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公開番号2024110354
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-15
出願番号2023014906
出願日2023-02-02
発明の名称接合体及びSiC基質部材
出願人日本特殊陶業株式会社
代理人個人,個人
主分類C04B 37/00 20060101AFI20240807BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約【課題】互いにCTEの異なる2種類の異なるセラミックス部材であるAlNセラミックス部材とSiCセラミックス部材を接合するための技術を提供する。
【解決手段】
接合体100において、AlNセラミックス部材110と緩衝部材131、132とSiCセラミックス部材120とがこの順に積層され接合されている。また、これらの部材の20℃から接合状態に対応した温度の平均線膨張係数は、この順に小さくなっている。また、AlNセラミックス部材110、緩衝部材131、132、SiCセラミックス部材120のうち、隣接する二部材の平均線膨張係数差が0.8ppm以下である。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
ＡｌＮを主成分とする板状のＡｌＮセラミックス部材と、
ＳｉＣを主成分とする板状のＳｉＣセラミックス部材と、
前記ＡｌＮセラミックス部材と、前記ＳｉＣセラミックス部材との間に配置されるとともに、ＳｉＣを主成分とし、周期律表第４族、第５族、及び第６族の金属からなる群から選ばれる少なくとも一種の特定金属の炭化物、窒化物、ホウ化物、またはケイ化物を含むｎ層（ｎ≧２）の緩衝部材と、を備え、
前記ｎ層の緩衝部材の各層は、互いに異なる比率で前記特定金属の炭化物、窒化物、ホウ化物、またはケイ化物を含み、
前記ＡｌＮセラミックス部材と、前記ｎ層の緩衝部材における第（ｍ－１）層目の緩衝部材（２≦ｍ≦ｎ）と、前記第（ｍ－１）層目の緩衝部材よりも前記ＳｉＣセラミックス部材側に配置される第ｍ層目の緩衝部材と、前記ＳｉＣセラミックス部材との、２０℃から接合状態に対応した温度の平均線膨張係数を、それぞれ、α
Ａ
、α
ｍ―１
、α
ｍ
、α
Ｓ
としたとき、
α
Ａ
＞α
ｍ―１
＞α
ｍ
＞α
Ｓ
であり、且つ、
前記ＡｌＮセラミックス部材、前記第（ｍ－１）層目の緩衝部材、前記第ｍ層目の緩衝部材、前記ＳｉＣセラミックス部材の順に積層されて接合されており、
前記ＡｌＮセラミックス部材の前記平均線膨張係数α
Ａ
と、前記ｎ層の緩衝部材における第１層目の緩衝部材の、２０℃から前記接合状態に対応した温度の平均線膨張係数α
１
との差（α
Ａ
－α
１
）が０．８ｐｐｍ以下であり、
前記第（ｍ－１）層目の緩衝部材の前記平均線膨張係数α
ｍ－１
と、前記第ｍ層目の緩衝部材の前記平均線膨張係数α
ｍ
との差（α
ｍ－１
－α
ｍ
）が０．８ｐｐｍ以下であり、
前記ｎ層の緩衝部材における第ｎ層目の緩衝部材の、２０℃から前記接合状態に対応した温度の平均線膨張係数α
ｎ
と、前記ＳｉＣセラミックス部材の前記平均線膨張係数α
Ｓ
との差（α
ｎ
－α
Ｓ
）が０．８ｐｐｍ以下であることを特徴とする接合体。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記ＡｌＮセラミックス部材の主面、及び／又は前記ＳｉＣセラミックス部材の主面の最大長さは２０ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の接合体。
【請求項３】
前記ＳｉＣセラミックス部材の内部には、溝又は中空の流路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の接合体。
【請求項４】
さらに、前記ＡｌＮセラミックス部材と前記ｎ層の緩衝部材における第１層目の緩衝部材との間と、前記ｎ層の緩衝部材における第ｎ層目の緩衝部材と前記ＳｉＣセラミックス部材との間の、少なくとも一方に接合層が配置されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の接合体。
【請求項５】
前記接合層は、４５０℃以下の融点の軟ロウ材であることを特徴とする請求項４に記載の接合体。
【請求項６】
前記接合層は、４５０℃を超える融点の硬ロウ材であることを特徴とする請求項４に記載の接合体。
【請求項７】
前記接合層は、Ａｌ層であることを特徴とする請求項４に記載の接合体。
