特開 2023-6065 セラミック接合体およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023006065

(43)【公開日】2023-01-18

(54)【発明の名称】セラミック接合体およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C04B 37/00 20060101AFI20230111BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20230111BHJP

   C04B 35/577 20060101ALI20230111BHJP

【ＦＩ】

C04B37/00 Z

H01L21/68 P

C04B35/577

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021108458

(22)【出願日】2021-06-30

(71)【出願人】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003029

【氏名又は名称】弁理士法人ブナ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】古川 茂伸

(72)【発明者】

【氏名】花谷 倫太郎

【テーマコード（参考）】

4G026

5F131

【Ｆターム（参考）】

4G026BA14

4G026BB14

4G026BC01

4G026BE04

4G026BF02

4G026BF44

4G026BG02

4G026BH13

5F131CA09

5F131CA32

5F131DA33

5F131DA42

5F131EB01

5F131EB03

5F131EB78

5F131EB79

(57)【要約】

【課題】接合層裏面と凹部との接合不良が低減されて、接合層裏面と凹部とが強固に接合され、優れた熱伝導性を有するセラミック接合体を提供すること。
【解決手段】本開示に係るセラミック接合体は、平坦な表面および表面の反対側に位置する裏面を有する第１セラミック部材と、第１セラミック部材を収納する凹部を有する第２セラミック部材と、第１セラミック部材の裏面と第２セラミック部材の凹部の底面とを接合するガラス質の接合層とを含む。第２セラミック部材の凹部の底面は、溝部と溝部以外の平坦部とを含む。溝部表面の算術平均粗さは、平坦部表面の算術平均粗さよりも大きい。接合層は、少なくとも溝部と裏面とを接合している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

平坦な表面および該表面の反対側に位置する裏面を有する第１セラミック部材と、
前記第１セラミック部材を収納する凹部を有する第２セラミック部材と、
前記第１セラミック部材の裏面と前記第２セラミック部材の凹部の底面とを接合するガラス質の接合層と、
を含み、
前記第２セラミック部材の凹部の底面は、溝部と該溝部以外の平坦部とを含み、
前記溝部表面の算術平均粗さは、前記平坦部表面の算術平均粗さよりも大きく、
前記接合層は、少なくとも前記溝部と前記裏面とを接合している、
セラミック接合体。

【請求項2】

前記溝部が、直線状の溝および曲線状の溝の少なくとも一方を含む、請求項１に記載のセラミック接合体。

【請求項3】

前記溝部表面の算術平均粗さは、０．４μｍ以上である、請求項１または２に記載のセラミック接合体。

【請求項4】

前記溝部表面の算術平均粗さは、０．８μｍ以上である、請求項１～３のいずれかに記載のセラミック接合体。

【請求項5】

前記平坦部表面の算術平均粗さは、０．８μｍより小さい、請求項１、２または４に記載のセラミック接合体。

【請求項6】

前記平坦部表面の算術平均粗さは、０．４μｍより小さい、請求項１～５のいずれかに記載のセラミック接合体。

【請求項7】

前記溝部は、深さよりも幅の方が長く、前記溝部表面を前記幅方向に５μｍ間隔でプロットした場合に、隣接する２点を結ぶ直線と前記幅方向に水平な面とのなす角が４５°以下である、請求項１～６のいずれかに記載のセラミック接合体。

【請求項8】

前記溝部は、底部において、前記溝部の延伸方向にうねりを有する、請求項１～７のいずれかに記載のセラミック接合体。

【請求項9】

前記うねりは、前記溝部の幅よりも小さい周期で存在している、請求項８に記載のセラミック接合体。

【請求項10】

前記第２セラミック部材は炭化物または窒化物からなり、前記溝部の表面は、前記平坦部の表面よりも炭素および窒素の少なくとも一方の割合が小さい、請求項１～９のいずれかに記載のセラミック接合体。

