(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＶＤ法により基材面にＳｉＣを析出させて成膜したのち基材を除去して作製したＳｉＣ成形体を、断面が略円形状の棒状に切削加工して芯材とし、この芯材をＣＶＤ反応装置内にセットしてＣＶＤ反応により芯材の外周面にＳｉＣを析出、積層して芯材と一体化することを特徴とする高純度、高密度の円柱状ＳｉＣ成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高純度、高密度で耐熱性や強度特性に優れ、例えば、半導体製造装置の各種熱処理部材などとして好適に用いられる円柱状のＳｉＣ成形体およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳｉＣは耐熱性、耐蝕性、強度特性などの材質特性が優れており、各種工業用の部材として有用されている。従来からＳｉＣ成形体はＳｉＣ粉体に焼結助材を混合して、混合粉末を成形し、焼結する方法で製造されている。しかし、焼結法によるＳｉＣ成形体は、焼結助材が残存し、その除去が困難なことから不純物が多いという難点がある。したがって、焼結ＳｉＣ成形体を微量の不純物混入も問題となる半導体製造装置用の部材などとして使用することができない。
【０００３】
一方、ＣＶＤ法（化学的気相蒸着法）を利用して作製したＳｉＣ成形体（ＣＶＤ−ＳｉＣ成形体とも記す）は、原料ガスを気相反応させて基材面上にＳｉＣの結晶粒を析出させ、結晶粒の成長により被膜を形成して成膜したのち基材を除去する方法により作製され、高純度、高耐熱性で材質的に緻密で組織の均質性が高いなどという特徴がある。
【０００４】
このＣＶＤ−ＳｉＣ成形体を得る方法として、古くから種々の製造方法が開発されており（例えば、特開昭５４−４３２００号公報、特開昭５４−１０４４８８号公報など）、またＣＶＤ−ＳｉＣ成形体に発生する亀裂や反りを抑制する目的で、例えば特開平８−１８８４０８号公報には化学蒸着法により形成された炭化珪素基板の両面に炭化珪素膜を有する化学蒸着法による炭化珪素成形体が、特開平８−１８８４６８号公報には３層以上の炭化珪素層の積層体から成り、且つ各炭化珪素層の厚みが１００μm 以下である化学蒸着法による炭化珪素成形体が提案されている。
【０００５】
しかしながら、ＣＶＤ−ＳｉＣ成形体は肉厚のものを製造することが難しく、一般に厚さが５mm程度のものを製造するのがほぼ限界とされている。そのため、例えば半導体製造装置用の熱処理部材としては厚さが不足する場合も生じる。また、複雑形状の成形体を製造することも焼結法に比べ一般に困難である。
【０００６】
そこで、特開平１０−１３９５４７号公報には第１の所定の抵抗率を有する焼結ＳｉＣ部分と、第２の所定の抵抗率を有し、焼結ＳｉＣ部分上に堆積したＳｉＣの膜とを備えるＳｉＣ複合体が提案されている。この発明は焼結法で成形したＳｉＣ成形体を基材として、その表面にＣＶＤ法によりＳｉＣ膜を堆積、成膜するものであり、プラズマリアクターなどとして、例えば半導体製造用のエッチングチャンバーの内壁部材や天井部材などとして用いられるとしている。
【０００７】
しかしながら、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜が損傷したり亀裂が発生した場合には焼結法で作製したＳｉＣ基材面が露出することとなり、焼結助材などの不純物が放散するため、エッチングチャンバー内を汚染する危険が生じる。
【０００８】
