JPH1087376A - 炭化ケイ素部品の結合方法 - Google Patents
炭化ケイ素部品の結合方法Info
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- C04B2237/84—Joining of a first substrate with a second substrate at least partially inside the first substrate, where the bonding area is at the inside of the first substrate, e.g. one tube inside another tube
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 第一の炭化ケイ素部品を第二の炭化ケイ素部
品に結合させる方法を提供する。 【解決手段】 受け入れ用の雌の接合部材を提供する第
一の部品と挿入用の雄の接合部材を提供する第二の部品
はおのおの、雄部材を雌部材に挿入する方向に対し実質
的に平行な向き合う側壁を有し、これらの側壁の間に最
大で約０．００３インチ（０．７６ｍｍ）までの平均の
間隙をもたらすように形作られ、雌部材は更に、それに
雄部材を挿入したときにケイ素を収容するためのリザー
バ手段を有する。リザーバ手段に固体状態のケイ素を詰
め、雄部材を雌部材に挿入し、第一及び第二の部品をケ
イ素の融点より高く加熱して、融解したケイ素を上記間
隙に毛細管作用により引き入れ、その後冷却して凝固し
たケイ素により両部材間の接合を確保する。
品に結合させる方法を提供する。 【解決手段】 受け入れ用の雌の接合部材を提供する第
一の部品と挿入用の雄の接合部材を提供する第二の部品
はおのおの、雄部材を雌部材に挿入する方向に対し実質
的に平行な向き合う側壁を有し、これらの側壁の間に最
大で約０．００３インチ（０．７６ｍｍ）までの平均の
間隙をもたらすように形作られ、雌部材は更に、それに
雄部材を挿入したときにケイ素を収容するためのリザー
バ手段を有する。リザーバ手段に固体状態のケイ素を詰
め、雄部材を雌部材に挿入し、第一及び第二の部品をケ
イ素の融点より高く加熱して、融解したケイ素を上記間
隙に毛細管作用により引き入れ、その後冷却して凝固し
たケイ素により両部材間の接合を確保する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化ケイ素の構成
要素又は部品、特に化学気相成長した炭化ケイ素（ＣＶ
Ｄ−ＳｉＣ）から製造された炭化ケイ素の構成要素を結
合することに関する。
要素又は部品、特に化学気相成長した炭化ケイ素（ＣＶ
Ｄ−ＳｉＣ）から製造された炭化ケイ素の構成要素を結
合することに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】炭化ケ
イ素（ＳｉＣ）、特にＣＶＤ−ＳｉＣは、それを特殊化
された材料用途に特に適したものにする特性の独特な組
み合わせを有する。非常に熱伝導性であり、化学的に安
定で、酸化安定性で、熱安定性であり、硬質であり、耐
引っかき性であり、電気絶縁性であり、そして理論的に
緻密であるＣＶＤ−ＳｉＣの例が、Ｐｉｃｋｅｒｉｎｇ
らの米国特許第５３７４４１２号明細書に記載されてお
り、その教示は参照してここに組み入れられる。ＣＶＤ
−ＳｉＣの用途には、軽量セラミックミラーの製作、例
えばＧｏｅｌａらの米国特許第５０７１５９６号明細書
（その教示は参照してここに組み入れられる）や、ハー
ドドライブディスク、米国特許第５４６５１８４号明細
書（その教示は参照してここに組み入れられる）や、例
えばシリコンウェーハを高温の環境で取り扱いそして加
工処理する、半導体保持具が含まれる。
イ素（ＳｉＣ）、特にＣＶＤ−ＳｉＣは、それを特殊化
された材料用途に特に適したものにする特性の独特な組
み合わせを有する。非常に熱伝導性であり、化学的に安
定で、酸化安定性で、熱安定性であり、硬質であり、耐
引っかき性であり、電気絶縁性であり、そして理論的に
緻密であるＣＶＤ−ＳｉＣの例が、Ｐｉｃｋｅｒｉｎｇ
らの米国特許第５３７４４１２号明細書に記載されてお
り、その教示は参照してここに組み入れられる。ＣＶＤ
−ＳｉＣの用途には、軽量セラミックミラーの製作、例
えばＧｏｅｌａらの米国特許第５０７１５９６号明細書
（その教示は参照してここに組み入れられる）や、ハー
ドドライブディスク、米国特許第５４６５１８４号明細
書（その教示は参照してここに組み入れられる）や、例
えばシリコンウェーハを高温の環境で取り扱いそして加
工処理する、半導体保持具が含まれる。
【０００３】ＳｉＣ、特にＣＶＤ−ＳｉＣには、特殊化
した用途において大変に望ましい多くの特性があるもの
の、これらの同じ特性のうちの一部は、それを物品を製
作するのが困難な材料にする。例えば、その固さは、Ｓ
ｉＣを機械加工が困難なものにする。ＳｉＣの、特に理
論的に緻密であるＣＶＤ−ＳｉＣの、高い密度は、Ｓｉ
Ｃ構成要素を接着剤を使って結合するのを容易にするで
あろう多孔性をほとんどあるいは全く提供しない。
した用途において大変に望ましい多くの特性があるもの
の、これらの同じ特性のうちの一部は、それを物品を製
作するのが困難な材料にする。例えば、その固さは、Ｓ
ｉＣを機械加工が困難なものにする。ＳｉＣの、特に理
論的に緻密であるＣＶＤ−ＳｉＣの、高い密度は、Ｓｉ
Ｃ構成要素を接着剤を使って結合するのを容易にするで
あろう多孔性をほとんどあるいは全く提供しない。
【０００４】ＣＶＤ−ＳｉＣは典型的に、マンドレル上
に、例えばグラファイトのマンドレル上に、一体構造と
して堆積させられる。ある程度まで、マンドレルの形状
を製造される目的物の形状を定めるのに利用することが
できる。例えば、おおまかに付形した凸状のグラファイ
トマンドレル上に凹面鏡ブランクを堆積させることがで
きる。同じように、一体式のＣＶＤ−ＳｉＣシート又は
ブロックの堆積後の機械加工を利用して、所望の物品、
例として上述の米国特許第５４６５１８４号明細書に記
載されたようなハードディスクドライブ又は読み書きヘ
ッドのようなものを作ることができる。それにもかかわ
らず、ＳｉＣ、特に理論的に緻密な（完全に非多孔質
の）ＣＶＤ−ＳｉＣを機械加工及び結合することの困難
さは、非常に複雑でありあるいは非常にかさばるため堆
積させた単一の、一体式のシート又はブロックから事実
上製作することができない物品を製作する際に実質的な
難点をもたらす。更に、ＣＶＤ−ＳｉＣ物品がよく応用
される、特殊化した用途は、どのような結合も極端な条
件、例えば温度の極端な条件に耐えることを必要とす
る、ということを認識すべきである。例えば、複数のＣ
ＶＤ−ＳｉＣ部品から半導体保持具を製作する際には、
実質的に全ての有機系接着剤は半導体処理加工温度より
ずっと低温で分解するので、全く不適当である。
に、例えばグラファイトのマンドレル上に、一体構造と
して堆積させられる。ある程度まで、マンドレルの形状
を製造される目的物の形状を定めるのに利用することが
できる。例えば、おおまかに付形した凸状のグラファイ
トマンドレル上に凹面鏡ブランクを堆積させることがで
きる。同じように、一体式のＣＶＤ−ＳｉＣシート又は
ブロックの堆積後の機械加工を利用して、所望の物品、
例として上述の米国特許第５４６５１８４号明細書に記
載されたようなハードディスクドライブ又は読み書きヘ
ッドのようなものを作ることができる。それにもかかわ
らず、ＳｉＣ、特に理論的に緻密な（完全に非多孔質
の）ＣＶＤ−ＳｉＣを機械加工及び結合することの困難
さは、非常に複雑でありあるいは非常にかさばるため堆
積させた単一の、一体式のシート又はブロックから事実
上製作することができない物品を製作する際に実質的な
難点をもたらす。更に、ＣＶＤ−ＳｉＣ物品がよく応用
される、特殊化した用途は、どのような結合も極端な条
件、例えば温度の極端な条件に耐えることを必要とす
る、ということを認識すべきである。例えば、複数のＣ
ＶＤ−ＳｉＣ部品から半導体保持具を製作する際には、
実質的に全ての有機系接着剤は半導体処理加工温度より
ずっと低温で分解するので、全く不適当である。
【０００５】ＳｉＣ部品又は構成要素を結合するために
いくつかの手法が提案されている。これらには、直接の
結合（下記の参考文献１及び２）、中間層と生の物体と
の同時の緻密化（参考文献３）、適当なＳｉＣ粉末の高
温圧縮（参考文献４）、ポリマー前駆物質を用いての結
合（参考文献５）、ろう付け（参考文献１と６〜９）、
反応性金属結合（参考文献１０）、「昇圧燃焼反応」、
テープを使用しての及び使用せずの反応（参考文献１２
〜１４）、そしてマイクロ波接合（参考文献１５と１
６）が含まれる。これらの手法には、一つ又はそれ以上
の欠点、例えば炉の環境を汚染しかねない充填剤物質を
使用すること、接合部が高い使用温度に耐えることがで
きないこと、そして接合処理の際に非常に高い温度又は
圧力が必要なこと、等のために、半導体用途に対しては
実用性が限られている。更に、これらの参考文献の大部
分は、例えば棒を穴に挿入しそして次に結合を行う、雄
／雌接合に専心していない。そのような雄／雌接合は、
半導体産業用のウェーハキャリヤ及びそのほかの炉の支
持用構成部品を製作するのに特に望ましいものである。
いくつかの手法が提案されている。これらには、直接の
結合（下記の参考文献１及び２）、中間層と生の物体と
