JP2009041060A - ＣＶＤ−ＳｉＣの製造方法 - Google Patents

Abstract

【目的】亀裂等の欠陥を生じることなしに、基材全面にＳｉＣが成膜形成され、支持具が成膜したＳｉＣ皮膜と一体化することができるＣＶＤ−ＳｉＣの製造方法を提供する。
【構成】基材を該基材に当接する支持具を介して基材保持冶具に載置し、基材面にＣＶＤ反応によりＳｉＣ被膜を成膜する方法において、前記支持具がＣＶＤ反応により得られたＳｉＣ被膜から形成されていることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、黒鉛材や炭素繊維強化炭素複合材、焼結ＳｉＣ、Ｓｉ含浸焼結ＳｉＣなどの基材にＣＶＤ（化学的気相蒸着法）によってＳｉＣ被膜を形成するＣＶＤ−ＳｉＣの製造方法に関する。

例えば黒鉛基材面にＣＶＤ法によりＳｉＣ被膜を成膜したＳｉＣ被膜黒鉛材は、表面に高純度のＳｉＣ被膜が被着されているため非汚染性に優れ、また急熱や急冷に対する耐熱衝撃性が良好であり、耐酸化性、耐薬品性など、化学的な安定性が高いために、半導体製造における各種熱処理用部材、例えば、サセプター、ライナーチューブ、プロセスチューブ、ウェハーボート、単結晶引き上げ装置部材等として有用されており、またＳｉ、焼結ＳｉＣなどと比較して使用温度を高くすることができるから、エッチング部材としてのエッチング電極、フォーカスリング、Ｓｉウェハを保持するホルダなどとしての適用も期待されており、各半導体製造装置メーカーが実用化に向けて評価を進めている。

従来、ＣＶＤ法による被膜形成は、被膜を形成すべき黒鉛等からなる基材をＣＶＤ反応容器内の回転軸上部の基材保持具に、黒鉛製ピン、ＳｉＣ膜を形成した黒鉛製のピン、バー等の支持具を介して載置し、基材を回転させながら原料ガスを供給して、ＣＶＤ反応により気相析出させることにより方法で行われている。

エッチング電極、フォーカスリング、Ｓｉウェハを保持するホルダなど、Ｓｉウェハの処理に直接使用する部材は、黒鉛材などにＳｉＣ被膜を形成したサセプターなどとは異なり、高純度なＳｉＣ単体の膜である必要があり、また要求される膜厚みは１０倍（ｍｍオーダー）以上となるため、長時間の反応を行った後に、基材を除去加工して目的のＳｉＣ単体膜を得る。

ＣＶＤ法による被膜形成においては、基材面の全面にＳｉＣを成膜することが必要とされるが、上記従来の方法においては、基材面のうち支持具が当接している部位には原料ガスが侵入できないため、ＳｉＣ被膜が形成されないという欠点がある。

この欠点を解決するために、基材にＳｉＣ板を埋め込むか、または基材にＳｉＣ板を熱硬化性樹脂と黒鉛の混合体からなる接着剤を用いて貼り付け、このＳｉＣ板の部分に支持具を当接して支持する手法が提案されている（特許文献１参照）が、この手法では、ＳｉＣ板とＳｉＣ板埋め込み部の精密な加工が必要で、接着剤を用いる際にも接着・硬化によりコスト高となり、何よりも厚肉のＳｉＣ被膜を得るためには、数度にわたり長時間処理を行う必要があり、一度成膜したＳｉＣ被膜を厚肉化させるプロセスにおいては、このような手法を採り入れることは実用上不可能である。

支持具として、ＳｉＣ膜を形成した三次元網目構造の黒鉛材を使用することも提案されており（特許文献２参照）、ＳｉＣ膜を形成した円柱状の黒鉛材を使用することも提案されている（特許文献３参照）。これらの手法は、比較的薄いＳｉＣ被膜を基材に成膜させる際に、支持具に予め形成したＳｉＣ膜を取り残すことによって擬似的に基材全面へのＳｉＣ被膜形成を達成する手法である。

