JP3461032B2 - Cvd装置用カーボン電極及びその製造法 - Google Patents

Cvd装置用カーボン電極及びその製造法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明はCVD装置用カーボン電極(以
下カーボン電極とする)の改良に関し、特に半導体デバ
イス用シリコンウエハーに薄膜を形成するホットウォー
ル型プラズマCVD装置などに用いられるカーボン電極
及びその製造法に関する
【0002】
【従来の技術】従来のカーボン電極は、コークスを粉砕
したカーボン粉末(粒子)とバインダーとを混練した
後、所定の形状に形成し、さらに黒鉛化したカーボン基
材を用いていた。
【0003】カーボン電極は、通常半導体デバイス用シ
リコンウエハを載置して用いられるが、長時間使用して
いるとカーボン電極に窒化物、酸化物等が付着し、半導
体デバイス用シリコンウエハ上にCVD膜を均一に形成
することが困難になる。
【0004】そこでカーボン電極に付着している窒化
物、酸化物等を取り除くためにフレオンガスなどを用い
て定期的にカーボン電極を洗浄する必要があるが、しか
しこの洗浄の繰り返しにより、短期間でカーボン電極か
らカーボン粒子が脱落してプラズマCVD処理中に半導
体デバイス用シリコンウエハに付着するおそれがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の問題点を解消す
るために、黒鉛化したカーボン基材の表面にガラス状炭
素の被膜を形成したカーボン電極があるが、このカーボ
ン電極は、カーボン基材の表面に単にガラス状炭素の被
膜が薄く付着しているだけであるため、被膜自体の機械
的強度が弱いという欠点がある。そこで上記被膜の強度
を高めるために、膜厚を厚くすることが考えられるが、
膜厚を厚くすると被膜生成時の熱処理工程で被膜が剥離
するという欠点が生じる。
【0006】本発明は、カーボン粒子の結合力を向上さ
せ、カーボン電極からカーボン粒子が脱落したり、ガラ
ス状炭素の被膜が剥離したりすることを極力防止し、使
用回数を向上させたカーボン電極を提供するものであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らはかかる現状
に鑑み、従来公知の黒鉛材料について種々検討した結
果、黒鉛材料はピッチなどの結合材とコークスなどの微
粉とを混練した後、粉砕、成形、焼成炭化、さらに黒鉛
化を行って得られるが、コークスなどの微粒子の集合体
は組織上極めて結合力が弱く洗浄を繰り返して行った場
合、カーボン粒子間の浸食によりカーボン粒子の脱落が
生じることを確認し、そこで本発明者らは該組織上弱い
結合力を補う方法を鋭意検討した結果、ガラス状炭素を
コークスなどの微粒子の集合体の組織中に含浸すること
により微粒子の集合体の粒子をガラス状炭素で被覆する
と共に組織中の気孔を充填し、結合力を向上させること
が出来ることを見いだし本発明を完成するに至った。
【0008】本発明は平均気孔径が0.1〜2.6μ
m及び見掛け密度が1.70〜1.87g/cmのガ
ラス状炭素含浸用黒鉛材料に、ガラス状炭素となり得る
樹脂を含浸し、硬化し、焼成炭化し、黒鉛化処理し、所
望の形状に加工し、熱処理して高純度精製を行って形成
された、ガラス状炭素の含有率が3.5〜7.0重量
%、見掛け密度が1.85〜1.95g/cm及び含
有平均気孔率が0.5〜8%であるカーボン電極並びに
上記のカーボン電極の製造法であって、平均気孔径が
0.1〜2.6μm及び見掛け密度が1.70〜1.8
7g/cm のガラス状炭素含浸用黒鉛材料にガラス状
炭素となり得る樹脂を含浸した後、硬化、焼成炭化、黒
鉛化処理し、所望の形状に加工した後熱処理して高純度
精製を行うカーボン電極の製造法に関する。
【0009】本発明においてガラス状炭素となり得る樹
脂を含浸する前の平均気孔径は、0.1〜2.6μmの
範囲とされ、0.1μm未満であると気孔径が小さいた
めガラス状炭素が黒鉛材料の中心部まで含浸されず、使
用中に異物の発生が増大する。また2.6μmを越える
と樹脂含浸後に樹脂の吹出しが生じ、含浸回数を多くし
なければならないため時間を費やすと共に十分に含浸さ
れない部分が生じ異物の発生が増大する。
【0010】またガラス状炭素となり得る樹脂を含浸す
る前の黒鉛材料の見掛け密度は、1.70〜1.87g/
cm3、好ましくは1.75〜1.87g/cm3、より好まし
くは1.80〜1.87g/cm3の範囲とされ、1.70g
/cm3未満であると含浸回数を多くしなければならないた
め時間を費やすと共に十分に含浸されない部分が生じ異
物の発生が増大する。また1.87g/cm3を越えると組
