include a doughnut-shaped focus ring surrounding a wafer to be etched, a ground ring surrounding a lower electrode, an upper electrode plate, and protective members above and below the etching chamber (Patent Literature). 1). Of these, the focus ring or the like needs to have a larger diameter than the wafer to be etched. The current mainstream for 300 mm wafers is expensive because it is made from a silicon crystal ingot having a diameter of 320 mm or more.
フォーカスリング等のシリコン製部品を、一体物ではなく、複数のシリコン部材を接合することにより製造できれば、製造コストの削減等の種々のメリットが期待される。非シリコン製の部品においても、複数の部材を接合して製造できれば、同様の効果が期待される。 If a silicon part such as a focus ring can be manufactured by joining a plurality of silicon members instead of a single part, various advantages such as reduction in manufacturing cost can be expected. Even in the case of non-silicon parts, the same effect can be expected if a plurality of members can be joined and manufactured.
部材同士を接合した場合には、接合箇所に問題が生じることがあり、シリコン部材のような部材を、接合対象の部材に接合する方法に対する要求は高まっている。 When the members are joined together, a problem may occur at the joining location, and there is an increasing demand for a method for joining a member such as a silicon member to a member to be joined.
そこで本発明は、部材同士をより強固に接合できる方法を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the method which can join members more firmly.
本発明に係る接合方法は、180〜280℃の第1の温度に加熱された第1部材の接合側面の少なくとも一部に、粒子状のホウ酸からなる出発原料を供給して、メタホウ酸の層を形成する工程と、前記メタホウ酸の層が形成された前記第1部材を、500〜700℃の第2の温度に加熱して、酸化ホウ素を含む溶融物を生成する工程と、前記酸化ホウ素を含む溶融物の上に接合対象の第2部材を圧着する工程と、前記酸化ホウ素を含む溶融物を固化することで、前記第1部材と前記第2部材とを酸化ホウ素の層を介して接合する工程とを含むことを特徴とする。 In the joining method according to the present invention, a starting material composed of particulate boric acid is supplied to at least a part of the joining side surface of the first member heated to a first temperature of 180 to 280 ° C. A step of forming a layer, a step of heating the first member on which the metaboric acid layer is formed to a second temperature of 500 to 700 ° C. to generate a melt containing boron oxide, and the oxidation A step of pressure-bonding a second member to be bonded onto a melt containing boron, and solidifying the melt containing boron oxide, thereby allowing the first member and the second member to pass through a layer of boron oxide. And the step of joining.
本発明によれば、第1部材と接合対象の第2部材とを、酸化ホウ素の層を介して接合するので、より強固に両者を接合することができる。しかも、接合に用いられているのが、ホウ酸から得られた酸化ホウ素の層であるので、金属汚染のおそれもない。 According to the present invention, since the first member and the second member to be joined are joined via the boron oxide layer, both can be joined more firmly. And since what is used for joining is the layer of boron oxide obtained from boric acid, there is no fear of metal contamination.
酸化ホウ素の層は、出発原料としてのホウ酸を所定の180〜280℃で加熱してメタホウ酸を得た後、メタホウ酸を500〜700℃に加熱して形成されることから、均一な薄い層とすることができる。こうした酸化ホウ素の層によって、第1部材と第2部材との密着性が向上する。 Since the boron oxide layer is formed by heating boric acid as a starting material at a predetermined 180 to 280 ° C. to obtain metaboric acid, and then heating the metaboric acid to 500 to 700 ° C., it is uniformly thin. It can be a layer. Such a boron oxide layer improves the adhesion between the first member and the second member.