【請求項11】

真空チャックである、請求項１～１０のいずれかに記載のセラミック接合体。

【請求項12】

平坦な表面および該表面の反対側に位置する裏面を有する第１セラミック部材を準備する工程と、
前記第１セラミック部材を収納する凹部を有する第２セラミック部材を準備する工程と、
前記第２セラミック部材の凹部の底面を平坦化加工する工程と、
前記第２セラミック部材の凹部の底面に、レーザ加工によって溝部を形成する工程と、
前記第１セラミック部材の裏面および前記第２セラミック部材の凹部の少なくとも一方にガラスペーストを塗布し、貼り合わせて焼成し、少なくとも前記溝部と前記裏面とをガラス質の接合層で接合する工程と、
を含む、セラミック接合体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、セラミック接合体およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製品の製造工程において、製膜、加工、配線形成、検査などの工程で、被吸着体を吸着して保持するために真空チャックが使用されている。真空チャックは、例えば特許文献１に示すように、基板や素子などの被吸着体を吸着して保持する吸着面を有する多孔質体からなる吸着部と、多孔質体を収納する凹部を有する緻密質体からなる支持部とを接合して形成される。

【0003】

凹部の平面度が大きいと、吸着部を挿入した際に吸着部裏面との間隔が大きくなり、接合不良の空間が生じやすい。接合不良が存在すると、接合強度の低下、吸着力や温度分布のばらつきなどの原因となる。真空チャックが研削装置や熱圧着装置などに使用されると、押圧時の負荷で吸着部が変形する。その結果、加工精度が低下したり、圧着不良の原因となったりする。ウエハーなどの被吸着体の加工精度などを向上させるためには、凹部の底面の平面度は高い方がよい。

【0004】

一方、接合強度を向上させるためには、凹部の底面は、アンカー効果を期待して、適度に荒れているのがよい。吸着部の裏面のようにラップ加工が可能な面は、適度に荒れた平坦な面を形成しやすい。しかし、凹部の底面は、平坦化加工（例えば、研削加工）により表面粗さが小さくなりやすい。平坦化加工後に粗面化加工（例えば、ブラスト加工）を行うと、平面度が大きくなりやすい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２－１４０２５７号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本開示の課題は、接合層裏面と凹部との接合不良が低減されて、接合層裏面と凹部とが強固に接合され、優れた熱伝導性を有するセラミック接合体を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に係るセラミック接合体は、平坦な表面および表面の反対側に位置する裏面を有する第１セラミック部材と、第１セラミック部材を収納する凹部を有する第２セラミック部材と、第１セラミック部材の裏面と第２セラミック部材の凹部の底面とを接合するガラス質の接合層とを含む。第２セラミック部材の凹部の底面は、溝部と溝部以外の平坦部とを含む。溝部表面の算術平均粗さは、平坦部表面の算術平均粗さよりも大きい。接合層は、少なくとも溝部と裏面とを接合している。

【0008】

本開示に係るセラミック接合体の製造方法は、平坦な表面および表面の反対側に位置する裏面を有する第１セラミック部材を準備する工程と；第１セラミック部材を収納する凹部を有する第２セラミック部材を準備する工程と；第２セラミック部材の凹部の底面を平坦化加工する工程と；第２セラミック部材の凹部の底面に、レーザ加工によって溝部を形成する工程と；第１セラミック部材の裏面および第２セラミック部材の凹部の少なくとも一方にガラスペーストを塗布し、貼り合わせて焼成し、少なくとも溝部と裏面とをガラス質の接合層で接合する工程とを含む。

【発明の効果】

【0009】

本開示に係るセラミック接合体によれば、第２セラミック部材の凹部の底面は、溝部と溝部以外の平坦部とを含み、溝部表面の算術平均粗さは、平坦部表面の算術平均粗さよりも大きい。したがって、本開示に係るセラミック接合体は、接合層裏面と凹部との接合不良が低減されて、接合層裏面と凹部とが強固に接合され、優れた熱伝導性を有する。

