(57)【要約】【課題】炭化タンタルの炭化度の簡便な評価方法を提供することを目的とする。【解決手段】この炭化タンタルの評価方法は、色度により炭化度を評価する。【選択図】図１
2018077082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
色度により炭化度を評価する炭化タンタルの評価方法。
【請求項２】
前記色度をＬ＊ａ＊ｂ＊表色系により測定する請求項１に記載の炭化タンタルの評価方法。
【請求項３】
前記色度を分光光度計またはカメラで撮影した撮影画像から求める請求項１に記載の炭化タンタルの評価方法。
【請求項４】
前記炭化タンタルが、炭化タンタルからなる部材、又は、炭化タンタルが表面コーティングされた部材である請求項１〜３のいずれか一項に記載の炭化タンタルの評価方法。
【請求項５】
前記部材が、ＳｉＣ単結晶成長用装置に用いられる部材である請求項４に記載の炭化タンタルの評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化タンタルの評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化タンタルは、硬度が高く、耐熱性に優れる。炭化タンタルの融点は、３８８０℃と極めて高い。そのため、炭化タンタルは、高温で用いられる様々な部材として用いられる。例えば、切削工具の部品、カーボンヒータのコーティング、集光型太陽電池やＳｉＣ単結晶に代表される半導体製造装置の部材等に用いられている（特許文献１及び特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０８１２１０号
【特許文献２】特開２０１５−３６１８９号公報
【特許文献３】特開２０１３−１０３８４８号公報
【特許文献４】特開２０１２−１７１８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
炭化タンタルは、組成式がＴａＣで表されるタンタルの炭化物である。化学量論組成比では、タンタルと炭素は１対１で存在する。しかしながら、実際の炭化タンタルは、タンタルと炭素の比率は完全に１対１にはなっていない場合がある。例えば、炭化タンタルの準安定状態としてＴａＣ０．８９が知られている。
【０００５】
炭化タンタルを構成するタンタルと炭素の比率が理論状態から離れると、炭化タンタルの安定性は低下する。そのため、例えば炭化タンタルをコーティング等に用いた場合に、ひび割れや剥離の原因となりうる。ひび割れや剥離は、炭化タンタルを用いた部材の耐熱性、耐エッチング性等に影響を及ぼす（特許文献１参照）。
【０００６】
またタンタルと炭素の比率が理論状態から離れた炭化タンタルは、炭化タンタルを半導体製造装置の部材として用いた場合に、半導体製造装置内の成長環境に影響を及ぼす場合がある。
【０００７】
例えば、ＳｉＣ単結晶を結晶成長する場合、炭素比率の少ない炭化タンタルは、カーボンを吸収し、成長環境におけるＣ／Ｓｉ比の変動の原因となることが考えられる。ＳｉＣ単結晶の結晶成長時におけるＣ／Ｓｉ比の変動は、Ｓｉドロップレット等の欠陥や異種多形の発生原因となる（特許文献３及び特許文献４参照）。
【０００８】
このような問題を解決するために、炭化タンタルの実際の組成比を測定することが求められている。実際の炭化タンタルにおけるタンタルと炭素の比率（以下、「炭化度」と言うことがある。）は、種々の分析装置により分析が可能である。
【０００９】
しかしながら、炭化タンタルの炭化度の分析には時間もコストもかかる。また炭化タンタルを装置等の部材として用いている場合には、分析のために部材を破壊する必要がある。一度破壊した部材は使用できなくなるため、使用するごとに部材を破壊することは現実的ではない。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、炭化タンタルの炭化度の簡便な評価方法を提供することを目的とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、鋭意検討の結果、炭化タンタルの表面の色度を測定することで、炭化タンタルの炭化度を分析できることを見出した。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を提供する。
【００１２】
（１）本発明の一態様にかかる炭化タンタルの評価方法は、色度により炭化度を評価する。
【００１３】
（２）上記態様にかかる炭化タンタルの評価方法において、前前記色度をＬ＊ａ＊ｂ＊表色系により測定してもよい。
【００１４】
（３）上記態様にかかる炭化タンタルの評価方法において、前記色度を分光光度計またはカメラで撮影した撮影画像から求めてもよい。
【００１５】
（４）上記態様にかかる炭化タンタルの評価方法において、前記炭化タンタルが、炭化タンタルからなる部材、又は、炭化タンタルが表面コーティングされた部材であってもよい。
