JPH08325070A - 多孔質炭化珪素接合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】複雑な三次元形状を有し、高温まで十分な強度
を保持すると共に、耐熱性、耐熱衝撃性に優れた高純度
の各種多孔質炭化珪素製品、とりわけ大型化、高純度化
が要求されるウェハボートやウェハキャリア、拡散炉用
炉芯管、サセプター等の各種半導体製造用治具に好適な
多孔質炭化珪素接合体を得る。 【構成】３０〜６０％の気孔率を有する高純度の炭化珪
素多孔体から成る被接合体と、該被接合体と組成が同質
の炭化珪素から成る気孔率が５０％以下である多孔質炭
化珪素接合部とで構成され、前記被接合体と接合部のい
ずれもが不純物として含有する陽イオン量が５０ｐｐｍ
以下であり、かつ被接合体と接合部に存在する気孔の最
大径が５０μｍ以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の高純度炭化珪素
多孔体を本質的に同質の炭化珪素から成る多孔質炭化珪
素で接合したもので、複雑な三次元形状を有する耐熱
性、耐熱衝撃性に優れた各種多孔質炭化珪素製品、とり
わけウェハボートやウェハキャリア、拡散炉用炉芯管、
サセプター等の各種半導体製造用治具に好適な多孔質炭
化珪素接合体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、高荷重が加わり、かつ１２００℃
以上の高温雰囲気に曝される化学プラントや熱処理部品
をはじめとする各種産業機械装置及び各種動力機関に使
用される機構部品等には、耐熱性、耐食性及び耐摩耗性
に優れ、かつ高強度で比重が小さい各種セラミックスが
多用されるようになり、単純形状から次第に複雑な三次
元構造部品にまで適用されるようになってきた。

【０００３】しかしながら、セラミックスは成形性や加
工性に難点があることから、前述のような複雑な三次元
構造を有するセラミック製品は、一般的に、複数の単純
形状に分割した部品を互いに接合することによって作製
されており、緻密なセラミック部品に関しては、銀ロウ
等の接合材で拡散接合したり、被接合体の構成成分を用
いて反応焼結したりすること等により十分な強度を有す
る複雑形状品が得られている。

【０００４】一方、多孔質のセラミック部品の接合に、
前述の緻密なセラミック部品の接合に用いた拡散接合法
や反応焼結法をそのまま適用した場合には、接合部を形
成する接合材料が多孔質体の細孔中に吸収されてしま
い、満足すべき接合体が得られないという問題があっ
た。

【０００５】そこで、前記問題を解消するために、多孔
質炭化珪素から成る被接合体を、焼結助剤を含む炭化珪
素組成物から成る泥漿を用いて接合することが特開平２
−１２９０８０号公報等に提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記多
孔質炭化珪素接合体は、焼結助剤を含有する炭化珪素組
成物から成る泥漿を用いて接合したものであることか
ら、例えば、昨今のシリコンウェハの大口径化、及びウ
ェハ処理温度の高温化に伴い半導体製造用治具に要求さ
れる大型化、及び高純度化の観点からは、前記接合体を
半導体製造用治具として用いた場合、接合部各部から不
純物が混入してシリコンウェハを汚染する恐れが極めて
大であるという課題があった。

【０００７】

【発明の目的】本発明は、前記課題を解決せんとしてな
されたもので、複雑な三次元形状を有し、高温まで十分
な強度を保持すると共に、耐熱性、耐熱衝撃性に優れた
高純度の各種多孔質炭化珪素製品、とりわけ大型化、高
純度化が要求されるウェハボートやウェハキャリア、拡
散炉用炉芯管、サセプター等の各種半導体製造用治具に
好適な多孔質炭化珪素接合体を得んとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の多孔質炭化珪素
接合体は、３０〜６０％の気孔率を有する高純度の炭化
珪素多孔体から成る被接合体と、該被接合体と組成が同
質の炭化珪素から成り気孔率が６０％以下である多孔質
炭化珪素接合部とで構成され、前記被接合体と接合部の
いずれも、不純物として含有する陽イオン量が５０ｐｐ
ｍ以下であり、かつ被接合体と接合部に存在する気孔の
最大径が５０μｍ以下であることを特徴とするものであ
る。

【０００９】更に、陽イオン不純物中、鉄（Ｆｅ）の含
有量が１０ｐｐｍ以下であること、あるいは接合体の曲
げ強度が５０ＭＰａ以上であることがより好ましいもの
である。

【００１０】本発明の多孔質炭化珪素接合体では、前記
被接合体及び接合部はいずれも気孔率が６０％を越える
と強度が低下し、半導体製造用治具としてシリコンウェ
ハの大口径化に伴う高荷重に耐えられない。

【００１１】また、被接合体においては、逆に気孔率が
３０％未満になると密度が増加し、軽量であるという利
点が損なわれる他、シリコンウェハの大口径化や処理量
の増加に伴う装置の大型化により半導体製造用治具も大
型化し、重量も増加するため、製造工程における前記治
具の取り扱いに困難を生じることになる。

【００１２】一方、接合部は接合体全体に占める割合が
小さいため、多孔質であればより好ましいが、接合強度
を損なわない限り、さほど前記半導体製造用治具に影響
を及ぼすものではない。

【００１３】従って、前記多孔質炭化珪素接合体を構成
する被接合体と接合部は、それぞれ気孔率が３０〜６０
％と６０％以下に限定される。

【００１４】一方、前記多孔質炭化珪素接合体が含有す
る陽イオン不純物の量が５０ｐｐｍを越える場合には、
該不純物が半導体製造の熱処理中にシリコンウェハに拡
散して汚染し、シリコンウェハの不良が発生して半導体
製造の歩留りが低下する。

【００１５】従って、被接合体及び接合部に含有する陽
イオン不純物量は５０ｐｐｍ以下に限定され、特に２０
ｐｐｍ以下がより望ましい。

【００１６】また、前記陽イオン不純物としては、第１
ａ族元素のリチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カ
リウム（Ｋ）、第２ａ族元素のマグネシウム（Ｍｇ）、
カルシウム（Ｃａ）、第４ａ族元素のチタン（Ｔｉ）、
ジルコニウム（Ｚｒ）、第５ａ族元素のバナジウム
（Ｖ）、第６ａ族元素のクロム（Ｃｒ）、第７ａ族元素
のマンガン（Ｍｎ）、第８族元素の鉄（Ｆｅ）、ニッケ
ル（Ｎｉ）、第１ｂ族元素の銅（Ｃｕ）、第２ｂ族元素
のカドミウム（Ｃｄ）、第３ｂ族元素の硼素（Ｂ）、ア
ルミニウム（Ａｌ）、第４ｂ族元素のスズ（Ｓｎ）、第
５ｂ族元素のリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン
（Ｓｂ）等が挙げられるが、それらの内、とりわけ鉄
（Ｆｅ）はＳｉ結晶中での拡散率が高く、不純物として
混入した場合、半導体製造の歩留りを低下させる傾向が
あることから、その含有量は１０ｐｐｍ以下がより好ま
しく、理想的には１ｐｐｍ以下が最適である。

【００１７】更に、前記被接合体及び接合部に、気孔に
代表される欠陥が５０μｍを越える径を有するものが存
在すると、後処理の作業中の移動等、いわゆるハンドリ
ングに際して破壊の起点となり易く、かつ充分な強度が
得られない他、前記欠陥が表面に存在すると、後処理で
化学気相法等により炭化珪素膜を形成したりする際、平
滑で均一な膜を形成することができない。

【００１８】そこで、前記被接合体及び接合部に存在す
る気孔径は５０μｍ以下に特定され、より望ましくは２
０μｍ以下となる。

【００１９】一方、前記多孔質炭化珪素接合体の接合部
を含む４点曲げ試験の強度、即ち接合強度が５０ＭＰａ
以上であればハンドリング上、より好ましくなる。

【００２０】

【作用】本発明の多孔質炭化珪素接合体は、多孔質の被
接合体と接合部の陽イオン不純物含有量が５０ｐｐｍ以
下で、かつ前記被接合体と接合部の最大気孔径が５０μ
ｍ以下であることから、半導体製造時にシリコンウェハ
を汚染する恐れが小さく、軽量で十分な強度を有するこ
ととなり、半導体製造用治具として大型化が可能とな
る。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の多孔質炭化珪素接合体を実施
例に基づき詳細に述べる。

【００２２】先ず、本発明の多孔質炭化珪素接合体の製
造方法の一例を説明する。被接合材及び接合部の原料と
しての炭化珪素（ＳｉＣ）粉末は、α型、β型いずれで
も良いが、基本的に同質材料で、不純物量の総和が１０
０ｐｐｍ以下、粒径は３０μｍ以下であることが好まし
く、また粒度配合を実施しても良い。

【００２３】次に、被接合材は、前記炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）粉末を原料とし、該原料粉末に有機バインダーを加
えて混合攪拌して成形材料を調製し、該成形材料を用い
て加圧成形法や鋳込み成形法等、周知の成形法にて成形
体を得た後、非酸化性雰囲気中、１３００℃以上の温度
で１〜２時間焼成することにより作製する。

【００２４】また、前記炭化珪素（ＳｉＣ）粉末を有機
溶媒等の分散媒に分散させ、その時の粉体濃度や分散媒
のｐＨ、添加量等を調節することにより、接合時に該接
合部材が流出しないような粘度特性を有するペーストを
作製する。

【００２５】係るペーストを、被接合体の開気孔を前記
分散媒で充填した該被接合体の当接面に塗布し、互いに
被接合体を貼り合わせた後、前記分散媒を乾燥除去し、
次いで、非酸化性雰囲気中、１５００℃以上、より好ま
しくは真空中、１５００〜２１００℃の温度で少なくと
も３０分間焼成して接合一体化する。

【００２６】次に、本発明の多孔質炭化珪素接合体を評
価するにあたり、以下の具体的手順により作製した評価
用試料を用いた。

【００２７】不純物量が異なる炭化珪素原料粉末にそれ
ぞれ周知の有機バインダーを加えて混合攪拌し、原料濃
度等の諸特性の異なる泥漿を調製し、該泥漿を用いて鋳
込み成形法で成形体を作製した後、真空中、１４００℃
の温度で１時間焼成して縦１５ｍｍ、横１５ｍｍ、長さ
２５ｍｍの角柱体を成す気孔率が２０〜７０％の炭化珪
素多孔体から成る被接合体を作製した。

【００２８】一方、接合材は、前記被接合体と同様の炭
化珪素原料粉末を水やＤＢＰ等の分散媒に分散させ、粘
度を調節して原料濃度等の諸特性の異なるペーストを調
製し、該ペーストを接合部形成用材料とした。

【００２９】次に、前記被接合体の細孔中に前記分散媒
を吸収させた後、縦１５ｍｍ、横１５ｍｍから成る接合
面に吸収した余剰の分散媒を除去してから該接合面に前
記ペーストを塗布し、その後、前記ペーストを塗布した
２個の被接合体を接合面で張り合わせ、乾燥した後、真
空中、１７００〜１８００℃の温度で１時間焼成して接
合一体化し、評価用の多孔質炭化珪素接合体を作製し
た。

【００３０】かくして得られた評価用接合体を用い、ア
ルキメデス法により被接合体は密度と気孔率を、接合部
は気孔率を測定した。但し、被接合体は評価用接合体か
ら接合部を研削除去したものを供試材とした。また、接
合部は別途、前記接合用のペーストを使用し、多孔質炭
化珪素製の成形型により平板状に成形し、前述の接合手
順と同様にして焼成したものを供試材とした。

【００３１】また、前記評価用接合体の陽イオン不純物
量は、ＩＣＰ発光分析法により測定した。

【００３２】更に、前記評価用接合体の最大気孔径は、
被接合体及び接合部を含めてその表面に現れた開気孔を
金属顕微鏡で観察し、付属のマイクロメータで最大径を
測定した。

【００３３】一方、前記評価用接合体から、ＪＩＳ−Ｒ
−１６０１の規格に準じて４点曲げ試験片を切り出して
抗折試験片を作製し、室温での４点曲げ強度を測定し
た。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１の結果より明らかなように、本発明の
請求範囲外の試料番号１は被接合体の密度が高く、軽量
化が実現できず、試料番号６、１１は曲げ強度が３０Ｍ
Ｐａ以下と低くハンドリングが困難となり、また、試料
番号１２は陽イオン不純物量が５０ｐｐｍを越え、半導
体製造時にシリコンウェハを汚染してしまい、いずれも
実用的でない。

【００３６】更に、試料番号２２、２７は、最大気孔径
が５０μｍを越え、後工程で被膜形成する際、平滑で均
一な膜を形成することができない。

【００３７】それらの対して、本発明の多孔質炭化珪素
接合体では、陽イオン不純物量を５０ｐｐｍ以下に抑え
て、かつ十分な接合強度を保持していることが分かる。

【００３８】

【発明の効果】叙上の如く、本発明の多孔質炭化珪素接
合体は、陽イオン不純物の含有量が５０ｐｐｍ以下、か
つ多孔質の最大気孔径が５０μｍ以下である多孔質の被
接合体と接合部から成ることから、複雑な三次元形状を
有し、高温まで十分な強度を保持すると共に、耐熱性、
耐熱衝撃性に優れた高純度の気体濾過用フィルタや気孔
に各種液体を含浸させた摺動材等をはじめとする各種多
孔質炭化珪素製品、とりわけ大型化、高純度化が要求さ
れるウェハボートやウェハキャリア、拡散炉用炉芯管、
サセプター等の各種半導体製造用治具に使用される多孔
質接合体として極めて有用である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】気孔率が３０〜６０％の炭化珪素多孔体か
   ら成る被接合体と、該被接合体と本質的に同質の炭化珪
   素から成る気孔率が６０％以下の多孔質炭化珪素接合部
   が、含有する陽イオン不純物の量が５０ｐｐｍ以下、か
   つ前記被接合体及び接合部の最大気孔径が５０μｍ以下
   であることを特徴とする多孔質炭化珪素接合体。
2. 【請求項２】前記陽イオン不純物として鉄（Ｆｅ）の含
   有量が１０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１
   記載の多孔質炭化珪素接合体。
3. 【請求項３】前記多孔質炭化珪素接合体の曲げ強度が５
   ０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１記載の多
   孔質炭化珪素接合体。