【0010】

さらに、本開示に係るセラミック接合体の製造方法によれば、接合層裏面と凹部との接合不良が低減されて、接合層裏面と凹部とが強固に接合され、優れた熱伝導性を有するセラミック接合体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】（Ａ）は、本開示の一実施形態に係るセラミック接合体を示す斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示すセラミック接合体に含まれる第２セラミック部材を示す斜視図である。

【図2】（Ａ）は、図１（Ａ）に示すＸ－Ｘ線で切断した際の断面を示す断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す領域Ｙの拡大図である。

【図3】本開示の一実施形態に係るセラミック接合体において、第２セラミック部材の凹部の底面に形成された溝部を示す電子顕微鏡写真である。

【図4】（Ａ）は、図３に示す矢印Ａ方向に切断した場合の溝の断面形状、幅および深さを示すグラフであり、（Ｂ）は、図３に示す矢印Ｂ方向に切断した場合の溝底面の起伏を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本開示に係るセラミック接合体は、上記のように、平坦な表面および平坦な表面の反対側に位置する裏面を有する第１セラミック部材と、第１セラミック部材を収納する凹部を有する第２セラミック部材と、第１セラミック部材の裏面と第２セラミック部材の凹部の底面とを接合するガラス質の接合層とを含む。本開示に係るセラミック接合体を、図１および２に基づいて説明する。

【0013】

本開示の一実施形態に係るセラミック接合体１は真空チャックであり、図１（Ａ）および図２（Ａ）に示すように、第１セラミック部材１１が、第２セラミック部材１２の凹部１２ａに収納され、第１セラミック部材１１の裏面１１ｂと第２セラミック部材１２の凹部１２ａの底面とが、接合層１３で接合されている。図１（Ａ）は、一実施形態に係るセラミック接合体１を示す斜視図である。図２（Ａ）は、図１（Ａ）に示すＸ－Ｘ線で切断した際の断面を示す断面図である。

【0014】

第１セラミック部材１１は、セラミックで形成されていれば限定されない。第１セラミック部材１１は、例えば、セラミック粒子をガラスなどの結合剤で連結した多孔質セラミックからなる。第１セラミック部材１１を形成しているセラミックとしては、例えば、炭化ケイ素などの炭化物、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどの窒化物、酸化アルミニウムなどの酸化物が挙げられる。本開示において、多孔質とは、セラミック部材の断面における閉気孔の面積比率が１０％より大きい状態を意味する。

【0015】

第１セラミック部材１１の形状および大きさは限定されず、得られるセラミック接合体１の用途や被吸着体の形状に応じて適宜設定される。第１セラミック部材１１は、平面視した場合、図１（Ａ）に示すように円形状を有している。しかし、第１セラミック部材１１の形状は円形状に限定されず、例えば、楕円形状または多角形状（三角形状、四角形状、五角形状、六角形状など）を有していてもよい。多角形状の場合、正多角形でもよく、不等辺多角形であってもよい。

【0016】

第１セラミック部材１１の大きさは限定されず、例えば、直径が１０ｍｍ以上５００ｍｍ以下であってもよい。第１セラミック部材１１が楕円形状の場合、長径および短径のいずれもが、このような範囲であればよい。第１セラミック部材１１が多角形状の場合、１辺の長さは、例えば１０ｍｍ以上５００ｍｍ以下である。第１セラミック部材１１の厚みは、例えば、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。

【0017】

第１セラミック部材１１は、平坦な表面１１ａおよび表面１１ａの反対側に位置する裏面１１ｂを有する。第１セラミック部材１１が図１に示すように真空チャックである場合、表面１１ａが基板などの被吸着体を吸着する吸着面となる。一方、裏面１１ｂは、第１セラミック部材１１を、後述する第２セラミック部材１２の凹部１２ａに収納した際に、凹部１２ａと対向する面となる。