【００１６】
（５）上記態様にかかる炭化タンタルの評価方法において、前記部材が、ＳｉＣ単結晶成長用装置に用いられる部材であってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一態様に係る炭化タンタルの評価方法によれば、炭化タンタルの炭化度を簡便に評価できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】カメラを用いた場合の炭化タンタルの測色方法について説明するための図である。
【図２】分光光度計で測定したＬ＊値とＸＲＤで求めた結晶の格子定数（Å）の関係を示した図である。
【図３】分光光度計で測定したａ＊値とＸＲＤで求めた結晶の格子定数（Å）の関係を示した図である。
【図４】分光光度計で測定したｂ＊値とＸＲＤで求めた結晶の格子定数（Å）の関係を示した図である。
【図５】分光光度計で測定したＬ＊値と炭化度（Ｃ／Ｔａ比）の関係を示した図である。
【図６】分光光度計で測定したａ＊値と炭化度（Ｃ／Ｔａ比）の関係を示した図である。
【図７】分光光度計で測定したｂ＊値と炭化度（Ｃ／Ｔａ比）の関係を示した図である。
【図８】分光光度計で測定したＬ＊値と撮影した画像から求めたＬ＊の関係を示した図である。
【図９】分光光度計で測定したａ＊値と撮影した画像から求めたａ＊の関係を示した図である。
【図１０】分光光度計で測定したｂ＊値と撮影した画像から求めたｂ＊の関係を示した図である。
【図１１】光光度計で測定したｂ＊値及び撮影した画像から求めたｂ＊値と、ＸＲＤで求めた結晶の格子定数（Å）の関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材質、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００２０】
本発明の一態様にかかる炭化タンタルの評価方法は、色度により炭化度を評価する。ここで、「色度」とは、「色相」と「彩度」によって表される色の特性を表す尺度である。一般に、色彩は、色相、彩度及び明度の色の三属性によって表される。色彩から明度を除いたものが「色度」である。
【００２１】
炭化タンタルは、炭化度が大きくなるに従い、色味が変わる。炭化タンタルは、炭化度が大きくなるに従い、全体的に赤みがかってくる。ここで、「炭化度が大きくなる」とは、炭化タンタルの炭素の比率が大きくなっていくことを意味し、炭化タンタルの組成が化学量論組成比に近づいていくことを意味する。
【００２２】
本実施形態では、炭化タンタルの炭化度を色度によって評価する。本発明者らは、炭化タンタルの炭化度が変化するに従い、色彩の中でも色度が系統的に変化することを見出した。
【００２３】
色度の評価方法は、種々の方法を用いることができる。例えば、色見本（色票）を用いた目視評価、機械等を利用し表色系による評価等を用いることができる。機械を用いた測色は、個人差による影響を排除でき、僅かな色彩の違いを判断できる。
【００２４】
機械を用いて測色する場合は、分光光度計（測色計）を用いることができる。分光光度計としては、例えば、コニカミノルタ社製ＳＰＥＣＴＲＯＰＨＯＴＯＭＥＴＥＲ  ＣＭ−２６００ｄを用いることができる。測定方式としては、正反射光を含むＳＣＩ方式でも、正反射光を除くＳＣＥ方式でもよい。
【００２５】
分光光度計（測色計）は、表色系により色彩を数値化できる。用いる表色系は、特に問わない。分光光度計（測色計）では、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系、Ｌ＊Ｃ＊ｈ表色系、ＸＹＺ表色系等が広く採用されている。
【００２６】
Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系は、国際照明委員会（ＣＩＥ）で制定された表色系である。Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系はＪＩＳＺ８７２９において採用されており、最もポピュラーに使用されている表色系である。またＬ＊ａ＊ｂ＊表色系は、明度を示すＬと、色度を表すａ＊及びｂ＊とで、明度と色度を分離して表すことができる。したがって、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系は、色度で評価するのに適した表色系と言える。
【００２７】
例えば、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系において炭化度を評価すると、ａ＊またはｂ＊の値が大きくなると炭化度が大きくなる傾向が確認された。この傾向は、結晶の格子定数とａ＊またはｂ＊の値の関係から確認できる。炭化タンタルの炭化度が大きくなると結晶の格子定数は大きくなる。そのため、結晶の格子定数とａ＊またはｂ＊の値の関係から炭化タンタルの炭化度を導くことができる。
