JP4954838B2 - 炭化ケイ素セラミックス材の接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、炭化ケイ素セラミックス材同士をロウ材を介して接合する方法に関する。

炭化ケイ素セラミックスは、耐熱性、耐熱衝撃性、耐食性等に優れ、高硬度であるという特徴を有しており、そのため、半導体製造装置用部材等に多用されている。
このような炭化ケイ素セラミックス部材は、用途によっては、各部材同士を接合して用いられる場合もある。

従来、前記炭化ケイ素セラミックス材同士の接合は、両者の接合面間に、粒状、ペースト状または粉末状等のシリコンや銀ロウ等からなる接合材を介して、該接合材の融点以上の温度で熱処理することにより行われていた（例えば、特許文献１，２参照）。
特開２００２−１４５６７７号公報 特開２００１−２７８６７５号公報

しかしながら、炭化ケイ素セラミックス材を細孔や溝等を有する面で接合させる場合は、上記のような従来の接合方法では、前記細孔や溝等の微細空間が、溶融したシリコンや銀ロウ等の侵入によって閉塞するため、このような細孔や溝等を維持した状態の接合体を得ることが困難であった。

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、細孔や溝等を有する複雑な形状の炭化ケイ素セラミックス材であっても、前記細孔や溝等を接合材により閉塞させることなく、接合体を得ることができる炭化ケイ素セラミックス材の接合方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係る炭化ケイ素セラミックス材の接合方法は、炭化ケイ素セラミックス材同士を、シリコンを含むロウ材を用いて接合させる際、前記炭化ケイ素セラミックス材の非接合面にのみ、予め、酸化膜を形成しておくことを特徴とする。
上記接合方法によれば、細孔や溝等を有する複雑な形状の炭化ケイ素セラミックス材であっても、非接合面を酸化膜で被覆する工程を経るのみで、前記細孔や溝等をロウ材による接合材により閉塞することのない接合体を簡便に得ることができる。

上記接合方法において、前記酸化膜は、炭化ケイ素セラミックス材の表面よりもロウ材が付着しにくい、すなわち、炭化ケイ素セラミックス材表面よりも濡れにくい、干渉色を示すような酸化膜として形成させるため、接合面をマスキングし、ＣＶＤ法により、非接合面にのみ形成することが好ましい。
あるいはまた、熱酸化法、ＣＶＤ法またはプラズマ酸化法により、炭化ケイ素セラミックス材全体に酸化膜を形成した後、接合面の酸化膜のみ、研削またはエッチングにより除去して形成してもよい。

上述したとおり、本発明に係る炭化ケイ素セラミックス材の接合方法によれば、細孔や溝等を有する複雑な形状の炭化ケイ素セラミックス材であっても、前記細孔や溝等を接合材により閉塞させることなく、接合体を得ることができる。
したがって、本発明に係る接合方法は、細孔や溝等を有するような接合面形状が複雑な定盤やエッチャー用チャンバ、真空チャック、ラッププレート等の半導体製造装置用部材の製造にも好適に適用することができる。

以下、本発明について、より詳細に説明する。
本発明に係る炭化ケイ素セラミックス材の接合方法は、炭化ケイ素セラミックス材同士を、シリコンを含むロウ材を用いて接合させる際、前記炭化ケイ素セラミックス材の非接合面にのみ、予め、酸化膜を形成しておくことを特徴とするものである。
すなわち、本発明に係る接合方法においては、炭化ケイ素セラミックス材の表面のうち、ロウ材を付着させたくない面を、予め、酸化膜で被膜された状態としておく。
酸化膜で被覆された面と、被覆されていない、炭化ケイ素セラミックスの露出面とでは、ロウ材のぬれ性が異なり、そのぬれ性は、炭化ケイ素よりも、酸化ケイ素の方が低い。
このため、酸化膜表面はロウ材が付着しにくくなり、接合させようとする面にのみロウ材を介在させて、接合させることができる。

したがって、例えば、定盤やエッチャー用チャンバ、真空チャック、ラッププレート等の半導体製造装置用部材の製造において、細孔や溝等を有する複雑な形状の炭化ケイ素セラミックス材を接合させる場合であっても、非接合面を酸化膜で被覆する工程を経るのみで、前記細孔や溝等をロウ材による接合材により閉塞することのない接合体を簡便に得ることができる。

前記酸化膜は、上記のように、ロウ材を付着しにくくさせるためには、自然酸化膜ではなく、干渉色を示すような酸化膜とする必要がある。
具体的には、前記酸化膜は、熱酸化法、ＣＶＤ法、プラズマ酸化法等により形成することが好ましい。また、前記酸化膜の厚さは、１０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下であることが好ましい。