【0018】

第２セラミック部材１２は、第１セラミック部材１１を収納するための部材である。第２セラミック部材１２は、セラミックで形成されていれば限定されない。第２セラミック部材１２は、例えば、緻密質セラミックからなる。緻密質セラミックは、多孔質セラミックと比べて、機械的強度、熱伝導、気密性などに優れ、真空チャック１の主体となる基部に好適である。第２セラミック部材１２を形成しているセラミックとしては、例えば、炭化ケイ素などの炭化物、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどの窒化物などが挙げられる。第２セラミック部材１２を形成しているセラミックは、第１セラミック部材１１を形成しているセラミックと同じでもよく、異なっていてもよい。本開示において、緻密質とは、セラミック部材の断面における閉気孔の面積比率が１０％より小さい状態をいう。

【0019】

第２セラミック部材１２の形状および大きさは限定されず、得られるセラミック接合体１の用途や、第１セラミック部材１１の形状に応じて適宜設定される。第２セラミック部材１２は、平面視した場合、図１（Ａ）に示すように円形状を有している。しかし、第２セラミック部材１２の形状は円形状に限定されず、例えば、楕円形状または多角形状（三角形状、四角形状、五角形状、六角形状など）を有していてもよい。多角形状の場合、正多角形でもよく、不等辺多角形であってもよい。

【0020】

第２セラミック部材１２には、第１セラミック部材１１を収納するための凹部１２ａが形成されている。凹部１２ａは、第１セラミック部材１１の形状および大きさに応じて形成されている。凹部１２ａの底面、すなわち、第１セラミック部材１１の裏面１１ｂと対向する面は、図１（Ｂ）に示すように、溝部１２ｂと溝部１２ｂ以外の平坦部１２ｃとを含む。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示すセラミック接合体１に含まれる第２セラミック部材１２を示す斜視図である。セラミック接合体が、セラミック接合体１のように真空チャックの場合、第２セラミック部材１２の凹部１２ａの底面には、吸引溝１４が設けられ、吸引溝１４と第２セラミック部材１２の下面とを接続する吸引孔（不図示）が設けられる。吸引溝１４および吸引孔は、空気を吸引するための経路となり、第１セラミック部材１１を介して被吸着体を吸着保持する。

【0021】

溝部１２ｂは、図１（Ｂ）に示すように直線状に形成されている。しかし、溝部１２ｂは直線状に限定されず、渦巻き状や蛇行状など曲線状に形成されていてもよい。直線状の場合、図１（Ｂ）に示すように、溝部１２ｂは交差していてもよく、一方向に平行に形成されていてもよい。溝部１２ｂのピッチ（溝部１２ｂ間の幅）は、凹部１２ａの底面の大きさに応じて適宜設定され、例えば、１００μｍ以上５０００μｍ以下であってもよい。

【0022】

溝部１２ｂの幅および深さは限定されない。溝部１２ｂは、例えば１００μｍ以下の幅を有していてもよく、３０μｍ以上５０μｍ以下の幅を有していてもよい。さらに、溝部１２ｂは、例えば５０μ以下の深さを有していてもよく、５μｍ以上１５μｍ以下の深さを有していてもよい。

【0023】

溝部１２ｂは深さよりも幅の方が長く、溝部１２ｂ表面の傾斜は緩やかな方がよい。溝部１２ｂは浅くてなだらかな方が接合層１３との隙間が生じにくく、接合不良がより生じにくくなる。溝部１２ｂ表面は、例えば、溝部１２ｂ表面を幅方向に５μｍ間隔でプロットした場合に、隣接する２点を結ぶ直線と幅方向に水平な面とのなす角が４５°以下となるような傾斜を有しているのがよい。

【0024】

溝部１２ｂは底部において、溝部１２ｂの延伸方向にうねりを有していてもよい。このようなうねりが存在していると、より強固なアンカー効果が発揮され、接合強度がより向上する。うねりの高さは限定されず、例えば、うねり曲線における最大高さ（最底部と最頂部との差）は１μｍ以上６μｍ以下である。さらに、うねりは、溝部１２ｂの幅よりも小さい周期で存在しているのがよい。