700℃以下の温度で酸化ホウ素が形成されるので、第1部材および第2部材の少なくとも一方がシリコン製の場合でも、酸化ホウ素とシリコンとの熱膨張係数の違いによって、シリコン製の部材に割れが生じることもない。 Since boron oxide is formed at a temperature of 700 ° C. or lower, even when at least one of the first member and the second member is made of silicon, cracking occurs in the silicon member due to the difference in thermal expansion coefficient between boron oxide and silicon. Does not occur.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1.全体構成
図1A、1Bに示すように、本実施形態においては、無機固体材料として半導体材料(シリコン)製の第1部材2と接合対象の第2部材4とを、酸化ホウ素(B2O3)の層6を介して接合して接合体10を作製する。図1Bに示すように、X矢視方向においては、第1部材2と第2部材4とは、第1部材2の長さLの半分(L/2)ずれて配置されていてもよい。この場合、第1部材2の一表面(接合側面)の半分の領域が、第2部材4と接合される接合領域3aとなる。
1. Overall Configuration As shown in FIGS. 1A and 1B, in the present embodiment, a
第1部材2としては、例えば、図2に示すような円弧状板を用いることができる。図示する第1部材12は、円周の1/6に相当する円弧状の板状部材である。第1部材12の厚さt0は、例えば2〜20mm程度、第1部材12の幅w0は、例えば30〜60mm程度である。第1部材12は、端面同士を合わせて6枚を配置することによって、外径300〜600mm程度、内径280〜580mm程度の環状の部材となる寸法とすることができる。図2に示すように、第1部材12の一表面(接合側面)13の半分の領域を接合領域13aとし、この接合領域13に、図示しない第2部材の接合側の面の半分が接合される。
As the
第2部材14は、第1部材12と同様のシリコン製の部材とすることができる。第2部材14として、第1部材12と同等の大きさの円弧状板を6枚用い、上述したように第1部材12の接合領域13aに接合することによって、第1部材12の2倍の厚さを有する環状の部材が得られる。
The
本実施形態の接合方法においては、まず、第1の温度(180〜280℃)に加熱された第1部材12の接合側面13の少なくとも一部に、粒子状のホウ酸(B(OH)3)からなる出発原料を供給する。第1部材12は、一般的な電気抵抗ヒーターを用いた加熱手段により加熱することができる。接合側面13の温度が180〜280℃であるので、この接合側面13上ではホウ酸の脱水反応が生じる。水は、10〜60秒程度でホウ酸から脱離し、その間に流動性に富むメタホウ酸(HBO2)が生じる。
In the bonding method of the present embodiment, first, particulate boric acid (B (OH) 3 is applied to at least a part of the
第1部材12の温度が低すぎる場合には、ホウ酸から水を脱離させてメタホウ酸を得ることができない。一方、第1部材12の温度が高すぎると、ホウ酸から水が急激に脱離する。それによって、第1部材12の接合側面13に供給されたホウ酸が飛び散ったり、固化したメタホウ酸が直ちに生じてしまう。第1の温度が180〜280℃であれば、不都合を伴なわずにメタホウ酸を得ることができる。第1の温度は、200〜240℃が好ましい。
When the temperature of the
粒子状のホウ酸からなる出発原料としては、直径0.1〜2mmの顆粒状の市販品を、そのまま用いることができる。直径が0.1〜2mmのホウ酸からなる出発原料を、第1の温度に加熱された第1部材12の接合側面13に供給することによって、後述するようなメタホウ酸の層を形成することができる。ホウ酸は、第1部材12の接合側面13の一部に少量ずつ供給することが好ましい。
As a starting material made of particulate boric acid, a granular commercial product having a diameter of 0.1 to 2 mm can be used as it is. A metaboric acid layer as described later is formed by supplying a starting material made of boric acid having a diameter of 0.1 to 2 mm to the joining
ホウ酸から水が脱離して生じたメタホウ酸をヘラで延ばすことによって、メタホウ酸の層が得られる。上述したように第1部材12の接合側面13に、出発原料としてのホウ酸を少量ずつ供給し、生じたメタホウ酸をその都度延ばすことによって、均一なメタホウ酸の層を接合領域13aに形成することができる。ヘラとしては、シリコンウエハを切断して得られたものを用いることで、メタホウ酸の層への不純物の混入は避けられる。
A metaboric acid layer can be obtained by extending the metaboric acid generated by removing water from boric acid with a spatula. As described above, boric acid as a starting material is supplied to the joining
メタホウ酸の層の厚さは、1mm以下であることが好ましく、0.1〜0.5mmがより好ましい。メタホウ酸の層の厚さが小さいほど、後の工程で加熱された際に、脱水反応による泡の発生を抑制することができる。メタホウ酸の層の厚さは、供給する出発原料としてのホウ酸の量を制御して、調整することができる。 The thickness of the metaboric acid layer is preferably 1 mm or less, and more preferably 0.1 to 0.5 mm. The smaller the thickness of the metaboric acid layer, the lower the generation of bubbles due to the dehydration reaction when heated in a later step. The thickness of the metaboric acid layer can be adjusted by controlling the amount of boric acid as a starting material to be supplied.