の同時の緻密化（参考文献３）、適当なＳｉＣ粉末の高
温圧縮（参考文献４）、ポリマー前駆物質を用いての結
合（参考文献５）、ろう付け（参考文献１と６〜９）、
反応性金属結合（参考文献１０）、「昇圧燃焼反応」、
テープを使用しての及び使用せずの反応（参考文献１２
〜１４）、そしてマイクロ波接合（参考文献１５と１
６）が含まれる。これらの手法には、一つ又はそれ以上
の欠点、例えば炉の環境を汚染しかねない充填剤物質を
使用すること、接合部が高い使用温度に耐えることがで
きないこと、そして接合処理の際に非常に高い温度又は
圧力が必要なこと、等のために、半導体用途に対しては
実用性が限られている。更に、これらの参考文献の大部
分は、例えば棒を穴に挿入しそして次に結合を行う、雄
／雌接合に専心していない。そのような雄／雌接合は、
半導体産業用のウェーハキャリヤ及びそのほかの炉の支
持用構成部品を製作するのに特に望ましいものである。
【０００６】１．T.J.Moore, "Feasibility Study of t
he Welding of SiC," J.Amer.Ceram.Soc., 68, C151-15
3 (1985) ２．D.Deleeuw, "Effects of Pressure and Deformatio
n on the Strength and Microstructure of Diffusion-
Bonded Silicon Carbide," J.Amer.Ceram.Soc., 75, 72
5-727 (1992) ３．C.H.Bates, et al., "Joining of Non-Oxide Ceram
ics for High-Temperature Applications," Amer.Cera
m.Soc.Bull., 69, 350-356 (1990) ４．T.Iseki, K.Arakawa and H.Suzuki, "Joining of D
ense Silicon Carbideby Hot Pressing," J.Mater.Sci.
Letters, 15, 1049-1050 (1980) ５．S.Yajima, et al., "Joining of SiC to SiC Using
Polyborosiloxane,"Amer.Ceram.Soci.Bull., 60, 253
(1981) ６．J.A.P.Gehris, "High Temperature Bonding of Sil
icon Carbide," M.S.Thesis, New Mexico Institute of
Mining and Technology, Socorro, NM (1989) ７．N.Tamari, et al., "Joining of Silicon Carbide
Ceramics with Si3N4-Y2O3-La2O3-MgO Mixture," Yogyo
-kyokai-Shi, 94, 1087-1091 (1986) ８．J.K.Boadi, T.Yano and T.Iseki, "Brazing of Pre
ssureless-Sintered SiC Using Ag-Cu-Ti Alloy," J.Ma
ter.Sci., 22 2431-2434 (1987) ９．J.R.McDermid and R.A.L.Drew, "Thermodynamic Br
azing Alloy Design for Joining Silicon Carbide,"
J.Amer.Ceram.Soc., 74, 1855-1860 (1991) 10．S.Morozumi, et al., "Bonding Mechanism Between
Silicon Carbide andThin Foils of Reactive Metal
s," J.Mater.Sci.20, 2976-3982 (1985) 11．B.H.Rabin, "Joining of Fiber-Reinforced Sic Co
mposites by In SituReaction Methods," Mater.Sci.En
g.A130, L1-L5 (1990) 12．B.H.Rabin, "Joining of SiC/SiC Composites and
Dense SiC Using Combustion Reactions in the Ti-C-N
i System," J.Amer.Ceram.Soc., 75, 131-135(1992) 13．B.H.Rabin, G.A.Moore, "Joining of SiC-Based Ce
ramics by Reaction Bending Methods," J.Mat.Synth.
& Proc., 1, 195-201 (1993) 14．B.H.Rabin, "Modified Tape Casting Method for C
eramic Joining: Application to Joining of Silicon
Carbide," J.Amer.Ceram.Soc., 73, 2757-2759(1990) 15．I.Ahmed and R.Silberglitt, "Joining Ceramics U
sing Microwave Energy," Mat.Res.Soc.Symp.Proc., 31
4, 119-130 (1993) 16．R.Silberglitt, I.Ahmad, W.Murray Black and J.
D.Katz, "Recent Developments in Microwave Joinin
g," MRS Bulletin, 47-50 (Nov.1993)
he Welding of SiC," J.Amer.Ceram.Soc., 68, C151-15
3 (1985) ２．D.Deleeuw, "Effects of Pressure and Deformatio
n on the Strength and Microstructure of Diffusion-
Bonded Silicon Carbide," J.Amer.Ceram.Soc., 75, 72
5-727 (1992) ３．C.H.Bates, et al., "Joining of Non-Oxide Ceram
ics for High-Temperature Applications," Amer.Cera
m.Soc.Bull., 69, 350-356 (1990) ４．T.Iseki, K.Arakawa and H.Suzuki, "Joining of D
ense Silicon Carbideby Hot Pressing," J.Mater.Sci.
Letters, 15, 1049-1050 (1980) ５．S.Yajima, et al., "Joining of SiC to SiC Using
Polyborosiloxane,"Amer.Ceram.Soci.Bull., 60, 253
(1981) ６．J.A.P.Gehris, "High Temperature Bonding of Sil
icon Carbide," M.S.Thesis, New Mexico Institute of
Mining and Technology, Socorro, NM (1989) ７．N.Tamari, et al., "Joining of Silicon Carbide
Ceramics with Si3N4-Y2O3-La2O3-MgO Mixture," Yogyo
-kyokai-Shi, 94, 1087-1091 (1986) ８．J.K.Boadi, T.Yano and T.Iseki, "Brazing of Pre
ssureless-Sintered SiC Using Ag-Cu-Ti Alloy," J.Ma
ter.Sci., 22 2431-2434 (1987) ９．J.R.McDermid and R.A.L.Drew, "Thermodynamic Br
azing Alloy Design for Joining Silicon Carbide,"
J.Amer.Ceram.Soc., 74, 1855-1860 (1991) 10．S.Morozumi, et al., "Bonding Mechanism Between
Silicon Carbide andThin Foils of Reactive Metal
s," J.Mater.Sci.20, 2976-3982 (1985) 11．B.H.Rabin, "Joining of Fiber-Reinforced Sic Co
mposites by In SituReaction Methods," Mater.Sci.En
g.A130, L1-L5 (1990) 12．B.H.Rabin, "Joining of SiC/SiC Composites and
Dense SiC Using Combustion Reactions in the Ti-C-N
i System," J.Amer.Ceram.Soc., 75, 131-135(1992) 13．B.H.Rabin, G.A.Moore, "Joining of SiC-Based Ce
ramics by Reaction Bending Methods," J.Mat.Synth.