上記のような酸化膜を非接合面にのみ形成する方法としては、例えば、ロウ材を付着させようとする接合面をマスキングして、ＣＶＤ法等により、非接合面に酸化膜を形成する方法を用いることができる。
あるいはまた、熱酸化法、ＣＶＤ法またはプラズマ酸化法等により、炭化ケイ素セラミックス材全体に酸化膜を形成した後、平面研削盤やサンドブラストによる機械的加工、または、アルカリ薬液等によるエッチング等の化学的処理により、接合面の酸化膜のみを除去する方法も用いることができる。

本発明において用いられる接合材であるロウ材は、特に制限されるものではなく、従来から炭化ケイ素セラミックス材の接合に用いられているシリコンを含むロウ材（例えば、アルミシリコンやシリコン等）を使用することができる。また、ロウ材の形状も、特に限定されるものではなく、粒状、ペースト状、板状等のいずれであってもよい。
上記のようなロウ材を、炭化ケイ素セラミックス材の接合面間に挟み込み、所定温度で熱処理することにより、前記ロウ材が溶融して流れ込み、接合面同士が接合される。

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１］
５０ｍｍ×５０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの常圧焼結炭化ケイ素セラミックス材に、幅２ｍｍ、深さ２．５ｍｍの溝１を３本形成し、図１に示すような形状の試料片を作製した。
この試料片を熱酸化処理し、全面に厚さ２００〜２５０ｎｍの酸化膜を形成した。
そして、接合面２（図１の試料片の上面）を、平面研削盤で表面から厚さ０．５ｍｍ研削した。
この試料片２枚を、接合面間に、ペースト状のシリコン（純度９９％以上）を介在させて、０．０１Ｔｏｒｒの真空雰囲気中、１５００℃で０．５時間熱処理し、図２に示すような接合体を作製した。
上記のような接合体を５０個作製し、それぞれについて、超音波画像装置により、シリコン（ロウ材）による溝の閉塞の有無を調べた結果、接合体５０個のうち、溝がシリコンにより閉塞しているものは認めらなかった。

［比較例１］
酸化処理を施さず、それ以外については、実施例１と同様にして、接合体を作製し、シリコンによる溝の閉塞の有無を調べた。
その結果、接合体５０個のうち１８個について、溝がシリコンにより閉塞していることが確認された。

［実施例２］
５０ｍｍ×５０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの常圧焼結炭化ケイ素セラミックス材に、直径１ｍｍの貫通孔３を１０ｍｍ間隔で１６個形成し、図３に示すような形状の試料片を作製した。
この試料片を熱酸化処理し、全面に厚さ２００〜２５０ｎｍの酸化膜を形成した。
そして、接合面４（図３の試料片の上面）を、平面研削盤で表面から厚さ０．５ｍｍ研削した。
この試料片２枚を、接合面間に、ペースト状のシリコン（純度９９％以上）を介在させて、０．０１Ｔｏｒｒの真空雰囲気中、１５００℃で０．５時間熱処理し、図４に示すような接合体を作製した。
上記のような接合体を５０個作製し、それぞれについて、超音波画像装置により、シリコン（ロウ材）による孔の閉塞の有無を調べた結果、接合体５０個のうち、孔がシリコンにより閉塞しているものは認めらなかった。

［比較例２］
酸化処理を施さず、それ以外については、実施例１と同様にして、接合体を作製し、シリコンによる孔の閉塞の有無を調べた。
その結果、接合体５０個のうち３０個について、孔がシリコンにより閉塞していることが確認された。

実施例１に係る試料片の形状を示す斜視図である。 実施例１に係る試料片の接合体の形状を示す斜視図である。 実施例２に係る試料片の形状を示す斜視図である。 実施例２に係る試料片の接合体を示す斜視図である。

符号の説明

１ 溝
２，４ 接合面
３ 孔

Claims (3)

1. 炭化ケイ素セラミックス材同士を、シリコンを含むロウ材を用いて接合される際、前記炭化ケイ素セラミックス材の非接合面にのみ、予め、酸化膜を形成しておくことを特徴とする炭化ケイ素セラミックス材の接合方法。
2. 前記酸化膜は、接合面をマスキングし、ＣＶＤ法により、非接合面にのみ形成することを特徴とする請求項１記載の炭化ケイ素セラミックス材の接合方法。
3. 前記酸化膜は、熱酸化法、ＣＶＤ法またはプラズマ酸化法により、炭化ケイ素セラミックス材全体に酸化膜を形成した後、接合面の酸化膜のみ、研削またはエッチングにより除去して形成することを特徴とする請求項１記載の炭化ケイ素セラミックス材の接合方法。

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