接合領域13aにメタホウ酸の層が形成された第1部材12を加熱して、第2の温度(500〜700℃)に昇温する。その結果、メタホウ酸から水がさらに脱離して、酸化ホウ素(B2O3)を含む溶融物が得られる。第2の温度が高すぎる場合には、後の工程で冷却した際に、酸化ホウ素とシリコンとの熱膨張係数の違いによって、第1部材12に割れが生じるおそれがある。第2の温度が500〜700℃であれば、このような問題なしに酸化ホウ素を含む溶融物を得ることができる。第2の温度は、550〜600℃が好ましい。
The
第1部材12の接合領域13aに生じた酸化ホウ素を含む融解物の上に、接合対象の第2部材14を圧着する。圧着の際の圧力は特に限定されず、適宜設定することができる。第1部材12の幅w0が30mm程度の場合には、断熱材を挟んで手で押し付けて、第1部材12と第2部材14とを接合することができる。
The
酸化ホウ素の溶融物を固化させることで、第1部材12と第2部材14とが酸化ホウ素の層によって接合される。溶融物は、例えば室温で放置することで、固化させることができる。
By solidifying the boron oxide melt, the
2.作用および効果
本実施形態の方法によれば、シリコン製の第1部材12と接合対象の第2部材14とを接合するにあたって、まず、第1の温度(180〜280℃)に加熱された第1部材12の接合側面13で、出発原料としてのホウ酸から水を脱離させてメタホウ酸としているので、メタホウ酸の層が均一に形成される。次いで、メタホウ酸の層を第2の温度(500〜700℃)に加熱することで、さらに水がメタホウ酸から脱離して酸化ホウ素を含む溶融物が生じる。
2. Action and Effect According to the method of the present embodiment, when the
酸化ホウ素を含む溶融物の上に第2部材14を圧着し、酸化ホウ素を含む溶融物を固化させることによって、第1部材12と第2部材14とが酸化ホウ素の層を介して接合される。酸化ホウ素の層は、第1部材12の接合側面13における接合領域13aに均一に形成されているので、第1部材12と第2部材14とは高い密着性で強固に接合される。接合に用いられているのが、ホウ酸を出発原料として得られた酸化ホウ素の層であるので、金属汚染のおそれはない。
The
第1部材12と第2部14材とを接合する酸化ホウ素は、700℃以下の加熱により形成されるので、酸化ホウ素とシリコンとの熱膨張係数の違いによって、第1部材12に割れが生じることもない。
Since the boron oxide that joins the
3.変形例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。
3. The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed within the scope of the gist of the present invention.
第1部材12としては、円弧状板に限らず、環状の板を用いることもできる。本発明の方法を用いて製造される部品の最終用途によっては、円盤状の板や矩形状の板を、第1部材12として用いることも可能である。
The
接合対象の第2部材14の形状は、第1部材12の形状に応じて適宜選択することができる。第2部材14は、必ずしも第1部材12と同じ形状である必要はない。例えば第1部材12として環状の板を用いる場合、対応する円弧状の板を、第2部材14として用いることができる。
The shape of the
第1部材12の加熱には、第1の温度(180〜280℃)以上に加熱できる任意の手段を用いることができる。加熱箇所を容易に移動できるランプを用いて、第1部材12を加熱してもよい。ランプとしては、例えばハロゲンランプやキセノンランプなどが挙げられる。
For heating the
第1部材12および第2部材14は、例えばSiC等の非シリコン製の半導体材料により形成してもよい。さらに、第1部材12および第2部材14は、ガラス材料やセラミックス材料等の無機固体材料で形成することもできる。ガラス材料としては、例えば石英ガラスが挙げられ、セラミックス材料としては、例えばアルミナが挙げられる。第1部材12の材質と第2部材14の材質とは、同一でも異なっていてもよい。
The
メタホウ酸の層は、第2の温度(500〜700℃)に加熱する前に、表面の少なくとも一部を除去する処理を施してもよい。ここでの処理は、研磨により行なうことができる。例えば、メタホウ酸の層を室温(25℃)程度に冷却して固化させた後、SiC製のサンドペーパーを用いて乾式研磨を行なう。メタホウ酸の層は、必ずしも室温に冷却する必要はなく、サンドペーパーなどが焦げずに研磨が可能な程度に冷却されていればよい。 The metaboric acid layer may be subjected to a treatment for removing at least a part of the surface thereof before being heated to the second temperature (500 to 700 ° C.). The treatment here can be performed by polishing. For example, the metaboric acid layer is cooled to about room temperature (25 ° C.) and solidified, and then dry polishing is performed using a sandpaper made of SiC. The metaboric acid layer does not necessarily need to be cooled to room temperature, and may be cooled to such an extent that sandpaper or the like can be polished without scorching.
