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公開番号2025083334
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-30
出願番号2024218591,2024539577
出願日2024-12-13,2023-11-20
発明の名称接合体
出願人日本碍子株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類C04B 37/02 20060101AFI20250523BHJP(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】高い接合強度を有するセラミックプレート及びMMCプレートの接合体を提供する。
【解決手段】セラミックプレートと、セラミックプレートの一方の側と対向して設けられ、金属基複合材料(MMC)で構成されるMMCプレートと、セラミックプレートとMMCプレートとの間に設けられ、セラミックプレート及びMMCプレートを接合する接合層であって、Alを主成分として含み、かつ、Si及びMgを副成分として含む接合層とを備え、セラミックプレートと接合層との間の接合界面がMg含有層を含む、接合体。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
セラミックプレートと、
前記セラミックプレートの一方の側と対向して設けられ、金属基複合材料（ＭＭＣ）で構成されるＭＭＣプレートと、
前記セラミックプレートと前記ＭＭＣプレートとの間に設けられ、前記セラミックプレート及び前記ＭＭＣプレートを接合する接合層であって、Ａｌを主成分として含み、かつ、Ｓｉ及びＭｇを副成分として含む接合層と、
を備え、前記セラミックプレートと前記接合層との間の接合界面がＭｇ含有層を含む、
接合体。
続きを表示（約 780 文字）【請求項２】
前記Ｍｇ含有層が、Ａｌ及びＯをさらに含む、請求項１に記載の接合体。
【請求項３】
前記Ｍｇ含有層における、Ａｌ：Ｍｇ：Ｏの重量比が１：０．０１～０．５０：０．００１～０．１００である、請求項２に記載の接合体。
【請求項４】
前記Ｍｇ含有層の厚さが、１～１０μｍである、請求項１又は２に記載の接合体。
【請求項５】
前記セラミックプレート、前記接合層及び前記ＭＭＣプレートの接合が、熱圧接である、請求項１～３のいずれか一項に記載の接合体。
【請求項６】
前記金属基複合材料（ＭＭＣ）が、Ｓｉ、Ｃ及びＴｉを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の接合体。
【請求項７】
前記ＭＭＣプレートが、前記接合層と前記ＭＭＣプレートとの間の接合界面から所定の深さＤ
Ａｌ
にわたって前記接合層に由来するＡｌが拡散されたＡｌ拡散層を有している、請求項１～３のいずれか一項に記載の接合体。
【請求項８】
前記ＭＭＣプレートが、前記接合層と前記ＭＭＣプレートとの間の接合界面から所定の深さＤ
Ｍｇ
にわたって前記接合層に由来するＭｇが拡散されたＭｇ拡散層を有している、請求項７に記載の接合体。
【請求項９】
前記Ａｌ拡散層の深さＤ
Ａｌ
が前記Ｍｇ拡散層の深さＤ
Ｍｇ
よりも大きい、すなわちＤ
Ａｌ
＞Ｄ
Ｍｇ
を満たす、請求項８に記載の接合体。
【請求項１０】
前記ＭＭＣプレートの接合界面側の表面が、０．０１～１．０μｍの算術平均粗さＲａを有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の接合体。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、接合体に関するものである。