& Proc., 1, 195-201 (1993) 14．B.H.Rabin, "Modified Tape Casting Method for C
eramic Joining: Application to Joining of Silicon
Carbide," J.Amer.Ceram.Soc., 73, 2757-2759(1990) 15．I.Ahmed and R.Silberglitt, "Joining Ceramics U
sing Microwave Energy," Mat.Res.Soc.Symp.Proc., 31
4, 119-130 (1993) 16．R.Silberglitt, I.Ahmad, W.Murray Black and J.
D.Katz, "Recent Developments in Microwave Joinin
g," MRS Bulletin, 47-50 (Nov.1993)
【０００７】現時点では、雄／雌接合部を、特に非常に
精密な寸法公差が要求される場合に、くっつける適当な
方法がない。ここでは、雄／雌接合部は、挿入された
（雄の）部材が受け入れ用（雌の）部材の中に受け入れ
られてそれに結合され、そして雄部材と雌部材の側壁が
挿入方向に対し実質的に平行である、すなわち平行の１
０°以内、最も一般には完全に平行である接合部とし
て、幅広く定義される。そのような雄／雌接合部は、挿
入された、例えば先端の閉じた穴に挿入された、棒でよ
く、あるいは受け入れ用のスロット又は溝に挿入された
平行な面を持つシートでよい。そのような接合部を結合
するには、製造する物品に良好な安定性をもたらすため
側壁間で結合を行うのが望ましい。突き合わせの接合部
におけるのと違い、雄及び雌部材間に側壁に沿って圧力
をかけることは不可能である。それゆえ、雄／雌接合部
を使って、雄及び雌接合部材の向き合う側壁に沿って結
合を行うようにＳｉＣ部品を一緒に結合する方法を提供
することが、一般的な目的である。
精密な寸法公差が要求される場合に、くっつける適当な
方法がない。ここでは、雄／雌接合部は、挿入された
（雄の）部材が受け入れ用（雌の）部材の中に受け入れ
られてそれに結合され、そして雄部材と雌部材の側壁が
挿入方向に対し実質的に平行である、すなわち平行の１
０°以内、最も一般には完全に平行である接合部とし
て、幅広く定義される。そのような雄／雌接合部は、挿
入された、例えば先端の閉じた穴に挿入された、棒でよ
く、あるいは受け入れ用のスロット又は溝に挿入された
平行な面を持つシートでよい。そのような接合部を結合
するには、製造する物品に良好な安定性をもたらすため
側壁間で結合を行うのが望ましい。突き合わせの接合部
におけるのと違い、雄及び雌部材間に側壁に沿って圧力
をかけることは不可能である。それゆえ、雄／雌接合部
を使って、雄及び雌接合部材の向き合う側壁に沿って結
合を行うようにＳｉＣ部品を一緒に結合する方法を提供
することが、一般的な目的である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、受け入れ用の
雌の接合部材を提供する第一の炭化ケイ素部品を挿入用
の雄の接合部材を提供する第二の炭化ケイ素部品に結合
する方法を提供する。雄及び雌の接合部材はおのおの、
雄部材を雌部材へ挿入する方向に対し実質的に平行な向
き合う側壁を有し、これらの雄及び雌の接合部材は向き
合う側壁間の平均の間隙を最大で約０．００３インチ
（０．７６ｍｍ）までとするようにされる。雌の接合部
材は更に、固体状態のケイ素を受け入れる一方でなおも
雄の接合部材が雌の部材に十分挿入されるのを可能にす
るためのリザーバ（ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）手段を提供
し、このリザーバ手段は上記の間隙と流体で連通する。
リザーバ手段に、固体の、例えば粉末形態のケイ素を詰
め、雄接合部材を雌接合部材に挿入し、そして第一及び
第二の部品をケイ素の融点より高い温度にケイ素が融解
するのに十分な時間加熱し、それから融解したケイ素を
雄及び雌接合部材の向き合う側壁間の間隙に毛細管作用
により引き入れる。集成した部品をその後冷却するとケ
イ素が凝固し、それにより雄及び雌接合部材間の接合を
雄及び雌接合部材の向き合う側壁間に結合を形成する凝
固したケイ素で確実なものにする。
雌の接合部材を提供する第一の炭化ケイ素部品を挿入用
の雄の接合部材を提供する第二の炭化ケイ素部品に結合
する方法を提供する。雄及び雌の接合部材はおのおの、
雄部材を雌部材へ挿入する方向に対し実質的に平行な向
き合う側壁を有し、これらの雄及び雌の接合部材は向き
合う側壁間の平均の間隙を最大で約０．００３インチ
（０．７６ｍｍ）までとするようにされる。雌の接合部
材は更に、固体状態のケイ素を受け入れる一方でなおも
雄の接合部材が雌の部材に十分挿入されるのを可能にす
るためのリザーバ（ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）手段を提供
し、このリザーバ手段は上記の間隙と流体で連通する。
リザーバ手段に、固体の、例えば粉末形態のケイ素を詰
め、雄接合部材を雌接合部材に挿入し、そして第一及び
第二の部品をケイ素の融点より高い温度にケイ素が融解
するのに十分な時間加熱し、それから融解したケイ素を
雄及び雌接合部材の向き合う側壁間の間隙に毛細管作用
により引き入れる。集成した部品をその後冷却するとケ
イ素が凝固し、それにより雄及び雌接合部材間の接合を
雄及び雌接合部材の向き合う側壁間に結合を形成する凝
固したケイ素で確実なものにする。
【０００９】露出したケイ素が望ましくないと考えられ
る用途では、雄及び雌接合部材間の間隙を接合した部品
の上に炭化ケイ素の層を化学気相成長（ＣＶＤ）により
堆積させることでシールする。ある用途にとって好まし
い方法では、すなわちＳｉＣ表面上にケイ素のあること
が望ましくないと考えられるであろう場合には、炭化ケ
イ素をＣＶＤの堆積のために十分高くてケイ素の融点よ
り低い温度で堆積させる。この方法では、間隙をシール
後、温度をケイ素の融解温度より高く上げて、ケイ素を
融解させそして向き合う側壁間の間隙内に融解ケイ素を
毛管現象で移動するのを保証するのに十分な時間そのよ
うな状態で維持する。とは言え、ケイ素を融解させて
（融解ケイ素の）接合部を形成しそしてその後炭化ケイ
素で接合部をシールすることにより結合を形成すること
も本発明の範囲内であり、あるいは、炭化ケイ素のシー
ルの堆積とケイ素を融解させて接合部を形成するのとが
同時でもよい。
る用途では、雄及び雌接合部材間の間隙を接合した部品
の上に炭化ケイ素の層を化学気相成長（ＣＶＤ）により
堆積させることでシールする。ある用途にとって好まし
い方法では、すなわちＳｉＣ表面上にケイ素のあること
が望ましくないと考えられるであろう場合には、炭化ケ
イ素をＣＶＤの堆積のために十分高くてケイ素の融点よ
り低い温度で堆積させる。この方法では、間隙をシール
後、温度をケイ素の融解温度より高く上げて、ケイ素を
融解させそして向き合う側壁間の間隙内に融解ケイ素を
毛管現象で移動するのを保証するのに十分な時間そのよ
うな状態で維持する。とは言え、ケイ素を融解させて
（融解ケイ素の）接合部を形成しそしてその後炭化ケイ
素で接合部をシールすることにより結合を形成すること
も本発明の範囲内であり、あるいは、炭化ケイ素のシー
ルの堆積とケイ素を融解させて接合部を形成するのとが
同時でもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１に例示したのは、本発明の方
法に従って形成した雄／雌接合部１０である。この接合
部１０は、第一のＣＶＤ−ＳｉＣ部品１２であって、ブ
ロックとして図示されていて、このブロックにおける円