【0025】

溝部１２ｂ表面（溝部１２ｂの内周面および底面）の算術平均粗さは、平坦部１２ｃ表面の算術平均粗さよりも大きい。すなわち、溝部１２ｂ表面は粗く、平坦部１２ｃ表面は溝部１２ｂ表面よりも滑らかである。

【0026】

このように、溝部１２ｂ表面の算術平均粗さが、平坦部１２ｃ表面の算術平均粗さよりも大きいと、後述する接合層１３の接合強度が向上する。具体的には、溝部１２ｂ表面が粗いと、溝部１２ｂに流れ込んだ接合層１３がアンカー効果によって強固に接合される。一方、平坦部１２ｃ表面は溝部１２ｂ表面よりも滑らかであると、平坦部１２ｃと接合層１３の裏面との間に隙間が生じにくくなる。その結果、接合不良の空間が生じにくくなる。さらに、平坦部１２ｃに位置している接合層１３の厚みは、溝部１２ｂ流れ込んでいる接合層１３の厚みよりも薄い。その結果、平坦部１２ｃに位置している厚みの薄い接合層１３によって、熱伝導性が向上する。

【0027】

溝部１２ｂ表面の算術平均粗さは、例えば０．４μｍ以上であり、０．８μｍ以上であってもよい。溝部１２ｂ表面がこのような算術平均粗さを有していると、より強固なアンカー効果が発揮される。溝部１２ｂ表面の算術平均粗さの上限は、例えば３μｍ程度である。

【0028】

平坦部１２ｃ表面の算術平均粗さは、例えば０．８μｍ以下であり、０．４μｍ以下であってもよい。平坦部１２ｃ表面がこのような算術平均粗さを有していると、平坦部１２ｃの平面度を小さくでき、平坦部１２ｃと接合層１３の裏面との間に隙間がより生じにくくなる。その結果、接合不良の空間がより生じにくくなる。

【0029】

第２セラミック部材１２が、炭化物または窒化物からなる場合、凹部１２ａの底面において、溝部１２ｂ表面は平坦部１２ｃ表面よりも、炭素および窒素の少なくとも一方の割合が少ない方がよい。炭化物および窒化物を大気中などの酸化雰囲気で加熱して接合すると、酸化反応による脱ガスが発生して、接合層１３中に気泡が生じることがある。気泡は接合強度低下の原因となりうる。凹部１２ａの底面において、炭素および窒素の割合が少ないと、接合時に脱ガスの発生が抑制され、気泡が減少し、接合強度が向上する。溝部１２ｂ表面において、炭素および窒素の少なくとも一方の割合が少ないと、活性なダングリングボンドが増加する。その結果、後述する接合層１３に含まれる酸素と結合しやすくなり、接合強度をより向上させることができる。

【0030】

第１セラミック部材１１と第２セラミック部材１２とは、第１セラミック部材１１の裏面１１ｂと第２セラミック部材１２の凹部１２ａの底面とにおいて、接合層１３を介して接合されている。接合層１３は、少なくとも凹部１２ａの溝部１２ｂと第１セラミック部材１１の裏面１１とを接合していればよい。さらに、接合層１３は、凹部１２ａの平坦部１２ｃおよび凹部１２ａの側面に位置していてもよい。接合層１３が凹部１２ａの溝部１２ｂに加えて、平坦部１２ｃおよび側面に位置していると、より接合強度を向上させることができる。

【0031】

接合層１３はガラス質であれば限定されない。接合層１３の厚みについても限定されず、接合層１３は、第１セラミック部材１１の裏面１１ｂと第２セラミック部材１２の凹部１２ａの底面とを接合し得る厚みを有していればよい。例えば、凹部１２ａの平坦部１２ｃに接合層１３が存在する場合、接合層１３の厚みは、凹部１２ａの平坦部１２ｃの平面度と第１セラミック部材１１の裏面１１ｂの平面度の和よりも大きいのがよい。接合層１３の厚みは、具体的には１０μｍ以上３０μｍ以下程度であるのがよい。