冷却したメタホウ酸の層を乾式研磨することによって、剥がれを引き起こすことなく、厚さを1mm以下に低減することができる。研磨後の層が0.05mm以上の厚さを有していれば、第1部材12と第2部材14との接合は確保される。研磨によってメタホウ酸の層の表面が平坦化されるので、第1部材12と第2部材14との密着性をよりいっそう高めることもできる。
By dry polishing the cooled layer of metaboric acid, the thickness can be reduced to 1 mm or less without causing peeling. If the layer after polishing has a thickness of 0.05 mm or more, the bonding between the
第1部材12および第2部材14の少なくとも一方がシリコン製の場合には、メタホウ酸の層を、第1部材12の接合側面13の全域ではなく、図3に示すように接合側面13の外縁に沿って枠状に形成してもよい。図3においては、接合側面13には、枠状のメタホウ酸の層15が外縁に沿って、0.2mm程度の高さで形成されている。枠状のメタホウ酸の層15の幅w1は、5〜10mmとすることができる。枠状のメタホウ酸の層15の内側の領域には、シリコンと共晶を形成する金属の箔17を配置する。シリコンと共晶を形成する金属としては、Al,Ga,Ge,およびSnが挙げられる。
When at least one of the
シリコンと共晶を形成する金属の箔17を内側の領域に配置する前に、枠状のメタホウ酸の層を冷却して、上述したように表面を研磨して厚さを低減してもよい。
Before placing the
第1部材12の接合側面13に枠状のメタホウ酸の層15を形成し、金属の箔17を配置した後、上述と同様に第2部材14を載置して、共晶温度以上700℃以下に加熱する。加熱によって金属がシリコンと共晶を形成することで、第1部材12と第2部材14とを、よりいっそう強固に接合することができる。ここで形成された共晶は、枠状の酸化ホウ素の層で囲まれることになるので、金属が拡散して汚染源となるおそれも小さい。
After forming the frame-like
4.実施例
(実施例1)
第1部材12aおよび第2部材14bを6枚ずつ用いて、図4A,4Bに示すような環状の部材22を作製する。第1部材12aおよび第2部材14aは、形状および大きさの等しいシリコン製の1/6の円弧状板である。第1部材12aと第2部材14aとは、互い違いに30度ずつずらして、6枚ずつ配置することで、上下2層の環状に形成する。
4). Example (Example 1)
An
第1部材12aとしての1/6の円弧状板は、図5に示すように太陽電池用シリコンインゴット20から2枚ずつ、5mmの厚さで切り出した。太陽電池用シリコンインゴット20の直径d0は、215mmである。切り出された第1部材12aの幅w0は、30mmである。同様の形状および厚さで切り出された1/6の円弧状板を、第2部材14aとしても用いる。
As shown in FIG. 5, two 1/6 arc-shaped plates as the
第1部材12aと第2部材14aとは、170mm角の天板を備えたホットプレートを用いて、以下の手法により接合した。第1部材12aは、図6に示すように、接合領域13aが中心となるようにホットプレート30の上に載置した。第1部材12aの表面の温度を接触温度計で測定して、220℃(第1の温度)になるようにホットプレートの出力を調整した。
The
図6に示すように、第1部材12aの一表面(接合側面)の半分が、図示しない第2部材14aに接合される接合領域13aとなる。この接合領域13aに、合計で約10gのホウ酸を供給した。用いたホウ酸は、顆粒状の市販品(関東化学(株)製、商品番号:0432−80)であり、直径は0.1〜2mm程度である。
As shown in FIG. 6, half of one surface (bonding side surface) of the
ホウ酸は、加熱された第1部材12aの一表面の一部に約0.5gずつ落として供給し、脱水反応によりホウ酸をメタホウ酸に変化させた。生じたメタホウ酸を、その都度シリコン製のヘラで延ばした。こうした操作を20回繰り返すことによって、接合領域13a全域にメタホウ酸の層を形成した。メタホウ酸の層の厚さは、薄いところで0.3mm、厚いところで0.7mmであった。
Boric acid was supplied by dropping about 0.5 g onto a part of one surface of the heated
その後、ホットプレートを昇温して、第1部材12aの温度を530℃(第2の温度)に上げると、メタホウ酸の層が溶融したが、この層をさらに延ばすことは困難であった。第1部材12aを530℃に昇温したことによって、メタホウ酸から水が脱離して酸化ホウ素に変化したものと推測される。第1部材12aの接合領域13a全域には、酸化ホウ素を含む溶融物が設けられた。
After that, when the temperature of the hot plate was raised and the temperature of the
酸化ホウ素を含む溶融物の上に第2部材14aを載置し、上から断熱布を挟んで手で圧力を加え、さらに溶融物を固化させることにより、図7Aに示すような接合体10aが得られた。上面からのY矢視方向においては、接合体10aは1/4の円弧状である。接合体10aにおいては、第1部材12aと第2部材14aとが酸化ホウ素の層16で接合されている。なお、ここで加えられた圧力は、4000Pa程度と推測される。
By placing the
次いで、接合体10aの表裏を反転し、第2部材14aの未接合部分がホットプレート30の中心になるように移動した。上述と同様の手法によりホウ酸を供給し、加熱することにより第2部材14aに第1部材12aを接合して、図7Bに示すような接合体10bが得られた。上面からのY矢視方向においては、接合体10aは1/3の円弧状である。
Next, the front and back of the joined
同様にして、6枚の第1部材12aと6枚の第2部材14aとを、計12箇所で接合することによって、図4Aに示した環状の部材22が得られた。環状の部材22は、外径(d1)が390mm、内径(d2)が330mm、厚さ(t)が10mmであった。こうして得られた環状の部材22は、ドライエッチング装置内部に配置されるフォーカスリングとして用いることができる。
Similarly, the
環状の部材22においては、6枚のシリコン製の第1部材12aからなる下層と6枚の第2部材14aからなる上層とが、酸化ホウ素の層16を介してより強固に接合されている。第1部材12aと第2部材14aとを接合しているのは、ナトリウム等の金属を含まない酸化ホウ素の層16であるので、環状の部材22がフォーカスリングとして用いられた場合でも、金属汚染のおそれは極めて小さい。
In the
本実施例では、直径215mmの太陽電池用シリコンインゴットから所定の形状の部材を切り出し、これを接合することによって、外径が390mmの環状の部材22を作製することができた。
In the present example, a member having a predetermined shape was cut out from a silicon ingot for solar cells having a diameter of 215 mm and joined to produce an
因みに、外径が390mmの環状の部材を一体物として得るには、外径が390mm以上のシリコンインゴットが必要である。そのような大型のシリコンインゴットは非常に高価であるのに対し、直径215mmの太陽電池用シリコンインゴットは価格が安く、しかも標準的に生産されている。本実施例の方法を用いることで、外径が390mmの環状の部材の製造コストを大幅に削減することが可能となる。 Incidentally, in order to obtain an annular member having an outer diameter of 390 mm as an integral member, a silicon ingot having an outer diameter of 390 mm or more is required. While such a large silicon ingot is very expensive, a silicon ingot for solar cells having a diameter of 215 mm is inexpensive and is produced on a standard basis. By using the method of the present embodiment, it becomes possible to greatly reduce the manufacturing cost of the annular member having an outer diameter of 390 mm.