織中の気孔径が小さいためガラス状炭素が黒鉛材料の中
心部まで含浸されず、使用中に異物の発生が増大する。
なお黒鉛材料としては特に制限はなく従来公知のものが
用いられる。
【0011】得られる製品(カーボン電極)は、ガラス
状炭素の含有率が3.5〜7.0重量%、見掛け密度が
1.85〜1.95g/cm3及び含有平均気孔率が0.5
〜8%の範囲とされ、ガラス状炭素の含有率が7.0重
量%を越えた場合、見掛け密度が1.95g/cm3を越え
た場合及び/又は含有平均気孔率が0.5%未満である
といたずらに含浸回数を費やすだけで手間がかかり、ま
たガラス状炭素の含有率が3.5重量%未満、見掛け密
度が1.85g/cm3未満及び/又は含有平均気孔率が8
%を越えると含浸量が少なく、気孔率が大であるため使
用中に異物の発生が増大する。
【0012】本発明におけるガラス状炭素の含有率とは
黒鉛材料に含浸されたガラス状炭素の量を重量%で示し
たものである。また含有平均気孔率とはJIS−R−7
212に準じる方法より求めた値である。さらに平均気
孔径とは水銀ポロシメータにより1cm2中に含まれる
気孔の平均径から求めた値である。
【0013】ガラス状炭素となり得る樹脂としては、フ
ェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリ
エステル樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、キシレ
ン樹脂等の一種以上が用いられるが、本発明においては
フェノール樹脂を用いることが好ましい。
【0014】カーボン電極の製造工程における硬化、焼
成炭化、黒鉛化処理、加工、熱処理等については特に制
限はなく、従来公知の方法で行われる。また含浸につい
ては減圧下で行えば黒鉛材料中の空気などを十分に取り
除くことができ含浸効果に優れるので好ましい。なお減
圧下における真空度については特に制限はない。本発明
においては必要に応じ予備加熱して水分などを除去して
もよい。
【0015】
【実施例】以下発明の実施例を説明する。 実施例1 見掛け密度が1.81g/cm3、電気比抵抗が12μΩ
m、曲げ強さが53MPa、含有平均気孔率が11%及び
平均気孔径が0.1μmの特性を有する人造黒鉛材料
(日立化成工業製、商品名PD−600)を所望の形状
に加工した後、デシケータに入れ真空度20Torr以下の
減圧下でメタノールを用いて樹脂分を55重量%に調整
したフェノール樹脂(日立化成工業製、商品名VP−1
1N)の含浸を10分間行った。該含浸品を乾燥機に入
れ160℃まで昇温し、12時間保持して硬化を行った
後、環状炉に入れ窒素気流中で1100℃まで昇温し、
5時間保持して焼成炭化を行った。さらに、2800℃
まで昇温し、6時間保持して黒鉛化処理を行った。含浸
から黒鉛化処理までの作業を3回繰り返し行った後、所
定の形状寸法に加工し、次いで2500℃の温度で熱処
理して高純度精製を行いカーボン電極を得た。
【0016】実施例2 実施例1の人造黒鉛材料に代えて見掛け密度が1.75
g/cm3、電気比抵抗が13μΩm、曲げ強さが40MPa、
含有平均気孔率が15%及び平均気孔径が2.6μmの
特性を有する人造黒鉛材料(日立化成工業製、商品名P
D−620)を用いた以外は、実施例1と同様のフェノ
ール樹脂を用い、実施例1と同様の工程を経てカーボン
電極を得た。
【0017】実施例3 実施例1で用いたフェノール樹脂にアセトンとメタノー
ルの混合溶媒(重量比でアセトン50:メタノール5
0)を加えて樹脂分を30重量%とした以外は実施例1
と同様の人造黒鉛材料を用い、実施例1と同様の工程を
経てカーボン電極を得た。
【0018】実施例4 実施例1で用いたフェノール樹脂を撹拌機を備えた容器
に入れ、この容器を30℃に保持したウォーターバス中
に入れ撹拌しながら溶媒を蒸発させて樹脂分を65重量
%とした以外は実施例1と同様の人造黒鉛材料を用い、
実施例1と同様の工程を経てカーボン電極を得た。
【0019】実施例5 平均粒径が10μmのコークス粉100重量部と結合材
ピッチ45重量部とを混練した混練物を粉砕機で平均粒
径が20μmになるよう粉砕し、次いで100MPaの圧
力で成形した後、焼成炉に入れ1000℃まで昇温し、
5時間保持して焼成し、さらに2800℃まで昇温し、
6時間保持して黒鉛化を行い黒鉛材料を得た。得られた
黒鉛材料は見掛け密度が1.87g/cm3、電気比抵抗が
11μΩm、曲げ強さが52MPa、含有平均気孔率が1
0.6%及び平均気孔径が1.0μmであった。
【0020】次に上記で得た黒鉛材料を所望の形状に加
工した後、デシケータに入れ、真空度20Torr以下の減