しかしながら、これらの手法では、厚肉のＳｉＣ被膜を形成させる際には、支持具により支持されている基材にはＳｉＣ被膜が形成されないため、ＳｉＣ被膜自体が持つ内部応力のバランスが崩れて、強力な反り力がＳｉＣ被膜に加わり、クラックの発生または破壊を起こす。また、支持具には、黒鉛等が埋め込まれているのみで、目的の厚みのＳｉＣ被膜が形成されていないため、製品として用いるには除去する必要があり、歩留まりが悪い。
特開２０００−１２９４４４号公報 特開２００４−１７６１４０号公報 特開２００５−２１３５７１号公報

クラック等を生じることなしに厚いＳｉＣ被膜を得るためには、基材面のＳｉＣ被膜が形成されない面積を極力小さくすること、また、製品の歩留まりを考慮するとＳｉＣ被膜と一体化しても使用可能な支持具を用いることが要求される。

本発明は、前記従来のＣＶＤ−ＳｉＣの製造方法をベースとして、上記の要求を満足させるために、基材に当接し、記載を直接支持する支持具の材質、形状について試験、検討を行った結果としてなされたものであり、その目的は、亀裂等の欠陥を生じることなしに、基材全面にＳｉＣが成膜形成され、支持具が成膜したＳｉＣ皮膜と一体化することができるＣＶＤ−ＳｉＣの製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための請求項１によるＣＶＤ−ＳｉＣの製造方法は、基材を該基材に当接する支持具を介して基材保持冶具に載置し、基材面にＣＶＤ反応によりＳｉＣ被膜を成膜する方法において、前記支持具がＣＶＤ反応により得られたＳｉＣ被膜から形成されていることを特徴とする。

請求項２によるＣＶＤ−ＳｉＣの製造方法は、請求項１において、前記支持具に形成されるＳｉＣ被膜は、基材に成膜されるＳｉＣ被膜と同一原料から得られたＳｉＣ被膜であることを特徴とする。

請求項３によるＣＶＤ−ＳｉＣの製造方法は、請求項１または２において、前記支持具は、基材に当接する部位が直径０．５〜３ｍｍの円柱形状、円錐形状、三角錐形状、四角錐形状などの多角錐形状または三角板形状であることを特徴とする。

請求項４によるＣＶＤ−ＳｉＣの製造方法は、請求項１または２において、前記支持具は、基材に当接する部位が円錐形状で、基材と当接する円形面の直径が０．５〜３ｍｍ、円錐形状高さが１〜５０ｍｍで円錐形状底部の直径が０．５〜２０ｍｍであることを特徴とする。

本発明において、ＣＶＤ反応により予め得られたＳｉＣ被膜から形成された支持具により支持した黒鉛基材に、ＣＶＤ法によりＳｉＣ被膜を成膜したところ、基材全面にＳｉＣ被膜が形成し、亀裂などの欠陥は生じることはなかった。また、当該支持具は、形成されたＳｉＣ被膜に取り込まれて十分に一体化した（歩留まりは１００％）。

このことは、支持具付近まで切り欠きを入れて破断試験を行った場合、支持具内部に亀裂が入ることから確認された。さらに、この支持具は、強度・電気伝導度等にも影響を与えないため、被膜全面を製品として用いることが可能となり、これにより一成膜体からの得率が向上し、加工費の低減も可能となった。

本発明においては、基材を該基材に当接する支持具を介して基材保持冶具に載置し、基材面にＣＶＤ反応によりＳｉＣ被膜を成膜する方法において、支持具がＣＶＤ反応により得られたＳｉＣ被膜から形成され、好ましくは、基材に成膜されるＳｉＣ被膜と同一原料から得られたＳｉＣ被膜から形成される。

支持具として用いるＳｉＣ素材は、黒鉛基材に厚さ３ｍｍ程度のＳｉＣ被膜を形成させた後、黒鉛基材を酸化、または切削加工により除去して得られるＳｉＣ単体の膜である。この素材をハンドリューターなどの工具によりダイヤモンドツールを用いて目的の形状に加工するが、本発明のＳｉＣ支持具は、基材の支持、支持部の小面積化、さらにＳｉＣ被膜との一体化を狙いとしているため、特に精密な機械加工は必要としない。