柱状の、先端の閉じた穴である雌の接合部材１３を有す
る第一の部品１２と、円柱状の棒であって、この棒がそ
の絞られた円柱状の挿入端部である雄の接合部材１５を
有する、第二のＣＶＤ−ＳｉＣ部品１４との間で形成さ
れる。図示した特定の接合部１０においては、雄接合部
材１５を提供する絞られた端部は、円柱の軸線１７を横
切る方向の環状の肩１６を提供するよう機械加工もされ
る。棒１４の主要部分１８の直径は、雄接合部材１５に
関して、雄接合部材１５を雌接合部材１３に挿入する際
肩１６が第一の接合部品１２の外面１９に位置するよう
に割り当てられる。雄接合部材１５の長さ（軸線方向
の）は、雌接合部材１３の深さより短く、それにより雄
及び雌接合部材の内側の端部間に空間（スペース）又は
リザーバ２０を提供する。雌部材１３の直径は、雌部材
の側壁２１と雄部材の側壁２２との間に最大で約０．０
０３インチまで（典型的に０．００１〜０．００３イン
チ）の間隙２９があるように、雄部材１５の外径に関係
して割り当てられ、側壁２１、２２は挿入方向を定める
円柱の軸線１７に平行である。（このように、雌部材１
３の直径は雄部材１５の直径より最大で約０．００６イ
ンチ（０．１５２ｍｍ）大きい。二つの部品１２、１４
は円柱の軸線１７に沿って必ずしも完全に中心が合わな
いことがあるので、間隙２９の最大で０．００３インチ
までの間隔は平均の間隔である。）図１に示した接合部
を形成する際には、深さが約１ｍｍと約３ｍｍの間のリ
ザーバ２０が典型的であるが、これは、特定の接合部を
結合するのに必要とされるケイ素の量に応じて広範囲に
変動し得る。
法に従って形成した雄／雌接合部１０である。この接合
部１０は、第一のＣＶＤ−ＳｉＣ部品１２であって、ブ
ロックとして図示されていて、このブロックにおける円
柱状の、先端の閉じた穴である雌の接合部材１３を有す
る第一の部品１２と、円柱状の棒であって、この棒がそ
の絞られた円柱状の挿入端部である雄の接合部材１５を
有する、第二のＣＶＤ−ＳｉＣ部品１４との間で形成さ
れる。図示した特定の接合部１０においては、雄接合部
材１５を提供する絞られた端部は、円柱の軸線１７を横
切る方向の環状の肩１６を提供するよう機械加工もされ
る。棒１４の主要部分１８の直径は、雄接合部材１５に
関して、雄接合部材１５を雌接合部材１３に挿入する際
肩１６が第一の接合部品１２の外面１９に位置するよう
に割り当てられる。雄接合部材１５の長さ（軸線方向
の）は、雌接合部材１３の深さより短く、それにより雄
及び雌接合部材の内側の端部間に空間（スペース）又は
リザーバ２０を提供する。雌部材１３の直径は、雌部材
の側壁２１と雄部材の側壁２２との間に最大で約０．０
０３インチまで（典型的に０．００１〜０．００３イン
チ）の間隙２９があるように、雄部材１５の外径に関係
して割り当てられ、側壁２１、２２は挿入方向を定める
円柱の軸線１７に平行である。（このように、雌部材１
３の直径は雄部材１５の直径より最大で約０．００６イ
ンチ（０．１５２ｍｍ）大きい。二つの部品１２、１４
は円柱の軸線１７に沿って必ずしも完全に中心が合わな
いことがあるので、間隙２９の最大で０．００３インチ
までの間隔は平均の間隔である。）図１に示した接合部
を形成する際には、深さが約１ｍｍと約３ｍｍの間のリ
ザーバ２０が典型的であるが、これは、特定の接合部を
結合するのに必要とされるケイ素の量に応じて広範囲に
変動し得る。
【００１１】ケイ素が間隙に入ることができるように向
き合う側壁間にいくらかの間隙が必要とされるとは言
え、間隙の厚さに対する理論的な制限はない。間隙が極
めて狭い場合には、間隙間へのケイ素の移動は毛細管作
用によるよりケイ素蒸気が間隙に入ることによってより
多くなることがあるが、そのような移動は本発明の範囲
内であると考えられる。ＳｉＣ部品を機械加工して約
０．０００５インチ未満の間隙を提供することは一般に
難しく、間隙は典型的には０．００１インチから０．０
０３インチまでである。
き合う側壁間にいくらかの間隙が必要とされるとは言
え、間隙の厚さに対する理論的な制限はない。間隙が極
めて狭い場合には、間隙間へのケイ素の移動は毛細管作
用によるよりケイ素蒸気が間隙に入ることによってより
多くなることがあるが、そのような移動は本発明の範囲
内であると考えられる。ＳｉＣ部品を機械加工して約
０．０００５インチ未満の間隙を提供することは一般に
難しく、間隙は典型的には０．００１インチから０．０
０３インチまでである。
【００１２】二つの部品１２と１４を一緒にくっつける
ためには、固体状態の（特に粉末の）ケイ素をリザーバ
２０（ここでは雌接合部材１３の底又は内部の端部）に
含ませる。図１に例示した接合部１０は、半導体の処理
に使用される装置用のものである。シリコンウェーハを
処理する場合にはケイ素は炉の環境に対する汚染物とは
見なされないとは言うものの、結合用ケイ素に吸収ある
いは吸着されたガス類といったような不純物は汚染物で
あると見なすことができる。更に、結合用ケイ素が後の
高温での使用中にガスを放出するのを防止すること、そ
して結合用ケイ素が接合部１０が一部分を構成する物品
を清浄にする間に酸又は塩基によりエッチングされるの
を防止することが望ましい。そこで、物品上へＣＶＤ−
ＳｉＣ層又はクラッディング２４を堆積させることで接
合部１０をシールする。ＣＶＤ−ＳｉＣ層２４の堆積
は、この層又はクラッディング２４を堆積させるのに十
分高くした温度、例えば１３５０℃でなされるが、しか
しそれはケイ素の融点（１４２０℃）より低い。ＣＶＤ
−ＳｉＣクラッディング２４を、好ましくは物品を炉か
ら取り出さずに堆積させた後に、接合部１０のリザーバ
２０内に入れたケイ素を融解させるように温度をシリコ
ーンの融点より高い温度に、例えば約１４５０℃と約１
５００℃の間まで、上昇させる。融解したケイ素は、毛
細管作用により雄１５と雌１３の接合部材の側壁２１、
２２の間の間隙２９へ引き出される。冷却すると、ケイ
素は凝固し、それにより接合部材１３、１５を結合す
る。
ためには、固体状態の（特に粉末の）ケイ素をリザーバ
２０（ここでは雌接合部材１３の底又は内部の端部）に
含ませる。図１に例示した接合部１０は、半導体の処理
に使用される装置用のものである。シリコンウェーハを
処理する場合にはケイ素は炉の環境に対する汚染物とは
見なされないとは言うものの、結合用ケイ素に吸収ある
いは吸着されたガス類といったような不純物は汚染物で
あると見なすことができる。更に、結合用ケイ素が後の
高温での使用中にガスを放出するのを防止すること、そ
して結合用ケイ素が接合部１０が一部分を構成する物品
を清浄にする間に酸又は塩基によりエッチングされるの
を防止することが望ましい。そこで、物品上へＣＶＤ−
ＳｉＣ層又はクラッディング２４を堆積させることで接
合部１０をシールする。ＣＶＤ−ＳｉＣ層２４の堆積
は、この層又はクラッディング２４を堆積させるのに十
分高くした温度、例えば１３５０℃でなされるが、しか
しそれはケイ素の融点（１４２０℃）より低い。ＣＶＤ
−ＳｉＣクラッディング２４を、好ましくは物品を炉か
ら取り出さずに堆積させた後に、接合部１０のリザーバ
２０内に入れたケイ素を融解させるように温度をシリコ
ーンの融点より高い温度に、例えば約１４５０℃と約１
５００℃の間まで、上昇させる。融解したケイ素は、毛
細管作用により雄１５と雌１３の接合部材の側壁２１、
２２の間の間隙２９へ引き出される。冷却すると、ケイ
素は凝固し、それにより接合部材１３、１５を結合す
る。
【００１３】この手法にはいくつかの興味のある特徴が
ある。 １．雄／雌接合部材が一緒に結合される。 ２．この手法は、結合剤のケイ素がシリコンデバイス処
理における汚染物と見なされないので、半導体産業で使
用するための複雑な形状のＳｉＣ物品、特にＣＶＤ−Ｓ
ｉＣ物品を製作するのに使用することができる。 ３．得られた接合部は、母体の材料（ＳｉＣ）に匹敵す