(実施例2)
実施例1と同様の第1部材および第2部材を用いて、同様の環状の部材を同様の方法により作製した。ただし、本実施例においては、250mm角の天板を備えたホットプレートを用い、第2の温度に加熱する前にメタホウ酸の層を乾式研磨した。
(Example 2)
Using the same 1st member and 2nd member as Example 1, the same cyclic | annular member was produced by the same method. However, in this example, a hot plate provided with a 250 mm square top plate was used, and the metaboric acid layer was dry-polished before heating to the second temperature.
6枚の第1部材をホットプレートの上に載置し、第1部材全体を表面が220℃(第1の温度)になるように加熱した。加熱された第1部材の接合側面の全域には、20gのホウ酸を用いて、実施例1と同様の手法によりメタホウ酸の層を形成した。メタホウ酸の層が形成された第1部材をホットプレートから降ろして、室温(25℃)で自然冷却した。 Six first members were placed on a hot plate, and the entire first member was heated so that the surface became 220 ° C. (first temperature). A metaboric acid layer was formed in the same manner as in Example 1 using 20 g of boric acid over the entire area of the bonded side surface of the heated first member. The first member on which the metaboric acid layer was formed was removed from the hot plate and naturally cooled at room temperature (25 ° C.).
冷却したメタホウ酸の層は、SiC製のサンドペーパー#500番で研磨して、厚さを0.2mmとした。 The cooled metaboric acid layer was polished with a sandpaper # 500 made of SiC to a thickness of 0.2 mm.
メタホウ酸の層が研磨された第1部材を2枚、端面同士を合わせて再度ホットプレート上に載置し、530℃(第2の温度)まで表面の温度を上げた。これにより、第1部材の接合側面の全域に酸化ホウ素を含む溶融物を設けた。酸化ホウ素を含む溶融物の上には、2枚の第1部材にわたるように1枚の第2部材を配置した。 Two first members with the metaboric acid layer polished were put together on the hot plate with their end faces aligned, and the surface temperature was raised to 530 ° C. (second temperature). Thereby, the melt containing boron oxide was provided in the entire region of the joining side surface of the first member. On the melt containing boron oxide, one second member was disposed so as to extend over the two first members.
実施例1の場合と同様に、第2部材の上から断熱布を挟んで手で圧力を加え、さらに溶融物を固化させることにより、図8Aに示すような接合体100aが得られた。接合体100aにおいては、2枚の第1部材12aの上に酸化ホウ素の層16を介して第2部材14aが接合されている。上面からのY矢視方向においては、接合体100aは1/3の円弧状である。
As in the case of Example 1, a joined
得られた1/3円弧状板を、ホットプレートの天板と同じ高さに設置した台の上にずらして、3枚目の第1部材をホットプレートの上に載置した。前述と同様に第1部材の温度を上げて2枚目の第2部材を接合することで、図8Bに示すような接合体100bが得られた。接合体100bにおいては、3枚の第1部材12aの上に、酸化ホウ素の層16を介して2枚の第2部材14bが接合されている。上面からのY矢視方向においては、接合体100bは1/2の円弧状である。
The obtained 1/3 arc-shaped plate was shifted on a table installed at the same height as the top plate of the hot plate, and the third first member was placed on the hot plate. In the same manner as described above, the temperature of the first member was raised and the second member of the second sheet was joined, so that a joined
この操作を繰り返すことで、図4Aに示したものと同様の環状の部材が得られた。環状の部材は、外径(d1)が390mm、内径(d2)が330mm、厚さ(t)が10mmであった。 By repeating this operation, an annular member similar to that shown in FIG. 4A was obtained. The annular member had an outer diameter (d1) of 390 mm, an inner diameter (d2) of 330 mm, and a thickness (t) of 10 mm.