支持具は、ＣＶＤ原料の流れを阻害しないで均一なＣＶＤ膜厚を形成するために十分に長くするのが好ましく、また加工作業性の観点から基材との当接（接触）面積を極力減らし、厚肉のＳｉＣ被膜を形成した基材でも十分に支える形状とするのが望ましい。細い円柱形状、細い円柱の先端部を円錐形状に成形して該円錐形状の部位を基材に当接させる形態のものが望ましく、細い円柱形状の場合には、直径を０．５〜３ｍｍとするのが好ましい。この他、円錐形状のものや、三角錐形状、四角錐形状などの多角錐形状、または三角板形状（ＳｉＣ単体膜を三角形に切り取り、基材が当接する頂点部分を接触面に成形したもの）のものでも十分効果を発揮することができ、三角板形状のものは、円錐形状に比べて製作が容易となる。例えば、基材に当接する部位に、底辺が２ｍｍ×２ｍｍ、高さ１５ｍｍの三角板形状の支持具を用いて、３点支持することにより、直径４００ｍｍ、厚さ１５ｍｍの大径厚肉ＳｉＣ被膜形成基材を落下させること無く、ＣＶＤ成膜されることが確認された。

支持具の基材に当接する部位が円錐形状の場合には、基材と当接する円形面の直径を０．５〜３ｍｍ、円錐形状高さを１〜５０ｍｍ、円錐形状底部の直径を０．５〜２０ｍｍとすることによって、基材に対する支持力と支持部の小面積化とのバランスを得ることができる。基材と当接する円形面の直径が３ｍｍ以上であると、支持具の部分はＳｉＣ膜が形成されず、またＣＶＤ原料の流れが阻害されるため、支持具周辺の膜厚が薄くなり、内部応力のバランスが崩れてクラックが発生し易い。

支持具の基材に当接する部位が三角錐形状、四角錐形状などの多角錐形状または三角板形状の場合は、基材と当接する面の直径（円相当直径：基材と当接する面を同一の面積を有する円とした場合の当該円の直径）を０．５〜３ｍｍ、錐形状高さまたは三角板形状高さを１〜５０ｍｍ、錐形状底部の直径または三角板形状底部の直径（円相当直径：基材と当接する面を同一の面積を有する円とした場合の当該円の直径）を０．５〜２０ｍｍとすることによって、基材に対する支持力と支持部の小面積化とのバランスを得ることができる。

本発明における支持具は、支持具を介して基材を保持する黒鉛材等からなる基材保持冶具の端部に垂直に穴や切り込みを設け、この穴や切り込みに差し込むことにより使用可能となる。黒鉛材からなる基材保持冶具の端部は割れるおそれがあるので、ＳｉＣ支持具と同形で、ＳｉＣ支持具の突出部と同程度の深さの穴を設け、ＳｉＣ支持具を設置すると重量物を載せても割れる心配が無く好ましい。

以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明し、本発明の効果を実証する。なお、これらの実施例は、本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれらに限定されない。

まず、支持具用素材として、以下の方法によりＳｉＣ単体膜を作製した。
高純度黒鉛（東海カーボン（株）製Ｇ３３０）から直径２００ｍｍ、厚さ７ｍｍの円板状黒鉛基材を製作する。その後、円板状黒鉛基材をＣＶＤ装置に入れ、装置（炉）内を１４００℃の温度に加熱し、保持するとともに、トリクロロメチルシランを原料にして、水素をキャリアガスとしてＣＶＤによって黒鉛基材の表面にＳｉＣ膜を厚さ約３ｍｍに成膜する。次に、ＳｉＣを成膜した黒鉛基材を炉から取り出し、ＳｉＣ膜の周面部を機械加工によって研削して除去し、黒鉛基材の周面を露出させる。そして、黒鉛基材をＳｉＣ膜によって挟んだ状態のまま９００〜１４００℃の炉に入れ、酸素を供給して黒鉛基材を酸化燃焼させて除去し、ＳｉＣ単体膜を得た。尚、黒鉛基材の除去は、酸化燃焼に限定せず、切断分割後に平面研削を行うなど、機械加工によって施しても構わない。