る機械的強度を有する。 ４．接合部を有意に弱めることなしに、物品を高温、例
えば１２００〜１４００℃に加熱することができる。Ｃ
ＶＤ−ＳｉＣクラッディングが接合部内の結合用ケイ素
をシールするので、場合によっては結合した物品をより
一層高い温度で使用することが可能である。 ５．ＣＶＤ−ＳｉＣクラッディングは、部品のいずれの
製作上の傷をも充填して直し、こうして部品の機械的強
度を高める。 ６．ＣＶＤ−ＳｉＣクラッディングの工程もその後のケ
イ素の融解も、同じ炉に入れている間に連続的に行うこ
とができ（好ましくは行われ）る。 ７．ケイ素と炭化ケイ素は似通った熱膨張率を有し、そ
れゆえ結合は繰り返しの加熱及び冷却サイクルの間その
ままである。 ８．ケイ素に富んだ炭化ケイ素が知られており、そし
て、結合を形成する際に、ケイ素は炭化ケイ素中へ移動
して界面においてケイ素に富む炭化ケイ素を生成し、そ
れによりケイ素と炭化ケイ素との間に連続の領域を形成
するものと信じられる。 ９．ＳｉＣを低圧で堆積させ、またＳｉＣの堆積をしば
しば２００ｔｏｒｒ以下で行う場合には、ＳｉＣの堆積
がケイ素により占められていないいずれのスペースでも
真空をシールし、この真空はあらゆる接合部の強度を高
める。
ある。 １．雄／雌接合部材が一緒に結合される。 ２．この手法は、結合剤のケイ素がシリコンデバイス処
理における汚染物と見なされないので、半導体産業で使
用するための複雑な形状のＳｉＣ物品、特にＣＶＤ−Ｓ
ｉＣ物品を製作するのに使用することができる。 ３．得られた接合部は、母体の材料（ＳｉＣ）に匹敵す
る機械的強度を有する。 ４．接合部を有意に弱めることなしに、物品を高温、例
えば１２００〜１４００℃に加熱することができる。Ｃ
ＶＤ−ＳｉＣクラッディングが接合部内の結合用ケイ素
をシールするので、場合によっては結合した物品をより
一層高い温度で使用することが可能である。 ５．ＣＶＤ−ＳｉＣクラッディングは、部品のいずれの
製作上の傷をも充填して直し、こうして部品の機械的強
度を高める。 ６．ＣＶＤ−ＳｉＣクラッディングの工程もその後のケ
イ素の融解も、同じ炉に入れている間に連続的に行うこ
とができ（好ましくは行われ）る。 ７．ケイ素と炭化ケイ素は似通った熱膨張率を有し、そ
れゆえ結合は繰り返しの加熱及び冷却サイクルの間その
ままである。 ８．ケイ素に富んだ炭化ケイ素が知られており、そし
て、結合を形成する際に、ケイ素は炭化ケイ素中へ移動
して界面においてケイ素に富む炭化ケイ素を生成し、そ
れによりケイ素と炭化ケイ素との間に連続の領域を形成
するものと信じられる。 ９．ＳｉＣを低圧で堆積させ、またＳｉＣの堆積をしば
しば２００ｔｏｒｒ以下で行う場合には、ＳｉＣの堆積
がケイ素により占められていないいずれのスペースでも
真空をシールし、この真空はあらゆる接合部の強度を高
める。
【００１４】図２（Ａ）に例示したのは、図１に関連し
て先に説明した接合部を使って製作したウェーハキャリ
ヤ４０である。このウェーハキャリヤ４０は、おのおの
が一対の末端の雄接合部材１５（図１による）を提供す
る４本の棒又はレール４２（図２（Ｂ））による八つの
接合部１０を用い、おのおのが四つの雌接合部材１３
（図１による）を提供する２枚のエンドプレート４４
（図２（Ｃ））を用いて、製作される。各レール４２
は、ＣＶＤ−ＳｉＣの一体式の材料片から製作され、各
エンドプレート４４もそうである。図２（Ａ）におい
て、レールはシリコンウェーハを保持するようにした溝
又はスロット４６付きで示されており、これらの溝４６
は好ましくはウェーハキャリヤ４０を組み立て後に切削
される。
て先に説明した接合部を使って製作したウェーハキャリ
ヤ４０である。このウェーハキャリヤ４０は、おのおの
が一対の末端の雄接合部材１５（図１による）を提供す
る４本の棒又はレール４２（図２（Ｂ））による八つの
接合部１０を用い、おのおのが四つの雌接合部材１３
（図１による）を提供する２枚のエンドプレート４４
（図２（Ｃ））を用いて、製作される。各レール４２
は、ＣＶＤ−ＳｉＣの一体式の材料片から製作され、各
エンドプレート４４もそうである。図２（Ａ）におい
て、レールはシリコンウェーハを保持するようにした溝
又はスロット４６付きで示されており、これらの溝４６
は好ましくはウェーハキャリヤ４０を組み立て後に切削
される。
【００１５】レール４２は、おのおの円柱状であり、そ
して各端部に雄の接合部材１５を機械加工されている。
エンドプレート４４は、おのおの、一般に台形の形状で
あって、隅のそれぞれに穴をあけた雌の接合部材１３を
有する。図示されたエンドプレート４４は、重量を減ら
すため台形状の開口４８を備えているが、これらは絶対
に必要なものではない。エンドプレート４４のおのおの
はまた、キャリヤ４０により保持されるウェーハが炉の
床より上方に一定の間隔を保つのを保証するため、台形
の狭いほうの端部に一対の脚５０を備えて作られる。こ
のキャリヤを製作するためには、エンドプレート４４
の、底部がリザーバとして働く雌接合部材１３のそれぞ
れにケイ素粉末を入れ、レール４２の端部の雄接合部材
１５を挿入し、この集成体を炉に入れて、そこで第一の
ＣＶＤ−ＳｉＣクラッディングを堆積させ、そして次に
ウェーハキャリヤ４０を固体のケイ素粉末４９を融解さ
せるのに十分加熱する。続いて、ウェーハキャリヤ４０
を冷却して、ケイ素を凝固させる。
して各端部に雄の接合部材１５を機械加工されている。
エンドプレート４４は、おのおの、一般に台形の形状で
あって、隅のそれぞれに穴をあけた雌の接合部材１３を
有する。図示されたエンドプレート４４は、重量を減ら
すため台形状の開口４８を備えているが、これらは絶対
に必要なものではない。エンドプレート４４のおのおの
はまた、キャリヤ４０により保持されるウェーハが炉の
床より上方に一定の間隔を保つのを保証するため、台形
の狭いほうの端部に一対の脚５０を備えて作られる。こ
のキャリヤを製作するためには、エンドプレート４４
の、底部がリザーバとして働く雌接合部材１３のそれぞ
れにケイ素粉末を入れ、レール４２の端部の雄接合部材
１５を挿入し、この集成体を炉に入れて、そこで第一の
ＣＶＤ−ＳｉＣクラッディングを堆積させ、そして次に
ウェーハキャリヤ４０を固体のケイ素粉末４９を融解さ
せるのに十分加熱する。続いて、ウェーハキャリヤ４０
を冷却して、ケイ素を凝固させる。
【００１６】図３Ａ、３Ｂ、３Ｃに例示されているの
は、ＣＶＤ−ＳｉＣのフェースプレート６２が本発明の
方法に従って結合させた三つのＣＶＤ−ＳｉＣのリブ６
４で補強されている軽量の鏡基材６０である。上述のＰ
ｉｃｋｅｒｉｎｇらの米国特許第５３７４４１２号明細
書で言及されているように、ＣＶＤ−ＳｉＣは理論的に
緻密であり、非常によく研磨可能である。従って、ＣＶ
Ｄ−ＳｉＣは、例えば宇宙船で使用することができるで
あろうような、鏡のための優れた基材である。図示され
た鏡基材６０では、フェースプレート６２の前面７０が
鏡が形成される面を提供する。この場合には、鏡形成面
７０は平らであるが、それは凹面状、凸面状等であるこ
ともできよう。
は、ＣＶＤ−ＳｉＣのフェースプレート６２が本発明の
方法に従って結合させた三つのＣＶＤ−ＳｉＣのリブ６
４で補強されている軽量の鏡基材６０である。上述のＰ
ｉｃｋｅｒｉｎｇらの米国特許第５３７４４１２号明細
書で言及されているように、ＣＶＤ−ＳｉＣは理論的に
緻密であり、非常によく研磨可能である。従って、ＣＶ
Ｄ−ＳｉＣは、例えば宇宙船で使用することができるで
あろうような、鏡のための優れた基材である。図示され
た鏡基材６０では、フェースプレート６２の前面７０が
鏡が形成される面を提供する。この場合には、鏡形成面
７０は平らであるが、それは凹面状、凸面状等であるこ
ともできよう。
【００１７】宇宙船においては、重量はプレミアムであ
り、例えば鏡といったようないずれの部品も、できるだ