【請求項８】
前記ＡｌＮセラミックス部材と前記ｎ層の緩衝部材における第１層目の緩衝部材との間と、前記ｎ層の緩衝部材における第ｎ層目の緩衝部材と前記ＳｉＣセラミックス部材との間が、直接接触した状態で接合されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の接合体。
【請求項９】
ＳｉＣを主成分とする板状のＳｉＣセラミックス部材と、
ＳｉＣを主成分とし、周期律表第４族、第５族、及び第６族の金属からなる群から選ばれる少なくとも一種の特定金属の炭化物、窒化物、ホウ化物、またはケイ化物であるｎ層（ｎ≧２）の緩衝部材と、を備え、
前記ＳｉＣセラミックス部材の主面の最大長さは２０ｃｍ以上であり、
前記ＳｉＣセラミックス部材の内部には、溝又は中空の流路が形成されており、
前記ｎ層の緩衝部材における第（ｍ－１）層目の緩衝部材（２≦ｍ≦ｎ）と、前記第（ｍ－１）層目の緩衝部材よりも前記ＳｉＣセラミックス部材側に配置される第ｍ層目の緩衝部材と、前記ＳｉＣセラミックス部材との、２０℃から接合状態に対応した温度の平均線膨張係数を、それぞれ、α
ｍ―１
、α
ｍ
、α
Ｓ
としたとき、
α
ｍ―１
＞α
ｍ
＞α
Ｓ
であり、且つ、
前記第（ｍ－１）層目の緩衝部材、前記第ｍ層目の緩衝部材、前記ＳｉＣセラミックス部材の順に積層されて接合されており、
前記第（ｍ－１）層目の緩衝部材の前記平均線膨張係数α
ｍ－１
と、前記第ｍ層目の緩衝部材の前記平均線膨張係数α
ｍ
との差（α
ｍ－１
－α
ｍ
）が０．８ｐｐｍ以下であり、
前記ｎ層の緩衝部材における第ｎ層目の緩衝部材の、２０℃から前記接合状態に対応した温度の平均線膨張係数α
ｎ
と、前記ＳｉＣセラミックス部材の前記平均線膨張係数α
Ｓ
との差（α
ｎ
－α
Ｓ
）が０．８ｐｐｍ以下であることを特徴とする半導体製造部材用のＳｉＣ基質部材。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＣセラミックス部材とＡｌＮセラミックス部材との接合体、及びＳｉＣ基質部材に関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１にはＡｌ冷却板とＡｌＮセラミックス基板との接合体が開示されている。ＡｌＮセラミックス基板とＡｌ冷却板との間の大きな線膨張係数差によって生じる応力を緩和するため、これらの間にＳｉＣ複合材料基板が配置されている。ＳｉＣ複合材料基板は、ＳｉＣ粉末に、ＴｉＣとＴｉＳｉ
２
又はＴｉＣとＳｉの粉末を混合した混合粉末を成形後ホットプレス焼成することにより作製される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１４－２０８５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の技術は、大きな線膨張係数差を有する２種類のセラミックス部材である、ＡｌＮセラミックス部材とＳｉＣセラミックス部材とを接合する場合に直接適用することはできない。また、発明者らの知見によれば、ＡｌＮセラミックス部材とＳｉＣセラミックス部材とを、硬ろう接合や軟ろう接合等の従来の接合方法で接合した場合には、接合後の接合体にクラックが発生したり、接合面の剥離が生じたりする。
【０００５】
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、ＡｌＮセラミックス部材とＳｉＣセラミックス部材とを接合した接合体において、クラックが発生したり、接合面の剥離が生じたりすることを抑制する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様に従えば、ＡｌＮを主成分とする板状のＡｌＮセラミックス部材と、
ＳｉＣを主成分とする板状のＳｉＣセラミックス部材と、
前記ＡｌＮセラミックス部材と、前記ＳｉＣセラミックス部材との間に配置されるとともに、ＳｉＣを主成分とし、周期律表第４族、第５族、及び第６族の金属からなる群から選ばれる少なくとも一種の特定金属の炭化物、窒化物、ホウ化物、またはケイ化物を含むｎ層（ｎ≧２）の緩衝部材と、を備え、
前記ｎ層の緩衝部材の各層は、互いに異なる比率で前記特定金属の炭化物、窒化物、ホウ化物、またはケイ化物を含み、
前記ＡｌＮセラミックス部材と、前記ｎ層の緩衝部材における第（ｍ－１）層目の緩衝部材（２≦ｍ≦ｎ）と、前記第（ｍ－１）層目の緩衝部材よりも前記ＳｉＣセラミックス部材側に配置される第ｍ層目の緩衝部材と、前記ＳｉＣセラミックス部材との、２０℃から接合状態に対応した温度の平均線膨張係数を、それぞれ、α