【0032】

次に、本開示のセラミック接合体を製造する方法を説明する。本開示に係るセラミック接合体の製造方法は、下記の工程（ａ）～（ｅ）を含む。
（ａ）平坦な表面および表面の反対側に位置する裏面を有する第１セラミック部材を準備する工程。
（ｂ）第１セラミック部材を収納する凹部を有する第２セラミック部材を準備する工程。
（ｃ）第２セラミック部材の凹部の底面を平坦化加工する工程。
（ｄ）第２セラミック部材の凹部の底面に溝部を形成する工程。
（ｅ）第１セラミック部材の裏面および第２セラミック部材の凹部の少なくとも一方にガラスペーストを塗布し、貼り合わせて焼成し、少なくとも溝部と裏面とをガラス質の接合層で接合する工程。

【0033】

工程（ａ）は、平坦な表面および表面の反対側に位置する裏面を有する第１セラミック部材を準備する工程である。第１セラミック部材１１の材質、形状および大きさについては上述の通りであり、詳細な説明は省略する。

【0034】

工程（ｂ）は、第１セラミック部材を収納する凹部を有する第２セラミック部材を準備する工程である。第２セラミック部材１２の材質、形状および大きさについては上述の通りであり、詳細な説明は省略する。

【0035】

工程（ｃ）は、第２セラミック部材の凹部の底面を平坦化加工する工程である。第２セラミック部材１２の凹部１２ａの底面を平坦化する方法は、限定されない。例えば、砥石などを用いた研磨、研削などによって、第２セラミック部材１２の凹部１２ａの底面は平坦化される。

【0036】

工程（ｄ）は、第２セラミック部材の凹部の底面に、溝部を形成する工程である。凹部１２ａの底面の溝部１２ｂ以外の領域は平坦部１２ｃとなる。第２セラミック部材１２の凹部１２ａの底面に、レーザ加工によって溝部１２ｂを形成すると、平坦部１２ｃよりも表面粗さ（算術平均粗さ）が大きくなるとともに、溝部１２溝部１２ｂの底面にうねりが形成されやすくなる。溝部１２ｂの底面にうねりが形成されると、より強固なアンカー効果が発揮され、接合強度がより向上するセラミック接合体１が得られる。うねりの高さは限定されず、例えば、うねり曲線における最大高さは１μｍ以上６μｍ以下である。さらに、うねりは、溝部１２ｂの幅よりも小さい周期で存在しているのがよい。表面粗さとうねりは、レーザのスポット径や走査ピッチ、照射強度などで調節できる。溝部１２ｂの形成は、レーザ加工に限らず、電子線加工、ドライエッチング加工、ブラスト加工など各種加工方法を用いて、平坦部１２ｃよりも溝部１２ｂの方が、表面粗さが大きくなるように加工してもよい。

【0037】

さらに、第２セラミック部材１２が、上述のように炭化物や窒化物で形成されていると、大気などの酸化雰囲気でのレーザ加工によって溝部１２ｂを形成する際に、溝部１２ｂ表面に存在する炭素や窒素が酸化されて気化する。そのため、溝部１２ｂ表面において、炭素および窒素の少なくとも一方の割合が少なくなる。溝部１２ｂ表面において、炭素および窒素の少なくとも一方の割合が少ないと、酸化雰囲気で加熱して接合層１３を形成する際に、セラミックからの脱ガスによる接合層１３中の気泡が減少する。その結果、上述のように接合強度がより向上させることができる。

【0038】

溝部１２ｂは、上述のように直線状に形成されていてもよく、渦巻き状や蛇行状など曲線状に形成されていてもよい。さらに、溝部１２ｂは、表面が０．４μｍ以上の算術平均粗さを有するように加工され、０．８μｍ以上の算術平均粗さを有するように加工されていてもよい。溝部１２ｂ表面がこのような算術平均粗さを有するように加工されると、より強固なアンカー効果が発揮されるセラミック接合体１が得られる。溝部１２ｂ表面の算術平均粗さの上限は、上記のように３μｍ程度である。