け軽量であるように製作することが望ましい。それゆえ
に、フェースプレート６２は薄い、例えば厚さ０．２イ
ンチ（５ｍｍ）の、ＣＶＤ−ＳｉＣ片から製作すること
ができる。ＣＶＤ−ＳｉＣは非常に硬い材料ではある
が、そのような薄い層においては、それにもかかわらず
それはいくらか柔軟性である。従って、非常に薄い、例
えば約０．０４０インチ（１ｍｍ）の厚さの、ＣＶＤ−
ＳｉＣのリブ６４を、フェースプレート６２の背面に接
合して、フェースプレートの寸法安定性を増強する。図
示された鏡基材６０においては、垂直の側壁８５を有す
る長方形断面の三つのスロット７５をフェースプレート
６２の背面７６に機械加工する。雌の接合部材として機
能するこれらのスロット７５は、図示された鏡基材集成
体６０において三角形の並びに配列されるが、このほか
のリブの配列を容易に想定することができる。この場合
には、図３（Ｃ）に最もよく見られるように、リブ６４
のおのおののへり７７が各スロット７５に受け入れら
れ、そして雄接合部材として機能する。各リブを挿入す
る前に、各スロットに管理された量のケイ素粉末７９を
詰め、各スロット７５の底がリザーバ８９として働く。
リブ６４を挿入後、鏡基材集成体６０を炉に入れて、ケ
イ素の融点より高い温度に加熱し、そしてそのような温
度で、ケイ素が融解しそして毛細管作用によりスロット
７５の側壁８３と挿入されたリブ６４のへりの側壁８５
との間の間隙８１に移るまで保持する。集成体６０を冷
却させると、リブ６４とフェースプレート６２との間に
優れた結合が形成される。
り、例えば鏡といったようないずれの部品も、できるだ
け軽量であるように製作することが望ましい。それゆえ
に、フェースプレート６２は薄い、例えば厚さ０．２イ
ンチ（５ｍｍ）の、ＣＶＤ−ＳｉＣ片から製作すること
ができる。ＣＶＤ−ＳｉＣは非常に硬い材料ではある
が、そのような薄い層においては、それにもかかわらず
それはいくらか柔軟性である。従って、非常に薄い、例
えば約０．０４０インチ（１ｍｍ）の厚さの、ＣＶＤ−
ＳｉＣのリブ６４を、フェースプレート６２の背面に接
合して、フェースプレートの寸法安定性を増強する。図
示された鏡基材６０においては、垂直の側壁８５を有す
る長方形断面の三つのスロット７５をフェースプレート
６２の背面７６に機械加工する。雌の接合部材として機
能するこれらのスロット７５は、図示された鏡基材集成
体６０において三角形の並びに配列されるが、このほか
のリブの配列を容易に想定することができる。この場合
には、図３（Ｃ）に最もよく見られるように、リブ６４
のおのおののへり７７が各スロット７５に受け入れら
れ、そして雄接合部材として機能する。各リブを挿入す
る前に、各スロットに管理された量のケイ素粉末７９を
詰め、各スロット７５の底がリザーバ８９として働く。
リブ６４を挿入後、鏡基材集成体６０を炉に入れて、ケ
イ素の融点より高い温度に加熱し、そしてそのような温
度で、ケイ素が融解しそして毛細管作用によりスロット
７５の側壁８３と挿入されたリブ６４のへりの側壁８５
との間の間隙８１に移るまで保持する。集成体６０を冷
却させると、リブ６４とフェースプレート６２との間に
優れた結合が形成される。
【００１８】鏡基材６０は半導体装置のためには使用さ
れず、それは再び極めて高い温度にさらされることがな
く、また苛性化学薬品で繰り返し清浄にされることがな
い。従って、この場合には、ケイ素を融解させる前にＣ
ＶＤ−ＳｉＣコーティングを施す必要がない。
れず、それは再び極めて高い温度にさらされることがな
く、また苛性化学薬品で繰り返し清浄にされることがな
い。従って、この場合には、ケイ素を融解させる前にＣ
ＶＤ−ＳｉＣコーティングを施す必要がない。
【００１９】本発明のこの接合手法を使用して軽量の鏡
基材を製作することの利点は、次のとおりである。 １．裏面の閉じた鏡基材を製作することができる。 ２．均一なリブのＳｉＣ後部構造体を製作することがで
きる。これは小さい鏡重量で高い剛性をもたらすことが
できる。 ３．アスペクト比（内接する円の直径に対する後部構造
体のセルの深さの比）の高い軽量の鏡を製作することが
できる。アスペクト比は、内接する円の直径に対する後
部構造体の深さの比として定義される。この特徴は、重
量に対する剛性の比の大きい構造体を得るのを可能にす
る。
基材を製作することの利点は、次のとおりである。 １．裏面の閉じた鏡基材を製作することができる。 ２．均一なリブのＳｉＣ後部構造体を製作することがで
きる。これは小さい鏡重量で高い剛性をもたらすことが
できる。 ３．アスペクト比（内接する円の直径に対する後部構造
体のセルの深さの比）の高い軽量の鏡を製作することが
できる。アスペクト比は、内接する円の直径に対する後
部構造体の深さの比として定義される。この特徴は、重
量に対する剛性の比の大きい構造体を得るのを可能にす
る。
【００２０】
【実施例】次に、具体的な例によって本発明を一層詳し
く説明する。
く説明する。
【００２１】〔例１〕図１に示したような結合に関連し
て説明した本発明の方法によるＳｉＣ−ＳｉＣの結合を
証明するため、七つのＣＶＤ−ＳｉＣ試料を作製した。
公差は、棒と穴の側部の間隙が０．００１〜０．００３
インチの範囲内に入るように選ばれた。この間隙は、融
解したＳｉを側部の間隙へ押しやるための毛細管作用に
とって適切なものである。
て説明した本発明の方法によるＳｉＣ−ＳｉＣの結合を
証明するため、七つのＣＶＤ−ＳｉＣ試料を作製した。
公差は、棒と穴の側部の間隙が０．００１〜０．００３
インチの範囲内に入るように選ばれた。この間隙は、融
解したＳｉを側部の間隙へ押しやるための毛細管作用に
とって適切なものである。
【００２２】ケイ素粉末を使って試料を結合した。この
粉末は、Ｊｈｏｎｓｏｎ Ｍａｔｔｈｅｙ社（Ａｅｓａ
ｒ）から購入したものであり、純度が９９．９９９％で
あった。少量のＳｉ粉末をプレートの穴の底に入れ、こ
の穴に棒をそれが肩で止まるまで挿入した。この集成体
を四つのボックスの生産設備の一つの堆積ボックス内に
入れた。試料をアルゴン雰囲気中で１３５０℃の温度に
加熱した。次に、ＭＴＳ、Ｈ2 及びＡｒの混合物を堆積
領域を通過させることによりＳｉＣを３時間堆積させ
た。使用したＭＴＳ、Ｈ2 及びＡｒの流量は、それぞれ
６．６ｓｌｐｍ、４１ｓｌｐｍ、及び３３ｓｌｐｍであ
った。これらの試料は、反応物の流れがそれらに当たる
ように配置した。これらの試料の雄及び雌の部品を一緒
に保持するのに保持具は使用しなかった。
粉末は、Ｊｈｏｎｓｏｎ Ｍａｔｔｈｅｙ社（Ａｅｓａ
ｒ）から購入したものであり、純度が９９．９９９％で
あった。少量のＳｉ粉末をプレートの穴の底に入れ、こ
の穴に棒をそれが肩で止まるまで挿入した。この集成体
を四つのボックスの生産設備の一つの堆積ボックス内に
入れた。試料をアルゴン雰囲気中で１３５０℃の温度に
加熱した。次に、ＭＴＳ、Ｈ2 及びＡｒの混合物を堆積
領域を通過させることによりＳｉＣを３時間堆積させ
た。使用したＭＴＳ、Ｈ2 及びＡｒの流量は、それぞれ
６．６ｓｌｐｍ、４１ｓｌｐｍ、及び３３ｓｌｐｍであ
った。これらの試料は、反応物の流れがそれらに当たる
ように配置した。これらの試料の雄及び雌の部品を一緒
に保持するのに保持具は使用しなかった。
【００２３】ＳｉＣの堆積を完了後、試料を堆積室内に
おいて１３５０℃の温度で更に２５１．５時間そのまま
にした。と言うのは、この結合実験は正規のＣＶＤ−Ｓ
ｉＣ生産運転と一緒に行ったためである。次に、炉の温
度を１４８５℃に上昇させてＳｉを融解させ、ＳｉＣ試
料を一緒に結合した。試料を１４８５℃で０．５時間維
持し、次いで炉の冷却を開始した。
おいて１３５０℃の温度で更に２５１．５時間そのまま
にした。と言うのは、この結合実験は正規のＣＶＤ−Ｓ
ｉＣ生産運転と一緒に行ったためである。次に、炉の温
度を１４８５℃に上昇させてＳｉを融解させ、ＳｉＣ試