続きを表示（約 4,000 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造における回路形成は、プラズマエッチングにより一般的に行われている。プラズマエッチングは、プラズマエッチング装置内の真空チャンバに不活性ガスを導入してプラズマ化することにより行われる。プラズマエッチング装置内には、エッチングされるべきウェハが載置されるためのサセプタとして機能する、静電チャックアセンブリが設けられている。典型的な静電チャックアセンブリは、静電チャックとして機能する電極埋設セラミックプレートと、電極埋設セラミックプレートの底面を支持する冷却プレートとを備える。ウェハは電極内蔵セラミックプレートに静電吸着されることで、静電チャックアセンブリに固定された状態でプラズマエッチングが施される。一方、冷却プレートは、電極内蔵セラミックプレートの底面に設けられることで、プラズマエッチングによりウェハに発生する熱を奪うように構成される。電極埋設セラミックプレートは、耐熱性や耐食性に優れた酸化アルミニウムや窒化アルミニウム等で構成されたセラミック基体の内部に、静電チャック（ＥＳＣ）電極、ＲＦ電極、ヒータ電極等の内部電極が埋設された構成を有するのが一般的である。
【０００３】
静電チャックアセンブリの一例として、特許文献１（特開２００９－１４１２０４号公報）には、第１のセラミック焼結体で構成される第１基体と、第２のセラミック焼結体で構成される第２基体とが、Ａｌを含む金属の接合膜を介して接合された、基板保持体が開示されている。この文献には、第１基体と第２基体との間にＡｌを含む金属の接合膜を挟んで当該金属を加熱しながら４～２０ＭＰａの圧力で熱圧接することで、第１基体と第２基体を、接合膜を介して接合することが開示されており、Ａｌを含む金属が、Ｍｇを０．５～５重量％の範囲で含むＡｌ合金であることが望ましいとされている。
【０００４】
ところで、近年、金属基複合材料（ＭＭＣ：ＭｅｔａｌＭａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔｅ）が注目されている。金属基複合材料は、Ａｌや金属Ｓｉ等の金属で構成される金属マトリックスにＳｉＣやＴｉＣ等のセラミック強化材を複合させた材料であり、軽量、高剛性、高熱伝導、低熱膨張等の利点を有するものとして知られている。金属基複合材料（ＭＭＣ）とセラミック材料とを接合させる手法が提案されており、特許文献２（特許第４３７３５３８号公報）には、アルミニウム合金をマトリックスとして含むＭＭＣと、セラミック材料とが、Ｍｇを含むＡｌ合金で構成されるろう材を介して接合された接合体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００９－１４１２０４号公報
特許第４３７３５３８号公報
特開２００６－１９６８６４号公報
【発明の概要】
【０００６】
静電チャックアセンブリの冷却プレートとして、高熱伝導、低熱膨張等の利点から、ＭＭＣプレートを用いることが望まれる。そこで、ＭＭＣプレートとセラミックプレートとの接合体における接合強度の改善が求められている。
【０００７】
本発明者らは、今般、（１）ＭＭＣプレートとセラミックプレートとの間に所定の接合層を設け、かつ、（２ａ）セラミックプレートと接合層との間の接合界面がＭｇ含有層を含むようにすることで、及び／又は（２ｂ）ＭＭＣプレートが、接合層とＭＭＣプレートとの間の接合界面から所定の深さ（厚さ）にわたってＡｌ拡散層を有するようにすることで、高い接合強度を有するセラミックプレート及びＭＭＣプレートの接合体を提供できることを見出した。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、高い接合強度を有するセラミックプレート及びＭＭＣプレートの接合体を提供することにある。
【０００９】
本開示によれば、以下の態様が提供される。
［態様１］
セラミックプレートと、
前記セラミックプレートの一方の側と対向して設けられ、金属基複合材料（ＭＭＣ）で構成されるＭＭＣプレートと、
前記セラミックプレートと前記ＭＭＣプレートとの間に設けられ、前記セラミックプレート及び前記ＭＭＣプレートを接合する接合層であって、Ａｌを主成分として含み、かつ、Ｓｉ及びＭｇを副成分として含む接合層と、
を備え、前記セラミックプレートと前記接合層との間の接合界面がＭｇ含有層を含む、
接合体。
［態様２］
前記Ｍｇ含有層が、Ａｌ及びＯをさらに含む、態様１に記載の接合体。
［態様３］
前記Ｍｇ含有層における、Ａｌ：Ｍｇ：Ｏの重量比が１：０．０１～０．５０：０．００１～０．１００である、態様２に記載の接合体。
［態様４］
前記Ｍｇ含有層の厚さが、１～１０μｍである、態様１又は２に記載の接合体。