【0039】

上述のように、溝部１２ｂは深さよりも幅の方が長く、溝部１２ｂ表面の傾斜は緩やかな方がよい。溝部１２ｂは浅くてなだらかな方が、接合不良がより生じにくくなる。溝部１２ｂは、例えば、溝部１２ｂ表面を幅方向に５μｍ間隔でプロットした場合に、隣接する２点を結ぶ直線と幅方向に水平な面とのなす角が４５°以下となるような傾斜を有するように形成されるのがよい。

【0040】

第２セラミック部材１２の凹部１２ａの底面において、溝部１２ｂ以外の部分は平坦部１２ｃである。平坦部１２ｃは、表面が０．８μｍ以下の算術平均粗さを有するように加工され、０．４μｍ以下の算術平均粗さを有するように加工されていてもよい。平坦部１２ｃ表面がこのような算術平均粗さを有するように加工されると、平坦部１２ｃと接合層１３の裏面との間に隙間がより生じにくいセラミック接合体１が得られる。その結果、接合不良の空間がより生じにくいセラミック接合体１が得られる。平坦部１２ｃの表面を０．８μｍ以下の算術平均粗さにするには、工程（ｃ）において凹部１２ａの底面を平坦化加工する際に、０．８μｍ以下の算術平均粗さとなるように加工すればよい。

【0041】

図１に示すように、セラミック接合体１を真空チャックとして使用する場合、工程（ｂ）～（ｄ）のいずれかにおいて、第２セラミック部材１２の凹部１２ａの底面に、吸引溝１４を形成する。吸引溝１４は、例えば、切削加工や研削加工によって形成する。さらに、吸引溝１４と第２セラミック部材１２の下面とを接続する吸引孔（不図示）をドリル加工などによって形成する。

【0042】

工程（ｅ）は、第１セラミック部材の裏面および第２セラミック部材の凹部の少なくとも一方にガラスペーストを塗布し、貼り合わせて焼成し、少なくとも溝部と裏面とをガラス質の接合層１３で接合する工程である。

【0043】

具体的には、第１セラミック部材１１の裏面１１ｂおよび第２セラミック部材１２の凹部１２ａの少なくとも一方にガラスペーストを塗布する。その後、ガラスの軟化点以上セラミック部材の焼成温度以下の温度で接合面同士を加圧しながら焼成することによって、接合層１３が形成され、第１セラミック部材１１の裏面１１ｂと第２セラミック部材１２の凹部１２ａの少なくとも溝部１２ｂとが接合される。ガラスペーストの塗布量は、焼成後に形成される接合層１３の厚みを考慮して、適宜設定すればよい。

【0044】

このように、工程（ａ）～工程（ｅ）によって、本開示に係るセラミック接合体１が得られる。このようにして得られた本開示に係るセラミック接合体１は、例えば、真空チャック、ガス供給部材などに使用される。

【0045】

次に、本開示の一実施形態に係るセラミック接合体１の具体的な製造方法について説明する。まず、α型炭化珪素粉末、珪素粉末および成形助剤（フェノール樹脂）を混合し、混合物を得た。次いで、得られた混合物を転動造粒機に投入して顆粒状にした後、乾式加圧成形によって成形体を得た。

【0046】

次いで、得られた成形体を窒素雰囲気下、５００℃で脱脂処理を施した後、窒素雰囲気下、１４２０℃で熱処理を行い、気孔率約３１％および平均気孔径が５５μｍの多孔質体を得た。この多孔質体が第１セラミック部材１１に相当する。

【0047】

次に、炭化珪素を主成分とし、中央部に円形状の凹部１２ａを有する略円盤状の緻密質体である第２セラミック部材１２を準備する。この凹部１２ａの底面は、例えば平面度が５０μｍ以下、算術平均粗さが０．２μｍ程度となるように、砥石などで平坦化加工した。平坦化加工後、レーザ加工によって溝部１２ｂを形成した。溝部１２ｂは、図３に示すように、交差するように縦および横に形成されている。図３は、一実施形態に係るセラミック接合体１において、第２セラミック部材１２の凹部１２ａの底面に形成された溝部１１ｂを示す電子顕微鏡写真である。