料を一緒に結合した。試料を１４８５℃で０．５時間維
持し、次いで炉の冷却を開始した。
【００２４】七つのＳｉＣ結合試料を黙視検査した。Ｓ
ｉＣコーティングと結合した接合部は優れているように
見えた。結合した試料を手で引き離そうとしたところ、
雄と雌の部品は切り離されなかった。ＳｉＣコーティン
グの厚さは約０．０２２インチであった。
ｉＣコーティングと結合した接合部は優れているように
見えた。結合した試料を手で引き離そうとしたところ、
雄と雌の部品は切り離されなかった。ＳｉＣコーティン
グの厚さは約０．０２２インチであった。
【００２５】七つのＳｉＣ試料をインストロン（Ｉｎｓ
ｔｒｏｎ、商標）試験機で引張試験した。下記の表１
に、引張強さ試験の結果を掲げる。平均の引張強さは１
５３６ｐｓｉと測定された。全ての場合に、材料が引張
破壊し、結合はもとのままであった。これは、結合強度
が１５３６ｐｓｉより大きいことを示している。
ｔｒｏｎ、商標）試験機で引張試験した。下記の表１
に、引張強さ試験の結果を掲げる。平均の引張強さは１
５３６ｐｓｉと測定された。全ての場合に、材料が引張
破壊し、結合はもとのままであった。これは、結合強度
が１５３６ｐｓｉより大きいことを示している。
【００２６】結合した試料を引張様式で試験する際に、
一軸引張負荷を保証するのは困難である。従って、結合
強さを測定するために、三つの結合試料を圧縮様式でも
って試験した。試料番号５、６、７は、引張試験の間に
それらの心棒が切断したが結合した接合部はそのままで
あったので、圧縮試験用に選ばれた。これらの試料を機
械加工して両側の雄のインサートを露出させた。次い
で、ステンレス鋼のだぼを使って雄のインサートを雌部
品の外に押し出した。
一軸引張負荷を保証するのは困難である。従って、結合
強さを測定するために、三つの結合試料を圧縮様式でも
って試験した。試料番号５、６、７は、引張試験の間に
それらの心棒が切断したが結合した接合部はそのままで
あったので、圧縮試験用に選ばれた。これらの試料を機
械加工して両側の雄のインサートを露出させた。次い
で、ステンレス鋼のだぼを使って雄のインサートを雌部
品の外に押し出した。
【００２７】下記の表２は、圧縮試験の結果を示してい
る。全ての場合において、材料が破壊したが、雄のイン
サートは雌部材の内部でなおそのままであった。平均の
破壊強さは６２３４ｐｓｉであると測定された。これ
は、結合強度が６２３４ｐｓｉより大きいことを示して
いる。
る。全ての場合において、材料が破壊したが、雄のイン
サートは雌部材の内部でなおそのままであった。平均の
破壊強さは６２３４ｐｓｉであると測定された。これ
は、結合強度が６２３４ｐｓｉより大きいことを示して
いる。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】〔例２〕図２（Ａ）〜２（Ｃ）に関連して
先に説明したようなＳｉＣウェーハキャリヤを、本発明
の結合技術を使って首尾よく製作した。４本のレールと
２枚のプレートをＣＶＤ−ＳｉＣのバルク材料から製作
し、本発明の接合技術を使って一緒に接合した。ケイ素
粉末を接合剤として使用して、２枚のエンドプレートの
穴にレールを挿入してウェーハキャリヤを組み立てた。
次に、ウェーハキャリヤを水平の位置で炉に入れ、１３
５０℃の炉の温度で３時間ＳｉＣを堆積させた。堆積を
完了後、炉の温度を１５００℃に上げ、そこで０．５時
間保持し、次いで炉温を室温にした。
先に説明したようなＳｉＣウェーハキャリヤを、本発明
の結合技術を使って首尾よく製作した。４本のレールと
２枚のプレートをＣＶＤ−ＳｉＣのバルク材料から製作
し、本発明の接合技術を使って一緒に接合した。ケイ素
粉末を接合剤として使用して、２枚のエンドプレートの
穴にレールを挿入してウェーハキャリヤを組み立てた。
次に、ウェーハキャリヤを水平の位置で炉に入れ、１３
５０℃の炉の温度で３時間ＳｉＣを堆積させた。堆積を
完了後、炉の温度を１５００℃に上げ、そこで０．５時
間保持し、次いで炉温を室温にした。
【００３１】ウェーハキャリヤを目視で検査した。全て
の接合部は強固に見えた。ＳｉＣコーティングが剥がれ
た形跡はなかった。ウェーアキャリヤの寸法を、構造体
が何らかのゆがみ又はそりの兆候を示すかどうかを見る
ため測定した。構造体の有意のそりは認められなかっ
た。その後、ウェーハキャリヤに２５のウェーハスロッ
トを首尾よく製作した。ＳｉＣ接合部は、ウェーハスロ
ットの機械加工に関連する全ての応力に耐え抜いた。
の接合部は強固に見えた。ＳｉＣコーティングが剥がれ
た形跡はなかった。ウェーアキャリヤの寸法を、構造体
が何らかのゆがみ又はそりの兆候を示すかどうかを見る
ため測定した。構造体の有意のそりは認められなかっ
た。その後、ウェーハキャリヤに２５のウェーハスロッ
トを首尾よく製作した。ＳｉＣ接合部は、ウェーハスロ
ットの機械加工に関連する全ての応力に耐え抜いた。
【００３２】〔例３〕図３（Ａ）〜３（Ｃ）に関連して
先に説明したような軽量のＳｉＣ鏡基材を、本発明の結
合技術を使って首尾よく製作した。寸法が２．２５”×
２．２５”×０．２”のＳｉＣフェースプレートを作
り、幅１ｍｍ、深さ１ｍｍのスロットを片面につけた。
これらのスロットは三角形のパターンに作った。これら
のスロットに、ＳｉＣ粉末を入れ、おのおのが幅１”×
長さ１．５”×厚さ１ｍｍの三つのＳｉＣリブを入れ、
この構造体を１５００℃に加熱することによりＳｉＣフ
ェースプレートに接合した。この構造体にはＳｉＣコー
ティングを付着させなかった。結合した集成体を調べ、
ＳｉＣフェースプレートとＳｉＣリブの間の結合は強固
に見えた。
先に説明したような軽量のＳｉＣ鏡基材を、本発明の結
合技術を使って首尾よく製作した。寸法が２．２５”×
２．２５”×０．２”のＳｉＣフェースプレートを作
り、幅１ｍｍ、深さ１ｍｍのスロットを片面につけた。
これらのスロットは三角形のパターンに作った。これら
のスロットに、ＳｉＣ粉末を入れ、おのおのが幅１”×
長さ１．５”×厚さ１ｍｍの三つのＳｉＣリブを入れ、
この構造体を１５００℃に加熱することによりＳｉＣフ
ェースプレートに接合した。この構造体にはＳｉＣコー
ティングを付着させなかった。結合した集成体を調べ、
ＳｉＣフェースプレートとＳｉＣリブの間の結合は強固
に見えた。
【図１】（雄の）円柱状の棒と（雌の）先端の閉じた穴
との間に形成された雄／雌接合部の断面図である。
との間に形成された雄／雌接合部の断面図である。
【図２】図１に関して説明した接合部でくっつけた構成
部品から作られたＣＶＤ−ＳｉＣウェーハ保持具を説明
する図であって、（Ａ）はその斜視図、（Ｂ）は（Ａ）
のウェーハ保持具のレールを形成するために使用される
四つの棒の一つの立面図、（Ｃ）は（Ａ）のウェーハ保
持具を形成するために使用される二つのエンドプレート
の一つの立面図である。
部品から作られたＣＶＤ−ＳｉＣウェーハ保持具を説明
する図であって、（Ａ）はその斜視図、（Ｂ）は（Ａ）
のウェーハ保持具のレールを形成するために使用される
四つの棒の一つの立面図、（Ｃ）は（Ａ）のウェーハ保
持具を形成するために使用される二つのエンドプレート
の一つの立面図である。
【図３】本発明の方法に従って結合されたＣＶＤ−Ｓｉ
Ｃ構成要素を使用する軽量の鏡基材を説明する図であっ
て、（Ａ）はその後部立面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）
は（Ａ）の３Ｃ−３Ｃ線断面図である。
Ｃ構成要素を使用する軽量の鏡基材を説明する図であっ
て、（Ａ）はその後部立面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）
は（Ａ）の３Ｃ−３Ｃ線断面図である。