実施例１
得られたＳｉＣ単体膜より、直径２ｍｍの円柱形状を作製し、先端部の直径が０．５ｍｍの円形面、円錐形状の高さを５ｍｍ、円錐形状底部の直径を２ｍｍに研削加工し、ＳｉＣ製支持具を作製した。支持具の円柱状端部を黒鉛製基材保持冶具にかしめ込み、黒鉛製基材保持冶具から円錐形状が露出している高さは１０ｍｍとした。

上記の支持具で、直径４００ｍｍ、厚さ８ｍｍの黒鉛基材において直径３９０ｍｍの円周位置で３点支持を行い、基材面にＣＶＤ法により４ｍｍ厚さのＳｉＣを成膜した。その結果、基材全面にＳｉＣ被膜が形成し、中央部とＳｉＣ支持具が取り込まれた周辺部との間に膜厚の差は無く、クラック等の不良も観察されなかった。支持具は、形成されたＳｉＣ被膜に取り込まれて十分に一体化していた（歩留まりは１００％）。なお、ＣＶＤ法は、炉内温度を１４００℃に保持し、トリクロロメチルシランを原料にして、水素をキャリアガスとして黒鉛基材の表面にＳｉＣ膜を成膜した。

実施例２
上記で作製されたＳｉＣ単体膜より、直径３ｍｍの円柱形状を作製し、先端部の直径が３ｍｍの円形面のＳｉＣ製支持具を作製した。この支持具および保持具を用いて、外直径４００mm、内直径２００ｍｍ、厚さ６ｍｍの黒鉛基材において、直径２１０ｍｍの円周位置で３点支持を行い、基材面に実施例１と同様の条件でＣＶＤ法により４ｍｍ厚さのＳｉＣを成膜した。その結果、基材全面にＳｉＣ被膜が形成し、中央部とＳｉＣ支持具が取り込まれた周辺部との間に差は無く、クラック等の不良も観察されなかった。支持具は、形成されたＳｉＣ被膜に取り込まれて十分に一体化していた（歩留まりは１００％）。

実施例３
上記で作製されたＳｉＣ単体膜（厚さ：２ｍｍ）より三角板形状のＳｉＣ製支持具として、基材と当接する先端部の円相当直径が１．６ｍｍ（幅１ｍｍ×厚さ２ｍｍ）、三角板形状高さが２０ｍｍで、底部の円相当直径が７．１ｍｍ（幅２０ｍｍ×厚さ２ｍｍ）の支持具を成形し、この支持具を黒鉛製基材保持冶具の端部にかしめ込み、黒鉛製基材保持冶具から露出している高さは１０ｍｍとした。

上記の支持具で、実施例１と同様の黒鉛基材において直径３９０ｍｍの円周位置で３点支持を行い、基材面に実施例１と同様の条件でＣＶＤ法により４ｍｍ厚さのＳｉＣを成膜した。その結果、基材全面にＳｉＣ被膜が形成し、中央部とＳｉＣ支持具が取り込まれた周辺部との間に膜厚の差は無く、クラック等の不良も観察されなかった。支持具は、形成されたＳｉＣ被膜に取り込まれて十分に一体化していた（歩留まりは１００％）。

比較例１
直径４００ｍｍ、厚さ８ｍｍの黒鉛基材にＣＶＤ法により４ｍｍ厚さのＳｉＣを成膜させる工程において、焼結ＳｉＣより丸棒状の支持具を成形した。基材との当接面の円相当直径は５ｍｍ、丸棒状の高さを１０ｍｍとした。

上記の支持具を黒鉛製基材保持冶具の端部にかしめ込み、黒鉛基材の外周３９０ｍｍの位置で３点支持を行い、基材面にＣＶＤ法により４ｍｍ厚さのＳｉＣを成膜したところ、ＳｉＣ支持具が存在する周辺部にはＳｉＣ被膜が形成されず、歩留まりは２０％に留まった。また、丸棒状支持具の周りには形成されるＳｉＣ被膜の膜厚が小さいため、支持具が形成されたＳｉＣ被膜に取り込まれて一体化することはなかった。