実施例1の場合と同様、実施例2で得られた環状の部材においても、6枚のシリコン製の第1部材からなる下層と6枚の第2部材からなる上層とが、酸化ホウ素の層を介してより強固に接合されている。金属汚染のおそれが極めて小さいことも、実施例1の場合と同様である。 As in the case of Example 1, also in the annular member obtained in Example 2, the lower layer made of six silicon first members and the upper layer made of six second members are boron oxide layers. It is joined more firmly through. The possibility of metal contamination is extremely small as in the case of Example 1.
実施例1で作製された環状の部材では、第1部材12aと第2部材14aとの間に約0.5mmの隙間が生じていたが、実施例2では、0.2mmまで隙間を縮小することができた。
In the annular member manufactured in Example 1, a gap of about 0.5 mm was generated between the
(実施例3)
実施例2と同様の第1部材および第2部材を用いて、同様の環状の部材を同様の方法により作製した。ただし、本実施例においては、メタホウ酸の層を第1部材の接合側面の外縁に沿って枠状に形成し、その内側の領域にはSn箔を配置した。
(Example 3)
Using the same 1st member and 2nd member as Example 2, the same cyclic | annular member was produced by the same method. However, in this example, the metaboric acid layer was formed in a frame shape along the outer edge of the joining side surface of the first member, and Sn foil was disposed in the inner region.
6枚の第1部材をホットプレートの上に載置し、第1部材全体を表面が220℃(第1の温度)になるように加熱した。第1部材の接合側面には、2gのホウ酸を用いて、外縁に沿って幅10mmのメタホウ酸の層を枠状に形成した。枠状のメタホウ酸の層の内側には、幅10mmの溝部が形成された。 Six first members were placed on a hot plate, and the entire first member was heated so that the surface became 220 ° C. (first temperature). On the joining side surface of the first member, a layer of metaboric acid having a width of 10 mm was formed in a frame shape along the outer edge using 2 g of boric acid. A groove having a width of 10 mm was formed inside the frame-shaped metaboric acid layer.
枠状のメタホウ酸の層が形成された第1部材は、実施例2の場合と同様にして冷却した後、乾式研磨して厚さを0.2mmとした。枠状のメタホウ酸の層の内側の領域には、0.2mmに圧延したSn箔を敷き詰めた。 The first member on which the frame-shaped metaboric acid layer was formed was cooled in the same manner as in Example 2 and then dry-polished to a thickness of 0.2 mm. An Sn foil rolled to 0.2 mm was spread over the inner region of the frame-shaped metaboric acid layer.
6枚の第1部材の接合側面には、外縁に沿って幅10mm、高さ0.2mmの枠状のメタホウ酸の層が形成され、その内側の領域にはSn箔が配置されている。この6枚の第1部材を回転する台上に円形に載置し、枠状のメタホウ酸の層の上に6枚の第2部材を積層した。隣接する2枚の第2部材の境界は、隣接する2枚の第1部材の境界に対して30度ずれている。 A frame-shaped metaboric acid layer having a width of 10 mm and a height of 0.2 mm is formed along the outer edge on the joining side surfaces of the six first members, and Sn foil is disposed in the inner region. The six first members were placed in a circle on a rotating table, and six second members were stacked on the frame-shaped metaboric acid layer. The boundary between the two adjacent second members is shifted by 30 degrees with respect to the boundary between the two adjacent first members.
第2部材の上方から、加熱領域を70mmφに調整した5kwのキセノンランプを照射した。この際、照射領域の中心表面温度が650℃になるようにランプの出力を調整し、台を回転させることにより全体をランプ照射でスキャンした。スキャンの速度は約10℃/分とした。 From the upper side of the second member, a 5 kw xenon lamp whose irradiation area was adjusted to 70 mmφ was irradiated. At this time, the output of the lamp was adjusted so that the center surface temperature of the irradiation region was 650 ° C., and the whole was scanned by lamp irradiation by rotating the table. The scan rate was about 10 ° C./min.
スキャン後、室温まで冷却することにより、図4Aに示したものと同様の環状の部材が得られた。環状の部材は、外径(d1)が390mm、内径(d2)が330mm、厚さ(t)が10mmであった。 After scanning, an annular member similar to that shown in FIG. 4A was obtained by cooling to room temperature. The annular member had an outer diameter (d1) of 390 mm, an inner diameter (d2) of 330 mm, and a thickness (t) of 10 mm.
実施例1,2の場合と同様、実施例3で得られた環状の部材においても、6枚のシリコン製の第1部材からなる下層と6枚の第2部材からなる上層とが、酸化ホウ素の層を介してより強固に接合されている。金属汚染のおそれが極めて小さいことも、実施例1,2の場合と同様である。 As in the case of Examples 1 and 2, in the annular member obtained in Example 3, the lower layer made of six silicon first members and the upper layer made of six second members were boron oxide. It is joined more firmly through this layer. The possibility of metal contamination is extremely small as in the case of Examples 1 and 2.