【００２８】
分光光度計を準備できない場合は、カメラで炭化タンタルを撮影し、撮影画像からＬ＊ａ＊ｂ＊を求めてもよい。
【００２９】
図１は、カメラを用いた場合の炭化タンタルの測色方法について説明するための図である。以下、カメラを用いた場合の炭化タンタルの測色方法について具体的に説明する。
【００３０】
まず、測定対象である炭化タンタル１と、開口部２Ａを備える箱２と、カメラ３と、光源４と、データ処理装置５と、を準備する。
【００３１】
開口部２Ａが上面にくるように箱２を設置し、その内部に炭化タンタル１を載置する。炭化タンタル１を水平に載置できない場合は、炭化タンタル１の測定面が載置面に対して傾斜していてもよい。箱２は、光源４以外の不要な光が炭化タンタル１の測定面に当ることを防ぐ。
【００３２】
次いで、カメラ３及び光源４を設置する。カメラ３は、炭化タンタル１の測定面に対して対向する位置に設置する。カメラ３のレンズから下した垂線と炭化タンタル１の測定面とが直交することが好ましい。
【００３３】
光源４は、光源４からの入射光と炭化タンタル１の測定面とが、所定の傾斜角θとなる位置に配置する。傾斜角θは、測定毎の条件が統一されていれば特に問わない。
【００３４】
光源４は、複数あってもよい。光源４が複数あると、箱２内部に影ができ、影が炭化タンタル１の測定面にかかることが避けられる。光源４が複数ある場合も、測定毎の条件は統一する。
【００３５】
光源４には、白色光源を用いる。白色光源の平均演色評価数（Ｒａ）は５０以上であることが好ましく、９０以上であることがより好ましい。具体的には、光源４として蛍光灯、ＬＥＤ等を用いることができる。
【００３６】
炭化タンタル１、カメラ３及び光源４を所定の位置に設置したら、カメラ３で炭化タンタル１を撮影する。撮影は１回に限られず、例えば光源４と測定面のなす傾斜角θを変えながら複数回撮影してもよい。
【００３７】
そしてカメラ３で撮影した画像をデータ処理装置５に読み出す。データ処理装置５は市販のコンピュータを用いることができる。データ処理装置５は、炭化タンタル１の色彩をＲＧＢで読み出す。
【００３８】
次いで、得られたＲＧＢをＸＹＺ色空間に変換した後、Ｌａｂ色空間にさらに変換する。この際、ＲＧＢ値に対して明るさ補正を行ってもよい。コンピュータのスクリーン上で表記される画像は、スクリーン上で自然な明るさに見えるように明るさ補正がされている場合がある。なお、あくまで評価するのは色度であり、明度は測定結果に影響を及ぼさない。そのため、明るさ補正を行っても結果に影響は与えない。
【００３９】
ＲＧＢ値からＸＹＺ色空間に補正する方法は公知の方法を用いることができる。ＲＧＢ値に所定の変換行列Ｍをかけることで、ＸＹＺ色空間に変換できる。ＲＧＢ値は、ｓＲＧＢを用いているか、Ａｄｏｂｅ  ＲＧＢを用いているかで変換行列Ｍの値を変える。
【００４０】
次いで、ＸＹＺ空間からＬａｂ色空間に変換する。Ｌａｂ色空間では、色をＬ＊ａ＊ｂ＊の３つの数値で表すため、この変換により分光光度計（測色計）による測定結果と同様の指標を用いられる。
【００４１】
ＲＧＢ値から変換したＸＹＺ空間は、標準光源としてＤ６５を用いている。Ｌａｂ色空間では、標準光源としてＤ５０を用いることが通常であるため、基準点の補正が必要になる。このような値の変換は、Ｂｒａｄｆｏｒｄ変換と呼ばれる。
【００４２】
そして、標準光源をＤ５０に変換したＸＹＺ空間の値からＬａｂ色空間に変換する。この変換は、公知の関数ｆ（ｔ）を用いて行ことができる。具体的には、以下の式（１）〜（４）を用いて行う。
【００４３】
【数１】
2018077082.tif 000003
【００４４】
【数２】
2018077082.tif 000004
【００４５】
【数３】
2018077082.tif 000005
【００４６】
【数４】
2018077082.tif 000006
【００４７】
式（１）〜（４）において、Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎは白色点座標であり、Ｘ、Ｙ、Ｚは実際のＸＹＺの値である。
【００４８】
このような手順で、撮影した画像からＬ＊ａ＊ｂ＊を求めることができる。人が撮影した画像は、条件を一定にしても多少のバラツキが発生する場合がある。しかしながら、本実施形態にかかる評価方法により実際に測定した結果では、撮影した画像から変換したＬ＊ａ＊ｂ＊の値を用いても、炭化度と色度の相関を十分確認することができた。換言すると、多少のばらつきを有していても、炭化度を充分色度で確認できると言える。この方法であれば、測色のための専用の装置を準備する必要がなく、より簡便である。
【００４９】