【0048】

図４（Ａ）に示すように、溝部１２ｂの幅は５０μｍ程度であり、溝部１２ｂの深さは６～１０μｍ程度であった。図４（Ａ）は、図３に示す矢印Ａ方向に切断した場合の溝の幅および深さを示すグラフである。さらに、図４（Ｂ）に示すように、溝部１２ｂの底部において、溝部１２ｂの延伸方向にうねりが存在している。図４（Ｂ）は、図３に示す矢印Ｂ方向に切断した場合の溝底面の起伏を示すグラフである。図４（Ｂ）に示すように、うねりは、５μｍ程度の最大高さ（最底部と最頂部との差）を有し、周期的に形成されている。溝部１２ｂ以外の平坦部１２ｃにおいて、表面の算術平均粗さは０．１６μｍであった。一方、溝部１２ｂの表面の算術平均粗さは０．８５μｍであった。

【0049】

得られた第２セラミック部材１２の凹部１２ａの底面において、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）によって、溝部１２ｂ表面および平坦部１２ｃ表面における元素のカウント数の比率（Ｓｉ／Ｃ）を算出した。結果は、溝部１２ｂ表面が１２であり、平坦部１２ｃ表面が１０であった。この結果から、溝部１２ｂ表面の方が平坦部１２ｃ表面よりも炭素の割合が少ないことがわかる。

【0050】

次いで、得られた第１セラミック部材１１と第２セラミック部材１２とを接合した。具体的には、第１セラミック部材１１の裏面１１ｂと側面、第２セラミック部材１２の凹部１２ａの底面の吸引溝１４以外の領域および凹部１２ａの内周面にガラスペーストを塗布し、第１セラミック部材１１の裏面１１ｂと第２セラミック部材１２の凹部１２ａの底面とが対向するように、第２セラミック部材１２の凹部１２ａに第１セラミック部材１１を挿入した。その後、接合面を加圧しながら９８０℃程度で焼成してガラス質の接合層１３を形成し、第１セラミック部材１１の裏面１１ｂと第２セラミック部材１２の凹部１２ａの底面とを接合した。このようにして、真空チャックであるセラミック接合体１を得た。

【0051】

試験用試料として、第１セラミック部材１１と、凹部１２ａのない板状の第２セラミック部材１２に対して同様の加工および接合を行い、得られたセラミック接合体について、ねじりせん断強度試験を行った。具体的には、セラミック接合体をバイスで固定し、トルクレンチでねじって破壊し、破壊時のトルクを測定した。セラミック接合体１を３つ準備し、３回試験を行った。第１セラミック部材１１と第２セラミック部材１２との接合界面では破断しておらず、第１セラミック部材１１部分から破断していた。さらに、ガラス質の接合層１３も剥離していなかった。

【0052】

比較用試料として、凹部１２ａのない板状の第２セラミック部材１２の表面（凹部１２ａの底面に相当）に溝部１２ｂを設けずに、研削加工したセラミック接合体、およびラップ加工して第１セラミック部材１１と接合したセラミック接合体を得た。溝部１２ｂを設けない以外は、セラミック接合体１と同様の条件で製造した。研削面としたセラミック接合体およびラップ面としたセラミック接合体について、試験用試料と同様、ねじりせん断強度試験を３回行った。測定されたせん断応力の平均は、いずれも試験用試料よりも低かった。さらに、いずれのセラミック接合体も、接合界面で破断しており、ガラス質の接合層１３が剥離していた。

【符号の説明】

【0053】

１ セラミック接合体（真空チャック）
１１ 第１セラミック部材
１１ａ 表面
１１ｂ 裏面
１２ 第２セラミック部材
１２ａ 凹部
１２ｂ 溝部
１２ｃ 平坦部
１３ 接合層
１４ 吸引溝

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】