特に、本実施例においては、酸化ホウ素の層の内側の領域にシリコンとSnとの共晶が形成されているので、第1部材と第2部材とは、よりいっそう強固に接合される。 In particular, in this embodiment, since the eutectic of silicon and Sn is formed in the inner region of the boron oxide layer, the first member and the second member are bonded more firmly.
(実施例4)
第1部材として実施例3で作製した環状の部材を用い、この環状の部材に第2部材を接合して、より厚さの大きな環状部材を作製する。
Example 4
The annular member produced in Example 3 is used as the first member, and the second member is joined to the annular member to produce an annular member having a larger thickness.
第2部材としては、CVD法により得られた厚さ1mmのSiCの円弧状板を6枚用意した。このSiCの円弧状板の厚さ以外の寸法は、実施例1で太陽電池用シリコンインゴットから切り出した1/6の円弧状板と同様である。 As the second member, six arc-shaped SiC plates having a thickness of 1 mm obtained by the CVD method were prepared. Dimensions other than the thickness of the SiC arc-shaped plate are the same as those of the 1/6 arc-shaped plate cut out from the silicon ingot for solar cells in Example 1.
実施例2と同様のホットプレート、およびその天板と同じ高さに設置した台を用いて、以下の手法により第1部材と第2部材とを接合した。第1部材は、接合領域がホットプレートの中心となるように載置し、接合側面が220℃(第1の温度)となるように加熱した。 Using the same hot plate as Example 2 and the stand installed at the same height as the top plate, the first member and the second member were joined by the following method. The first member was placed so that the bonding region was at the center of the hot plate, and heated so that the bonding side surface was 220 ° C. (first temperature).
第1部材の接合側面には、実施例1と同様の手法によりメタホウ酸の層を形成した。メタホウ酸の層の形成にあたっては、第1部材の接合側面にホウ酸120gを供給し、第1部材を少しずつ回転させた。その後、ホットプレートを昇温して、第1部材の温度を530℃(第2の温度)に高めて、酸化ホウ素を含む溶融物を得た。酸化ホウ素を含む溶融物の上には、実施例1と同様の手法により第2部材を圧着した。 A metaboric acid layer was formed on the joining side surface of the first member by the same method as in Example 1. In forming the metaboric acid layer, 120 g of boric acid was supplied to the joining side surface of the first member, and the first member was rotated little by little. Thereafter, the hot plate was heated to raise the temperature of the first member to 530 ° C. (second temperature) to obtain a melt containing boron oxide. A second member was pressure-bonded onto the melt containing boron oxide by the same method as in Example 1.
次の接合領域がホットプレートの中央になるように第1部材を回転させた後、前述と同様にして2枚目の第2部材を接合した。同様の操作を繰り返して、残りの4枚の第2部材を第1部材に同様に接合した。 The first member was rotated so that the next joining region would be the center of the hot plate, and then the second second member was joined in the same manner as described above. The same operation was repeated, and the remaining four second members were similarly joined to the first member.
その後、ホットプレートの電源を切って室温まで自然冷却すると、図4Aに示したものと同様の環状の部材が得られた。環状の部材は、外径(d1)が390mm、内径(d2)が330mm、厚さ(t)が11mmであった。 Thereafter, when the hot plate was turned off and naturally cooled to room temperature, an annular member similar to that shown in FIG. 4A was obtained. The annular member had an outer diameter (d1) of 390 mm, an inner diameter (d2) of 330 mm, and a thickness (t) of 11 mm.
実施例1〜3の場合と同様、実施例4で得られた環状の部材においても、シリコン製の第1部材からなる下層と6枚の第2部材からなる上層とが、酸化ホウ素の層を介してより強固に接合されている。金属汚染のおそれが極めて小さいことも、実施例1〜3の場合と同様である。 As in the case of Examples 1 to 3, also in the annular member obtained in Example 4, the lower layer made of the first member made of silicon and the upper layer made of the six second members formed the boron oxide layer. It is joined more firmly through. The possibility of metal contamination is extremely small as in the case of Examples 1-3.
第2部材としてSiCのような非シリコン製の部材を用いた場合も、シリコン製の部材の場合と同様に、第1部材と強固に接合できることが確認された。 Even when a non-silicon member such as SiC was used as the second member, it was confirmed that the second member could be firmly joined to the first member as in the case of the silicon member.