上述のように、本実施形態にかかる評価方法によれば、炭化タンタルの炭化度を色彩によって評価することができる。必要な炭化度は、用途によって異なるため、任意に閾値を設けることができる。例えば、半導体製造装置内のカーボンヒータのコーティング材として用いる場合には炭化タンタルの安定性を高めるために炭化度は１．０に近いことが望ましく、０．８５以上とすることが好ましい。
【００５０】
なお、測定する炭化タンタルは、炭化タンタルのみからなる部材でもよいし、炭化タンタルでコーティングした部材でもよい。コーティングの厚みは、０．１μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。また炭化タンタルの粉末でもよい。
【実施例】
【００５１】
（実施例１）
金属のタンタルに黒鉛を接触させて加熱し、加熱時間を変化させて炭化度の異なる炭化タンタルを複数作製した。得られた炭化タンタルは、それぞれ色彩に違いがあった。得られた炭化タンタルをＸ線回折装置（ＸＲＤ）で分析し、結晶の格子定数を測定した。色彩は、コニカミノルタ社製ＳＰＥＣＴＲＯＰＨＯＴＯＭＥＴＥＲ  ＣＭ−２６００ｄを用いて、ＳＣＩ方式で測定した。
【００５２】
図２は、分光光度計で測定したＬ＊値とＸＲＤで求めた結晶の格子定数（Å）の関係を示した図である。また図３は、分光光度計で測定したａ＊値とＸＲＤで求めた結晶の格子定数（Å）の関係を示した図である。また図４は、分光光度計で測定したｂ＊値とＸＲＤで求めた結晶の格子定数（Å）の関係を示した図である。
【００５３】
図２に示すように、Ｌ＊値の値に対して結晶の格子定数はばらついている。すなわち、明度（Ｌ＊値）と格子定数には相関は確認できない。これに対し、図３に示すように、ａ＊値及びｂ＊値は、大きくなると格子定数が大きくなっていることが分かる。
【００５４】
炭化タンタルの炭化度が増加すると、結晶構造中に炭素原子が取り込まれる。そのため、炭化度が増加すると格子定数は大きくなる。そのため、色度（ａ＊値及びｂ＊値）から炭化タンタルの炭化度を求めることができる。
【００５５】
図５〜７は、図２〜図４の格子定数を炭化度（Ｃ／Ｔａ比）に置き換えたグラフである。すなわち、図５は、分光光度計で測定したＬ＊値と炭化度（Ｃ／Ｔａ比）の関係を示した図である。また図６は、分光光度計で測定したａ＊値と炭化度（Ｃ／Ｔａ比）の関係を示した図である。また図７は、分光光度計で測定したｂ＊値と炭化度（Ｃ／Ｔａ比）の関係を示した図である。
【００５６】
図５〜図７に示すように、炭化タンタルの炭化度は、明度（Ｌ＊値）とは相関を有さないが、色度（ａ＊値及びｂ＊値）とは相関を有することが確認できる。ａ＊値またはｂ＊値が大きくなるほど、炭化度が大きくなっていることが確認できる。
【００５７】
（実施例２）
実施例２は、色彩の評価を写真撮影によって行った点が実施例１と異なる。写真撮影の条件は、光源を１個とし、光源と測定面のなす傾斜角はおおよそ５°〜８０°の範囲内で４点測定し、その平均値を採用した。
【００５８】
図８は、分光光度計で測定したＬ＊値と撮影した画像から求めたＬ＊の関係を示した図である。また図９は、分光光度計で測定したａ＊値と撮影した画像から求めたａ＊の関係を示した図である。また図１０は、分光光度計で測定したＬ＊値と撮影した画像から求めたＬ＊の関係を示した図である。
【００５９】
図８から図１０に示すように、分光光度計で測定したＬ＊ａ＊ｂ＊値と、撮影した画像から求めたＬ＊ａ＊ｂ＊値は、測定条件等の精密さ等が異なる為、必ずしも一致しない。しかしながら、撮影した画像から求めたｂ＊値については、分光光度計で測定したｂ＊値と相関が確認された。すなわち、撮影した画像から求めたｂ＊値であれば、指標として用いることができることを示している。
【００６０】
図１１は、分光光度計で測定したｂ＊値及び撮影した画像から求めたｂ＊値と、ＸＲＤで求めた結晶の格子定数（Å）の関係を示した図である。いずれの場合でも、ｂ＊値が大きくなると、格子定数が大きくなるという相関が確認された。すなわち、ｂ＊値が大きくなると、炭化度は大きくなる。
【００６１】
なお、分光光度計で測定したｂ＊値と、撮影した画像から求めたｂ＊値とは、絶対値が異なる為、ｂ＊値から炭化度を見積もる際にそれぞれのデータ毎に較正曲線を求めておくことが好ましい。
【符号の説明】
【００６２】
１…炭化タンタル、２…箱、２Ａ…開口部、３…カメラ、４…光源、５…データ処理装置
【図１】
2018077082.tif 000007
【図２】
2018077082.tif 000008
【図３】
2018077082.tif 000009
【図４】
2018077082.tif 000010
【図５】
2018077082.tif 000011
【図６】
2018077082.tif 000012
【図７】
2018077082.tif 000013
【図８】
2018077082.tif 000014
【図９】
2018077082.tif 000015
【図１０】
2018077082.tif 000016
【図１１】
2018077082.tif 000017