１０…接合部 １２…第一の部品 １３…雌の接合部材 １４…第二の部品 １５…雄の接合部材 ２０…リザーバ ４０…ウェーハキャリヤ ４２…レール ４４…エンドプレート ４６…溝 ５０…脚 ６０…鏡基材 ６２…フェースプレート ６４…リブ ７５…スロット ８９…リザーバ
Claims (4)
- 【請求項１】 第一の炭化ケイ素部品を第二の炭化ケイ
素部品に結合する方法であって、 第一の炭化ケイ素部品に受け入れ用の雌の接合部材を備
えつけること、 第二の炭化ケイ素部品に挿入用の雄の接合部材を備えつ
けること、 上記雄の接合部材と上記雌の接合部材はおのおの、当該
雄の接合部材を当該雌の接合部材へ挿入しようとする方
向に対し実質的に平行な向き合う側壁を有し、また当該
雄の接合部材と当該雌の接合部材は、当該雄の接合部材
を当該雌の接合部材に挿入したときに上記向き合う側壁
の間に平均して最大で約０．００３インチ（０．７６ｍ
ｍ）までの間隙をもたらすように形作られていること、 上記雌の接合部材は更に、当該雌の接合部材へ上記雄の
接合部材を十分挿入するのを可能にしながら固体状態の
ケイ素を受け入れるためのリザーバ手段を有し、このリ
ザーバ手段は当該雄の接合部材を当該雌の接合部材へ挿
入するときに形成される上記間隙と流体で連通し合うよ
うにされていること、 上記リザーバ手段に固体状態のケイ素を供給すること、 上記雄の接合部材を上記雌の接合部材へ挿入すること、 上記第一及び第二の炭化ケイ素部品をケイ素が融解する
のに十分な時間ケイ素の融点より高く加熱して、融解し
たケイ素及び／又はケイ素蒸気が上記雄の接合部材と雌
の接合部材の上記向き合う側壁の間の上記間隙に入り込
むこと、 そしてその後、上記第一及び第二の部品を冷却してケイ
素を凝固させ、それにより、上記雄の接合部材と雌の接
合部材の上記向き合う側壁の間の結合を形成する凝固し
たケイ素で当該雄の接合部材と雌の接合部材との接合を
確保すること、を含む炭化ケイ素部品の結合方法。 - 【請求項２】 前記第一及び第二の炭化ケイ素部品を化
学気相成長により堆積させる炭化ケイ素から製作する、
請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 第一の炭化ケイ素部品を第二の炭化ケイ
素部品に結合する方法であって、 第一の炭化ケイ素部品に受け入れ用の雌の接合部材を備
えつけること、 第二の炭化ケイ素部品に挿入用の雄の接合部材を備えつ
けること、 上記雄の接合部材と上記雌の接合部材はおのおの、当該
雄の接合部材を当該雌の接合部材へ挿入しようとする方
向に対し実質的に平行な向き合う側壁を有し、また当該
雄の接合部材と当該雌の接合部材は、当該雄の接合部材
を当該雌の接合部材に挿入したときに上記向き合う側壁
の間に平均して最大で約０．００３インチ（０．７６ｍ
ｍ）までの間隙をもたらすように形作られていること、 上記雌の接合部材は更に、当該雌の接合部材へ上記雄の
接合部材を十分挿入するのを可能にしながら固体状態の
ケイ素を受け入れるためのリザーバ手段を有し、このリ
ザーバ手段は当該雄の接合部材を当該雌の接合部材へ挿
入するときに形成される上記間隙と流体で連通し合うよ
うにされていること、 上記リザーバ手段に固体状態のケイ素を供給すること、 上記雄の接合部材を上記雌の接合部材へ挿入すること、 次いで上記第一及び第二の炭化ケイ素部品をケイ素が融
解するのに十分な時間ケイ素の融点より高く加熱して、
融解したケイ素及び／又はケイ素蒸気が上記雄の接合部
材と雌の接合部材の上記向き合う側壁の間の上記間隙に
入り込むこと、 上記第一及び第二の部品上へ炭化ケイ素のクラッディン
グを化学気相成長させて上記間隙の上を覆うシールを提
供して、上記雄の接合部材と雌の接合部材の間のケイ素
をシールし、この成長を、ａ）当該ケイ素を融解させる
前、又はｂ）当該ケイ素を融解させるのと同時、又は
ｃ）当該ケイ素を融解させた後に行うこと、 そしてその後、上記第一及び第二の部品を冷却して上記
ケイ素を凝固させ、それにより、上記雄の接合部材と雌
の接合部材の上記向き合う側壁の間の結合を形成する凝
固したケイ素で当該雄の接合部材と雌の接合部材との接
合を確保すること、を含む炭化ケイ素部品の結合方法。 - 【請求項４】 前記第一及び第二の炭化ケイ素部品を化
学気相成長により堆積させる炭化ケイ素から製作する、
請求項３記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/646,737 US5683028A (en) | 1996-05-03 | 1996-05-03 | Bonding of silicon carbide components |
| US08/646737 | 1996-05-03 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1087376A true JPH1087376A (ja) | 1998-04-07 |
| JP3092796B2 JP3092796B2 (ja) | 2000-09-25 |
Family
ID=24594265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11587697A Expired - Fee Related JP3092796B2 (ja) | 1996-05-03 | 1997-05-06 | 炭化ケイ素部品の結合方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5683028A (ja) |
| EP (1) | EP0804991A1 (ja) |
| JP (1) | JP3092796B2 (ja) |
| KR (1) | KR100239075B1 (ja) |
| TW (1) | TW426639B (ja) |
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| KR100880410B1 (ko) * | 2001-07-16 | 2009-01-23 | 롬 앤드 하아스 컴패니 | 웨이퍼 홀딩 장치 |
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| JPWO2022202364A1 (ja) * | 2021-03-23 | 2022-09-29 |
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| WO1999029465A1 (en) * | 1997-12-10 | 1999-06-17 | Robert Paul Radtke | Microwave brazing process and brazing composition for tsp diamond |
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| EP2963002A4 (en) * | 2013-02-27 | 2016-10-26 | Kyocera Corp | CERAMICLY CONNECTED BODY AND CHANNEL BODY |
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- 1997-04-29 KR KR1019970016031A patent/KR100239075B1/ko not_active Expired - Fee Related
- 1997-05-01 EP EP97303003A patent/EP0804991A1/en not_active Withdrawn
- 1997-05-06 JP JP11587697A patent/JP3092796B2/ja not_active Expired - Fee Related
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