比較例２
直径４００ｍｍ、厚さ８ｍｍの黒鉛基材にＣＶＤ法により４ｍｍ厚さのＳｉＣを成膜させる工程において、ＳｉＣ被覆黒鉛材より、直径２ｍｍの円柱ピン形状の先端部を円錐形状に成形した後、１００μｍ厚のＳｉＣ被覆を施し、この円錐形状の部位を基材と当接させるようにした支持具を作製した。基材と当接する先端部の円形面の直径は１ｍｍ、円錐形状の高さが５ｍｍ、円錐形状底部の直径を２ｍｍとした支持具を黒鉛製基材保持冶具の端部にかしめ込み、黒鉛製基材保持冶具から円錐形状部が露出している高さは１０ｍｍとした。

上記の支持具で、黒鉛基材の外周３９０ｍｍの位置で３点支持を行い、基材面にＣＶＤ法により４ｍｍ厚さのＳｉＣを成膜したところ、支持具は基材に成膜されたＳｉＣ被膜の重量に耐えられず破損した。

比較例３
直径４００ｍｍ、厚さ８ｍｍの黒鉛基材にＣＶＤ法により４ｍｍ厚さのＳｉＣを成膜させる工程において、支持具として円錐形状のＳｉＣ被覆黒鉛を成形した。基材との当接面の円相当直径は５ｍｍ、円錐形状の高さを５ｍｍ、円錐形状底部の直径を１０ｍｍとした。

上記の支持具を黒鉛製基材保持冶具の端部にかしめ込み、黒鉛基材の外周３９０ｍｍの位置で３点支持を行い、基材面にＣＶＤ法により４ｍｍ厚さのＳｉＣを成膜したところ、ＳｉＣ被覆黒鉛支持具が存在する周辺部にはＳｉＣ被膜が形成されず、歩留まりは２０％に留まった。また、丸棒状支持具の周りには形成されるＳｉＣ被膜の膜厚が小さいため、支持具が形成されたＳｉＣ被膜に取り込まれて一体化することはなかった。

比較例４
直径４００ｍｍ、厚さ８ｍｍの黒鉛基材にＣＶＤ法により４ｍｍ厚さのＳｉＣを成膜させる工程において、支持具として、多孔質ガラス状炭素にＳｉＣ膜を被覆した三次元網目構造体を作製した。基材との当接面の円相当直径は１０ｍｍ、網目構造体の高さは１０ｍｍとした。

上記の支持具を黒鉛製基材保持冶具の端部にかしめ込み、黒鉛基材の外周３９０ｍｍの位置で３点支持を行い、基材面にＣＶＤ法により４ｍｍ厚さのＳｉＣを成膜したところ、支持具が存在する周辺部でのＳｉＣ被膜形成は少なく、歩留まりは１０％に留まった。また、支持具の周りには形成されるＳｉＣ被膜の膜厚が小さいため、支持具が形成されたＳｉＣ被膜に取り込まれて一体化することはなかった。

Claims (4)

1. 基材を該基材に当接する支持具を介して基材保持冶具に載置し、基材面にＣＶＤ反応によりＳｉＣ被膜を成膜する方法において、前記支持具がＣＶＤ反応により得られたＳｉＣ被膜から形成されていることを特徴とするＣＶＤ−ＳｉＣの製造方法。
2. 前記支持具に形成されるＳｉＣ被膜は、基材に成膜されるＳｉＣ被膜と同一原料から得られたＳｉＣ被膜であることを特徴とする請求項１記載のＣＶＤ−ＳｉＣの製造方法。
3. 前記支持具は、基材に当接する部位が直径０．５〜３ｍｍの円柱形状、円錐形状、三角錐形状、四角錐形状などの多角錐形状または三角板形状であることを特徴とする請求項１または２記載のＣＶＤ−ＳｉＣの製造方法。
4. 前記支持具は、基材に当接する部位が円錐形状で、基材と当接する円形面の直径が０．５〜３ｍｍ、円錐形状高さが１〜５０ｍｍで円錐形状底部の直径が０．５〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項１または２記載のＣＶＤ−ＳｉＣの製造方法。