［態様５］
前記セラミックプレート、前記接合層及び前記ＭＭＣプレートの接合が、熱圧接である、態様１～３のいずれか一つに記載の接合体。
［態様６］
前記金属基複合材料（ＭＭＣ）が、Ｓｉ、Ｃ及びＴｉを含む、態様１～３のいずれか一つに記載の接合体。
［態様７］
前記ＭＭＣプレートが、前記接合層と前記ＭＭＣプレートとの間の接合界面から所定の深さＤ
Ａｌ
にわたって前記接合層に由来するＡｌが拡散されたＡｌ拡散層を有している、態様１～４のいずれか一つに記載の接合体。
［態様８］
前記ＭＭＣプレートが、前記接合層と前記ＭＭＣプレートとの間の接合界面から所定の深さＤ
Ｍｇ
にわたって前記接合層に由来するＭｇが拡散されたＭｇ拡散層を有している、態様７に記載の接合体。
［態様９］
前記Ａｌ拡散層の深さＤ
Ａｌ
が前記Ｍｇ拡散層の深さＤ
Ｍｇ
よりも大きい、すなわちＤ
Ａｌ
＞Ｄ
Ｍｇ
を満たす、態様８に記載の接合体。
［態様１０］
前記ＭＭＣプレートの接合界面側の表面が、０．０１～１．０μｍの算術平均粗さＲａを有する、態様１～９のいずれか一つに記載の接合体。
［態様１１］
４点曲げ試験において２００ＭＰａ以上の接合強度を呈する、態様１～１０のいずれか一つに記載の接合体。
［態様１２］
前記セラミックプレートが酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムを含み、かつ、内部電極が埋設されたものである、態様１～１１のいずれか一つに記載の接合体。
［態様１３］
セラミックプレートと、
前記セラミックプレートの一方の側と対向して設けられ、Ｓｉ、Ｃ及びＴｉを含む金属基複合材料（ＭＭＣ）で構成されるＭＭＣプレートと、
前記セラミックプレートと前記ＭＭＣプレートとの間に設けられ、前記セラミックプレート及び前記ＭＭＣプレートを接合する接合層であって、Ａｌを主成分として含み、かつ、Ｓｉ及びＭｇを副成分として含む接合層と、
を備え、前記ＭＭＣプレートが、前記接合層と前記ＭＭＣプレートとの間の接合界面から所定の深さＤ
Ａｌ
にわたって前記接合層に由来するＡｌが拡散されたＡｌ拡散層を有しており、前記Ａｌ拡散層の深さＤ
Ａｌ
が４０μｍ以上である、接合体。
［態様１４］
前記ＭＭＣプレートが、前記接合層と前記ＭＭＣプレートとの間の接合界面から所定の深さＤ
Ｍｇ
にわたって前記接合層に由来するＭｇが拡散されたＭｇ拡散層を有している、態様１３に記載の接合体。
［態様１５］
前記Ａｌ拡散層の深さＤ
Ａｌ
が前記Ｍｇ拡散層の深さＤ
Ｍｇ
よりも大きい、すなわちＤ
Ａｌ
＞Ｄ
Ｍｇ
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明による接合体の一例を示す模式断面図である。
本発明による接合体の他の一例を示す模式断面図である。
例７の接合体におけるセラミックプレート１２、接合界面２０及び接合層１６を含む断面のＳＥＭ像（Ｃｏｍｐｏ像）及びそれに対応する領域のＳｉ、Ｃ及びＴｉマッピング像を示す。
例７の接合体におけるセラミックプレート１２、接合界面２０及び接合層１６を含む断面のＳＥＭ像（Ｃｏｍｐｏ像）及びそれに対応する領域のＯ、Ｍｇ及びＡｌマッピング像を示す。
例７の接合体における接合層１６、接合界面２２及びＭＭＣプレート１４を含む断面のＳＥＭ像（Ｃｏｍｐｏ像）及びそれに対応する領域のＳｉ、Ｃ及びＴｉマッピング像を示す。
例７の接合体における接合層１６、接合界面２２及びＭＭＣプレート１４を含む断面のＳＥＭ像（Ｃｏｍｐｏ像）及びそれに対応する領域のＯ、Ｍｇ及びＡｌマッピング像を示す。
例７の接合体における接合層１６、接合界面２２及びＭＭＣプレート１４を含む断面のＳＥＭ像（Ｃｏｍｐｏ像）及びそれに対応する領域のＳｉ、Ｃ及びＴｉマッピング像の濃度スケールを縮小したバージョンを示す。
例７の接合体における接合層１６、接合界面２２及びＭＭＣプレート１４を含む断面のＳＥＭ像（Ｃｏｍｐｏ像）及びそれに対応する領域のＯ、Ｍｇ及びＡｌマッピング像の濃度スケールを縮小したバージョンを示す。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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