圧下で実施例1と同様のフェノール樹脂を用いて含浸を
行った。以下実施例1と同様の工程を経てカーボン電極
を得た。
【0021】比較例1 平均粒径が10μmのコークス粉100重量部と結合材
ピッチ45重量部とを混練した混練物を粉砕機で平均粒
径が20μmになるよう粉砕し、次いで70MPaの圧力
で成形した後、焼成炉に入れ1000℃まで昇温し、5
時間保持して焼成し、さらに2800℃まで昇温し、6
時間保持して黒鉛化を行い黒鉛材料を得た。得られた黒
鉛材料は見掛け密度が1.68g/cm3、電気比抵抗が2
1μΩm、曲げ強さが32MPa、含有平均気孔率が26
%及び平均気孔径が3.1μmであった。
【0022】次に上記で得た黒鉛材料を所望の形状に加
工した後、デシケータに入れ、真空度20Torr以下の減
圧下で実施例1と同様のフェノール樹脂を用いて含浸を
行った。以下実施例1と同様の工程を経てカーボン電極
を得た。
【0023】比較例2 平均粒径が10μmのコークス粉100重量部と結合材
ピッチ60重量部とを混練した混練物を粉砕機で平均粒
径が20μmになるよう粉砕し、次いで110MPaの圧
力で成形した後、焼成炉に入れ1000℃まで昇温し、
5時間保持して焼成し、さらに2800℃まで昇温し、
6時間保持して黒鉛化を行い黒鉛材料を得た。得られた
黒鉛材料は見掛け密度が1.89g/cm3、電気比抵抗が
10μΩm、曲げ強さが47MPa、含有平均気孔率が8
%及び平均気孔径が0.08μmであった。
【0024】次に上記で得た黒鉛材料を所望の形状に加
工した後、デシケータに入れ、真空度20Torr以下の減
圧下で実施例1と同様のフェノール樹脂を用いて含浸を
行った。以下実施例1と同様の工程を経てカーボン電極
を得た。
【0025】次いで各実施例及び各比較例で得たカーボ
ン電極の使用回数及び性状を従来品と共に調べた。その
結果を表1に示す。なお使用回数は、カーボン電極上に
半導体デバイス用シリコンウエハを載置し、CVD処理
を行った後、半導体デバイス用シリコンウエハを交換
し、再度CVD処理を行うという工程を繰り返し行い、
異物(カーボン粒子など)が半導体デバイス用シリコン
ウエハに付着してCVD処理が均一にできなくなるまで
の回数を求めたものである。
【0026】
【表1】
【0027】表1に示されるように、本発明の実施例に
なるカーボン電極は、比較例のカーボン電極及び従来の
黒鉛材料を用いたカーボン電極に比較して使用回数の多
いことが示される。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、カーボン粒子の結合力
を向上させ、カーボン電極からカーボン粒子が脱落した
り、ガラス状炭素の被膜が剥離したりすることを極力防
止し、使用回数を大幅に向上させることができ、工業上
極めて有益である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−33007(JP,A) 特開 平2−150024(JP,A) 特開 平6−326032(JP,A) 特開 平7−33524(JP,A) 特開 平5−320955(JP,A) 特開 平5−221744(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 C23C 16/50 C04B 35/52 C04B 35/54

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平均気孔径が0.1〜2.6μm及び見
    掛け密度が1.70〜1.87g/cmのガラス状炭
    素含浸用黒鉛材料に、ガラス状炭素となり得る樹脂を含
    浸し、硬化し、焼成炭化し、黒鉛化処理し、所望の形状
    に加工し、熱処理して高純度精製を行って形成された
    ガラス状炭素の含有率が3.5〜7.0重量%、見掛け
    密度が1.85〜1.95g/cm及び含有平均気孔
    率が0.5〜8%であるCVD装置用カーボン電極。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のCVD装置用カーボン
    電極の製造法であって、平均気孔径が0.1〜2.6μ
    m及び見掛け密度が1.70〜1.87g/cm のガ
    ラス状炭素含浸用黒鉛材料にガラス状炭素となり得る樹
    脂を含浸した後、硬化、焼成炭化、黒鉛化処理し、所望
    の形状に加工した後熱処理して高純度精製を行うことを
    特徴とするCVD装置用カーボン電極の製造法。
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