Ａ
、α
ｍ―１
、α
ｍ
、α
Ｓ
としたとき、
α
Ａ
＞α
ｍ―１
＞α
ｍ
＞α
Ｓ
であり、且つ、
前記ＡｌＮセラミックス部材、前記第（ｍ－１）層目の緩衝部材、前記第ｍ層目の緩衝部材、前記ＳｉＣセラミックス部材の順に積層されて接合されており、
前記ＡｌＮセラミックス部材の前記平均線膨張係数α
Ａ
と、前記ｎ層の緩衝部材における第１層目の緩衝部材の、２０℃から前記接合状態に対応した温度の平均線膨張係数α
１
との差（α
Ａ
－α
１
）が０．８ｐｐｍ以下であり、
前記第（ｍ－１）層目の緩衝部材の前記平均線膨張係数α
ｍ－１
と、前記第ｍ層目の緩衝部材の前記平均線膨張係数α
ｍ
との差（α
ｍ－１
－α
ｍ
）が０．８ｐｐｍ以下であり、
前記ｎ層の緩衝部材における第ｎ層目の緩衝部材の、２０℃から前記接合状態に対応した温度の平均線膨張係数α
ｎ
と、前記ＳｉＣセラミックス部材の前記平均線膨張係数α
Ｓ
との差（α
ｎ
－α
Ｓ
）が０．８ｐｐｍ以下であることを特徴とする接合体が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の構成によれば、ｎ層の緩衝部材は少なくとも２層の緩衝部材を備えており、緩衝部材の各層が、ＡｌＮセラミックス部材に近い側からＳｉＣセラミックス部材に近い側に向かって、２０℃から前記接合状態に対応した温度の平均線膨張係数の値が徐々に小さくなるように積層され、接合されている。また、ＡｌＮセラミックス部材、ｎ層の緩衝部材、ＳｉＣセラミックス部材のうち、隣接する二部材の平均線膨張係数差が０．８ｐｐｍ以下である。このようなｎ層の緩衝部材がＳｉＣセラミックス部材とＡｌＮセラミックス部材との間に介在しているので、ＳｉＣセラミックス部材とＡｌＮセラミックス部材との間の、平均線膨張係数の差に起因する応力の影響を低減させることができ、接合体に生じるクラックや接合面の剥離を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、接合体１００の斜視図である。
図２は、接合体１００の概略説明図である。
（ａ）～（ｄ）は、ＡｌＮセラミックス部材１１０の製造方法の流れを示す図である。
図４は、ＳｉＣセラミックス部材１２０の製造方法の流れを示すフローチャートである。
図５は、実施例１～４の結果をまとめた表である。
図６は、実施例５～８の結果をまとめた表である。
図７は、実施例９～１２の結果をまとめた表である。
図８は、比較例１、２の結果をまとめた表である。
（ａ）溝２２５が形成された仮焼体２２１を説明するための概略説明図であり、（ｂ）は流路２５０が形成されたＳｉＣセラミックス部材２２０とＡｌＮセラミックス部材１１０と、緩衝部材１３０との接合体１００を説明するための概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜接合体１００＞
本発明の実施形態に係る接合体１００について、図１、２を参照しつつ説明する。本実施形態に係る接合体１００は、例えば、半導体製造装置の内部でシリコンウェハなどの半導体ウェハ（以下、単にウェハ１０という）を保持する台、又は、サセプタを保持する台として用いられる。また、後述のように接合体１００にヒータ電極１４０が埋設されている場合には、ウェハ１０を加熱するためのヒータとしても用いることができる。なお、以下の説明においては、接合体１００が使用可能に設置された状態（図１の状態）を基準として上下方向５が定義される。図１に示されるように、本実施形態に係る接合体１００は、ＡｌＮセラミックス部材１１０と、ＳｉＣセラミックス部材１２０と、緩衝部材１３０と、ヒータ電極１４０（図２参照）とを備える。
【００１０】
＜ＡｌＮセラミックス部材１１０＞
ＡｌＮセラミックス部材１１０は、直径２００ｍｍ以上、厚さ（上下方向５の長さ）２ｍｍ～５０ｍｍの円形の板状の形状を有する部材である。なお、ＡｌＮセラミックス部材１１０の上面及び下面を総称して、主面１１１と呼ぶ。ＡｌＮセラミックス部材１１０の主面（上面）１１１にはウェハ１０が載置される。なお、図１では図面を見やすくするためにウェハ１０とＡｌＮセラミックス部材１１０とを離して図示している。ＡｌＮセラミックス部材１１０は、ＡｌＮセラミックスにより形成されている。ここで、ＡｌＮセラミックスは、ＡｌＮを８０ｗｔ％以上含むセラミックス焼結体ことをいう。
（【００１１】以降は省略されています）

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