10 接合体
12 第1部材
14 第2部材
16 酸化ホウ素の層
10 joined
Claims (6)
前記メタホウ酸の層が形成された前記第1部材を、500〜700℃の第2の温度に加熱して、酸化ホウ素を含む溶融物を生成する工程と、
前記酸化ホウ素を含む溶融物の上に接合対象の第2部材を圧着する工程と、
前記酸化ホウ素を含む溶融物を固化することで、前記第1部材と前記第2部材とを酸化ホウ素の層を介して接合する工程と
を含むことを特徴とする接合方法。 Supplying a starting material composed of particulate boric acid to at least a part of the joining side surface of the first member heated to a first temperature of 180 to 280 ° C. to form a metaboric acid layer;
Heating the first member on which the metaboric acid layer is formed to a second temperature of 500 to 700 ° C. to generate a melt containing boron oxide;
Crimping the second member to be bonded onto the melt containing boron oxide;
A bonding method comprising: solidifying the boron oxide-containing melt to bond the first member and the second member through a layer of boron oxide.
前記メタホウ酸の層を固化させ、固化したメタホウ酸の層の表面の少なくとも一部を除去する工程
をさらに備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の接合方法。 Before producing the melt containing boron oxide,
The joining method according to claim 1, further comprising a step of solidifying the metaboric acid layer and removing at least a part of a surface of the solidified metaboric acid layer.
前記枠状のメタホウ酸の層の内側に、シリコンと共晶を形成する金属の箔を配置し、
前記第2の温度は、前記金属の共晶温度以上であることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項記載の接合方法。 The metaboric acid layer is formed in a frame shape along an outer edge of the joining side surface of the first member,
Inside the frame-shaped metaboric acid layer, a metal foil that forms a eutectic with silicon is disposed,
The joining method according to claim 2, wherein the second temperature is equal to or higher than a eutectic temperature of the metal.
6. The bonding method according to claim 5, wherein the metal that forms a eutectic with silicon is selected from Al, Ga, Ge, and Sn.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016128782A JP6746115B2 (en) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | Joining method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016128782A JP6746115B2 (en) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | Joining method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018006451A true JP2018006451A (en) | 2018-01-11 |
JP6746115B2 JP6746115B2 (en) | 2020-08-26 |
Family
ID=60948092
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016128782A Active JP6746115B2 (en) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | Joining method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6746115B2 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS53137057A (en) * | 1977-05-07 | 1978-11-30 | Nippon Steel Corp | Hot welding method for steel |
JPS54118414A (en) * | 1978-03-07 | 1979-09-13 | Mitsubishi Electric Corp | Preparation of heat resistant * laminated member |
JPH10203806A (en) * | 1997-01-20 | 1998-08-04 | Shin Etsu Chem Co Ltd | Production of boron nitride powder |
JP2003192378A (en) * | 2001-12-25 | 2003-07-09 | Yamato Denshi Kk | Lead-free low-melting glass for sealing |
JP2009149964A (en) * | 2007-12-22 | 2009-07-09 | Tokyo Electron Ltd | Mounting stage configuration and heat treatment apparatus |
JP2014094855A (en) * | 2012-11-08 | 2014-05-22 | Toshiba Corp | Silicon carbide ceramic joined body, and manufacturing method for the same |
-
2016
- 2016-06-29 JP JP2016128782A patent/JP6746115B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS53137057A (en) * | 1977-05-07 | 1978-11-30 | Nippon Steel Corp | Hot welding method for steel |
JPS54118414A (en) * | 1978-03-07 | 1979-09-13 | Mitsubishi Electric Corp | Preparation of heat resistant * laminated member |
JPH10203806A (en) * | 1997-01-20 | 1998-08-04 | Shin Etsu Chem Co Ltd | Production of boron nitride powder |
JP2003192378A (en) * | 2001-12-25 | 2003-07-09 | Yamato Denshi Kk | Lead-free low-melting glass for sealing |
JP2009149964A (en) * | 2007-12-22 | 2009-07-09 | Tokyo Electron Ltd | Mounting stage configuration and heat treatment apparatus |
JP2014094855A (en) * | 2012-11-08 | 2014-05-22 | Toshiba Corp | Silicon carbide ceramic joined body, and manufacturing method for the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6746115B2 (en) | 2020-08-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TW202040744A (en) | Locally heated multi-zone substrate support | |
JP2009087703A (en) | Heating element for induction heating device, and package for divided heating element | |
JP6239894B2 (en) | Electrostatic chuck | |
KR102575442B1 (en) | Ring for Electrode | |
CN109564869B (en) | Ring for electrode | |
KR102336372B1 (en) | ring electrode | |
JP6746115B2 (en) | Joining method | |
KR102394257B1 (en) | electrode plate | |
KR101334223B1 (en) | Adhesive, heater and method Producing of heater using the same | |
JP6176620B1 (en) | Ring for electrode | |
JP2008178903A (en) | Solder sheet and power module | |
KR102037368B1 (en) | Diffusion bonding apparatus and Diffusion bonding method | |
JP6270191B1 (en) | Protective ring | |
JP2010129290A (en) | Heating device | |
JP2017195214A (en) | Holding device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190626 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200622 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200630 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200728 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6746115 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |