JPWO2020004564A1 - 半導体製造装置用部材の製造方法および半導体製造装置用部材 - Google Patents
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Abstract
本開示の半導体製造装置用部材の製造方法は、樹脂と、金属粒子と、を含有し、該金属粒子は、該金属粒子１００質量％のうち、１００ｎｍ以下の粒径を有する金属微粒子が１質量％以上を占めるペーストを用いて、金属端子とセラミックス部材とを接合する。また、本開示の半導体製造装置用部材は、金属端子と、セラミックス部材と、前記金属端子および前記セラミックス部材を繋げる接合部と、を備える。そして、該接合部は、金属粒子を含有する。
Description
本開示は、半導体製造装置用部材の製造方法および半導体製造装置用部材に関する。
半導体製造装置に用いられる構造部材（以下、半導体製造装置用部材と記載する）には、機械的強度に優れたセラミックス部材が広く用いられている。ここで、セラミックス部材とは、例えば、全体がセラミックスで構成される部材であったり、セラミックスからなる基体の内部に導電部を有する部材であったりする。そして、このセラミックス部材には、様々な目的で金属端子を接合することが行なわれている。そのため、前者であれば、セラミックス部材と金属端子が接合される。また、後者であれば、セラミックス部材と金属端子との接合に加えて、導電部に電力を供給する目的のために導電部と金属端子とが接合される。
例えば、特許文献１には、金属端子とセラミックス部材とを接合するにあたって、金の合金系の接合材を用いる構造が提案されている。
本開示の半導体製造装置用部材の製造方法は、樹脂と、金属粒子と、を含有し、該金属粒子は、該金属粒子１００質量％のうち、１００ｎｍ以下の粒径を有する金属微粒子が１質量％以上を占めるペーストを用いて、金属端子とセラミックス部材とを接合する。
また、本開示の半導体製造装置用部材は、金属端子と、セラミックス部材と、前記金属端子および前記セラミックス部材を繋げる接合部と、を備える。そして、該接合部は、金属粒子を含有する。
以下に、本開示の半導体製造装置用部材の製造方法について説明する。
本開示の半導体製造装置用部材の製造方法は、樹脂と、金属粒子と、を含有し、金属粒子は、金属粒子１００質量％のうち、１００ｎｍ以下の粒径を有する金属微粒子が１質量％以上を占めるペーストを用いて、金属端子とセラミックス部材とを接合する。このように、金属端子とセラミックス部材とを接合するペーストが、上記量の金属微粒子を含有していることで、セラミックス部材の表面に存在する凹部等の中に樹脂とともに金属微粒子が入り込み、金属端子とセラミックス部材とを強固に接合することができる。
ここで、樹脂は、エポキシ樹脂、シアネート樹脂、アクリル樹脂、マレイミド樹脂等から選択される１種類以上からなればよい。
また、金属微粒子を構成する成分は、ニッケル、銅、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金等であればよい。特に、金属微粒子を構成する成分が銀であるならば、安価であるとともに、熱伝導率および耐腐食性に優れたペーストとなる。
また、金属端子を構成する成分は、チタンまたはステンレス等であればよい。なお、金属端子は、電気を供給するための給電端子以外に、ネジまたはナット等を用いてセラミックス部材を固定化するためのブッシュおよびイリサート等であっても構わない。
また、セラミックス部材としては、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素、炭化硼素、コージェライト、ムライトまたはこれらの複合物を主成分とするセラミックスであればよい。
なお、セラミックス部材は、ＣＩＰ（冷間等方圧加圧）法または積層法等で成形体を作製し、その成形体を焼成することによって焼結体を得た後、これに研磨、研削等の加工を施すことによって得ることができる。また、必要に応じて、成形体または焼結体に、レーザ加工またはドリル加工を施すことで任意の形状にしてもよい。
また、ペーストには、金属粒子１００質量部に対して、溶剤を７質量部以上２０質量部以下添加してもよい。このように、ペーストに溶剤を添加することで、ペーストの流動性を高めることができる。ここで、溶剤の種類としては、例えば、アルコールであってもよい。
そして、セラミックス部材に対し、任意の接合箇所にペーストを塗布または充填した後に、上記ペーストに接触するように金属端子を配置し、１５０℃以上４００℃以下の温度で熱処理することで、半導体製造装置用部材を製造することができる。
なお、本開示の半導体製造装置用部材の製造方法におけるペーストの金属粒子、金属粒子１００質量％のうち、金属微粒子が５０質量％以下占めていてもよい。このような構成を満足するならば、熱処理時において、金属微粒子同士が結合することによるペーストの収縮が抑えられ、金属端子とセラミックス部材とをより強固に接合することができる。
また、本開示の半導体製造装置用部材の製造方法におけるペーストは、金属粒子１００質量に対して、樹脂を１質量部以上２０質量部以下含有してもよい。このような構成を満足するならば、金属微粒子だけでなく、樹脂によっても効果的に金属端子とセラミックス部材とを接合することができ、金属端子とセラミックス部材とをより強固に接合することができる。
また、本開示の半導体製造装置用部材の製造方法におけるペーストの金属粒子は、金属粒子１００質量％のうち、０．５μｍ以上１０μｍ以下の粒径を有する金属粗粒子が５０質量％以上９９質量％以下占めていてもよい。このような構成を満足するならば、金属粗粒子が骨材の役目を果たし、熱処理時にペーストが収縮しにくくなることから、金属端子とセラミックス部材とをより強固に接合することができる。
また、本開示の半導体製造装置用部材の製造方法におけるセラミックス部材は、主成分が貴金属である導電部を有し、ペーストにおける金属微粒子は貴金属であり、導電部と金属端子とを、この貴金属の金属微粒子を含有するペーストで接合してもよい。
ここで、貴金属とは、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金である。また、主成分が貴金属である導電部とは、導電部を構成する全成分１００質量％のうち、貴金属が７０質量％以上を占めることをいう。
このような構成を満足するならば、導電部と金属微粒子とが結合しやすく、金属端子およびセラミックス部材だけでなく、金属端子および導電部も強固に接合することができる。
なお、ペーストの厚みは、１０μｍ以上５００μｍ以下、導電部の厚みは、３μｍ以上４０μｍ以下であってもよい。
また、ペーストの厚みは、導電部の厚みと同じであってもよい。また、ペーストの厚みは、導電部の厚みよりも厚くてもよい。このような構成を有する場合、導電部とペーストとが接合しやすい。
また、ペーストの厚みが導電部の厚みに対して１〜８０倍であってもよい。
ここで、厚みとは、金属端子とペーストとが接合する方向に直交する方向における長さのことをいう。上記の厚みとは、ＳＥＭ画像において倍率１０００倍で半導体製造装置用部材１０を観察した際に、等間隔に計測した５点の厚みの平均値であると定義する。
また、導電部におけるペーストに接触する表面は窪み部又は突出部を有していてもよい。このような構成を有する場合、導電部とペーストとが接合しやすい。これは、導電部とペーストとが接触する表面積が増加するためである。
ここで、窪み部とは、導電部とペーストとが接合する方向に直交する断面において、導電部がペーストに対して窪んでいる部位である、と定義してもよい。また、突出部とは、金属端子とペーストとが接合する方向に直交する断面において、導電部がペーストに対して突出している部位である、と定義してもよい。
また、突出部の高さは、窪み部の深さと言い換えることができる。
また、突出部及び窪み部は、以下の大きさを有していてもよい。ペーストにおいて、金属端子からの厚みが最も薄い部分Ａと、部分Ａに隣接する金属端子からの厚みが最も厚い部分Ｂと、を定義する。金属端子とペーストとが接合する方向に直交する方向における、部分Ａと部分Ｂとの距離を突出部の高さと定義する。突出部の高さは１μｍ〜２５μｍであってもよい。
また、ペーストにおいて、セラミックス部材からの厚みが最も薄い部分Ｃと、部分Ｃに隣接するセラミックス部材からの厚みが最も厚い部分Ｄと、を定義する。金属端子とペーストとが接合する方向に直交する方向における、部分Ｃと部分Ｄとの距離を窪み部の深さと定義する。窪み部の深さは１μｍ〜２５μｍであってもよい。
なお、導電部を有するセラミックス部材の作製方法としては、セラミックグリーンシートに貴金属を主成分とする導電部ペーストを印刷した後に、別のセラミックグリーンシートで積層して成形体とし、それを焼成すればよい。
次に、本開示の半導体製造装置用部材について、図面を参照しながら詳細に説明する。
本開示の半導体製造装置用部材１０は、図１に示すように、金属端子１と、セラミックス部材２と、金属端子１およびセラミックス部材２を繋げる接合部３と、を備える。そして、接合部３は、図２に示すように、金属粒子４を含有する。このような構成を満足していることで、金属粒子４を含有する接合部３により、金属端子１とセラミックス部材２とが強固に接合され、本開示の半導体製造装置用部材１０は、高い信頼性を有する。
また、本開示の半導体製造装置用部材１０における接合部３は、樹脂を含有してもよい。このような構成を満足するならば、温度変化に伴う接合部３の膨張または収縮が、樹脂により緩和されることから、温度が変化しても、金属端子がセラミックス部材から取れにくく、本開示の半導体製造装置用部材１０の信頼性が向上する。
また、本開示の半導体製造装置用部材１０において、セラミックス部材２における接合部３に接触する表面は、図２に示すように、凹部５を有していてもよい。そして、この凹部５に相当する接合部３は、金属成分が９０面積％以上占め、かつ、１００ｎｍ以下の金属粒子４を有していてもよい。ここで、凹部５とは、セラミックス部材２における接合部３に接触する表面において、隣り合う凸部同士の頂点を結んだ直線（図２で示す一点破線）からセラミックス部材２側の領域のことである。
そして、このような構成を満足するならば、凹部５が殆ど金属成分で占められ、かつ１００ｎｍ以下の金属粒子４が凹部５に入り込んでいることによって接合強度が向上し、本開示の半導体製造装置用部材１０の信頼性が向上する。
なお、金属粒子４および樹脂の確認方法としては、半導体製造装置用部材１０を接合部３が露出するように割断した後、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で接合部３を観察するとともに、ＳＥＭに付設のＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析）で接合部３の構成成分を同定することによって確認すればよい。
また、本開示の半導体製造装置用部材１０において、セラミックス部材２における接合部３に接触する表面は、粗さ曲線から求められる山部頂点の平均間隔Ｓが５μｍ以上であってもよい。ここで、山部頂点の平均間隔Ｓとは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９９４）に規定されており、隣り合う山部の頂点同士の間隔の平均値を示す指標である。
そして、このような構成を満足するならば、セラミックス部材２における接合部３に接触する表面において、金属粒子４が隣り合う山部同士の間に入り込みやすく、接合強度が向上することから、本開示の半導体製造装置用部材１０の信頼性が向上する。
また、本開示の半導体製造装置用部材１０において、セラミックス部材２における接合部３に接触する表面は、粗さ曲線から求められる最大断面高さＲｔが２μｍ以上であってもよい。ここで、最大断面高さＲｔとは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２０１３）に規定されており、評価長さにおける、最大山高さと最大谷深さとの和を示す指標である。
そして、このような構成を満足するならば、セラミックス部材２における接合部３に接触する表面において、金属粒子４が谷部内に入り込みやすく、接合強度が向上することから、本開示の半導体製造装置用部材１０の信頼性が向上する。
ここで、山部頂点の平均間隔Ｓおよび最大断面高さＲｔは、それぞれＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９９４）およびＪＩＳ Ｂ ０６０１（２０１３）に基づいて、以下の方法で測定すればよい。まず、測定条件を、例えば、測定長さを１ｍｍ、カットオフ値を０．２５ｍｍとし、触針半径が２μｍの触針を用い、走査速度を０．１５ｍｍ／秒に設定する。そして、酸またはアルカリの溶剤で接合部３を除去した後、セラミックス部材２における接合部３に接触する表面において、少なくとも３ヵ所以上測定し、その平均値を求めればよい。
また、本開示の半導体製造装置用部材１０において、図１に示すように、セラミックス部材２は、主成分が貴金属である導電部６を有し、接合部３における金属粒子４は貴金属であり、導電部６と金属端子１との間に、この貴金属の金属粒子４を含有する接合部３を有していてもよい。
このような構成を満足するならば、金属端子１およびセラミックス部材２だけでなく、金属端子１および導電部６も接合部３により強固に接合されることから、本開示の半導体製造装置用部材１０の信頼性が向上する。
なお、接合部３の厚みは、１０μｍ以上５００μｍ以下、導電部６の厚みは、３μｍ以上４０μｍ以下であってもよい。
また、接合部３の厚みは、導電部６の厚みと同じであってもよい。また、接合部３の厚みは、導電部６の厚みよりも厚くてもよい。このような構成を有する場合、導電部６と接合部３とが接合しやすい。
また、接合部３の厚みが導電部６の厚みに対して１〜８０倍であってもよい。
ここで、厚みとは、金属端子１と接合部３とが接合する方向に直交する方向における長さのことをいう。上記の厚みとは、ＳＥＭ画像において倍率１０００倍で半導体製造装置用部材１０を観察した際に、等間隔に計測した５点の厚みの平均値であると定義する。
また、導電部６における接合部３に接触する表面は窪み部７又は突出部８を有していてもよい。このような構成を有する場合、導電部６と接合部３とが接合しやすい。これは、導電部６と接合部３とが接触する表面積が増加するためである。
ここで、窪み部７とは、導電部６と接合部３とが接合する方向に直交する断面において、導電部６が接合部３に対して窪んでいる部位である、と定義してもよい。また、突出部８とは、導電部６と接合部３とが接合する方向に直交する断面において、導電部６が接合部３に対して突出している部位である、と定義してもよい。
また、突出部８の高さは、窪み部７の深さと言い換えることができる。
また、突出部８及び窪み部７は、以下の大きさを有していてもよい。接合部３において、金属端子１からの厚みが最も薄い部分Ａと、部分Ａに隣接する金属端子１からの厚みが最も厚い部分Ｂと、を定義する。金属端子１と接合部３とが接合する方向に直交する方向における、部分Ａと部分Ｂとの距離を突出部８の高さと定義する。突出部８の高さは１μｍ〜２５μｍであってもよい。
また、導電部６において、セラミックス部材２からの厚みが最も薄い部分Ｃと、部分Ｃに隣接するセラミックス部材２からの厚みが最も厚い部分Ｄと、を定義する。金属端子１と接合部３とが接合する方向に直交する方向における、部分Ｃと部分Ｄとの距離を窪み部７の深さと定義する。窪み部７の深さは１μｍ〜２５μｍであってもよい。
１：金属端子
２：セラミックス部材
３：接合部
４：金属粒子
５：凹部
６：導電部
７：窪み部
８：突出部
１０：半導体製造装置用部材
２：セラミックス部材
３：接合部
４：金属粒子
５：凹部
６：導電部
７：窪み部
８：突出部
１０：半導体製造装置用部材
Claims (15)
- 樹脂と、金属粒子と、を含有し、
該金属粒子は、該金属粒子１００質量％のうち、１００ｎｍ以下の粒径を有する金属微粒子が１質量％以上を占めるペーストを用いて、金属端子とセラミックス部材とを接合する半導体製造装置用部材の製造方法。 - 前記金属粒子は、該金属粒子１００質量％のうち、前記金属微粒子が５０質量％以下占める請求項１に記載の半導体製造装置用部材の製造方法。
- 前記ペーストは、前記金属粒子１００質量部に対して、前記樹脂を１質量部以上２０質量部以下含有する請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置用部材の製造方法。
- 前記金属粒子は、該金属粒子１００質量％のうち、０．５μｍ以上１０μｍ以下の粒径を有する金属粗粒子が５０質量％以上９９質量％以下を占める請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体製造装置用部材の製造方法。
- 前記セラミックス部材は、主成分が貴金属である導電部を有し、
前記ペーストにおける前記金属微粒子は、貴金属であり、
前記導電部と前記金属端子とをペーストで接合する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体製造装置用部材の製造方法。 - 金属端子と、
セラミックス部材と、
前記金属端子および前記セラミックス部材を繋げる接合部と、を備え、
該接合部は、金属粒子を含有する半導体製造装置用部材。 - 前記接合部は、樹脂を含有する請求項６に記載の半導体製造装置用部材。
- 前記セラミックス部材における前記接合部に接触する表面は、凹部を有し、
該凹部に相当する接合部は、金属成分が９０面積％以上占め、かつ、１００ｎｍ以下の金属粒子を有する請求項６または請求項７に記載の半導体製造装置用部材。 - 前記セラミックス部材における前記接合部に接触する表面は、粗さ曲線から求められる山部頂点の平均間隔Ｓが５μｍ以上である請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の半導体製造装置用部材。
- 前記セラミックス部材における前記接合部に接触する表面は、粗さ曲線から求められる最大断面高さＲｔが２μｍ以上である請求項６乃至請求項９のいずれかに記載の半導体製造装置用部材。
- 前記セラミックス部材は、主成分が貴金属である導電部を有し、
前記接合部における前記金属粒子は、貴金属であり、
前記導電部と前記金属端子との間に接合部を有する請求項６乃至請求項１０のいずれかに記載の半導体製造装置用部材。 - 前記導電部における前記ペーストに接触する表面は、窪み部又は突出部を有している、請求項５に記載の半導体製造装置用部材の製造方法。
- 前記導電部における前記接合部に接触する表面は、窪み部又は突出部を有している、請求項１１に記載の半導体製造装置用部材。
- 前記ペーストの厚みは、前記導電部の厚みと同じ、又は前記導電部の厚みよりも厚い、請求項５又は請求項１２に記載の半導体製造装置用部材の製造方法。
- 前記接合部の厚みは、前記導電部の厚みと同じ、又は前記導電部の厚みよりも厚い、請求項１１又は請求項１３に記載の半導体製造装置用部材。
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