また、円筒状の半導体製造装置用部材として黒鉛製円筒基材の内面あるいは外面にＣＶＤ法によりＳｉＣ膜を成膜したのち、黒鉛基材を除去する方法が知られている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、円柱状ＳｉＣ成形体を製造することは一般に困難であり、通常ＣＶＤ法により製造したＳｉＣ成形体からブロック体に切り出し、機械加工して作製されるが、加工コストが掛かるばかりでなく加工時に割損する難点がある。更に、肉厚のＣＶＤ−ＳｉＣ成形体を製造することが難しいため、作製し得る円柱状ＳｉＣ成形体の大きさ（直径）にも限界があり、一般に直径５mm以上の円柱状ＳｉＣ成形体を製造することは困難である。
【００１０】
本発明は上記の問題点を解消し、大きな直径を有し、例えば直径５ｍｍ以上の高純度、高密度の円柱状ＣＶＤ−ＳｉＣ成形体を製造する方法を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明の円柱状ＳｉＣ成形体の製造方法は、ＣＶＤ法により基材面にＳｉＣを析出させて成膜したのち基材を除去して作製したＳｉＣ成形体を、断面が略円形状の棒状に切削加工して芯材とし、この芯材をＣＶＤ反応装置内にセットしてＣＶＤ反応により芯材の外周面にＳｉＣを析出、積層して芯材と一体化することを構成上の特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の円柱上ＳｉＣ成形体は、ＣＶＤ法で作製したＳｉＣ成形体を、断面が略円形状に切削加工して得た棒状のＳｉＣ成形体を芯材として、その外周面に更にＣＶＤ法により析出させたＳｉＣ膜が積層し、一体化したものである。
【００１４】
すなわち、本発明の円柱状ＳｉＣ成形体はＣＶＤ−ＳｉＣ成形体からなる棒状の芯材の外周面に、更にＣＶＤ法により析出したＳｉＣ膜が均一に積層して一体化したものである。したがって、芯材と積層したＳｉＣ層の間には物性上の差異がなく均質であり、高純度、高密度のＣＶＤ−ＳｉＣからなる円柱状ＳｉＣ成形体であるから、半導体製造装置用の部材として、例えばウエハ支持板上にウエハを支持するピンやプラズマ装置内の部材を固定するための各種部材として好適に用いることができる。
【００１５】
この円柱状ＳｉＣ成形体を製造するための本発明に係る製造方法は、ＣＶＤ法により基材面にＳｉＣを析出させて成膜したのち基材を除去して得たＳｉＣ成形体から切り出して、断面を略円形状の棒状に切削加工して芯材を作製する。この芯材をＣＶＤ反応装置内にセットして、更にＣＶＤ反応により芯材の外周面に均一にＳｉＣを析出させ、ＳｉＣ膜を積層して芯材と一体化するものである。
【００１６】
ＣＶＤ法によるＳｉＣ膜の形成は、１分子中にＳｉ原子とＣ原子を含む、例えばＣＨ3 ＳｉＣｌ3 、（ＣＨ3 ）3 ＳｉＣｌ、ＣＨ3 ＳｉＨＣｌ2 などのハロゲン化有機珪素化合物を水素ガスなどのキャリアガスとともに加熱して還元熱分解させる方法、あるいはＳｉＣｌ4 などの珪素化合物とＣＨ4 などの炭素化合物を加熱して気相反応させる方法により基材面上にＳｉＣを析出させる方法により行われる。
【００１７】
芯材に加工するためのＣＶＤ−ＳｉＣ成形体を作製する際の基材としては、炭素系材料、シリコンなどの金属系材料、石英などが用いられるが、加工性が良好で、空気中で熱処理することにより容易に燃焼除去可能な炭素系、特に黒鉛材が好適に用いられる。なお、黒鉛材は可及的に不純物が少ない高純度のものが好ましく、基材の除去は切削除去、研磨除去、空気中で加熱する燃焼除去、あるいはこれらを適宜に組み合わせて行うことができる。基材の形状は特に制限されないが、芯材を作製するのに都合のよい形状、例えば角棒状を切り出すのに都合のよい角板状が好ましい。
【００１８】
基材面にＣＶＤ法によりＳｉＣを析出させて成膜したのち基材を除去して作製したＳｉＣ成形体から、例えば角棒状に切り出し、この角棒状の試料を切削加工して、断面が略円形状になるように加工する。このようにして作製した丸棒状のＳｉＣ成形体を芯材として、ＣＶＤ反応装置内にセットしてＣＶＤ反応により芯材の外周面にＳｉＣを析出させてＳｉＣ層を積層し、一体化する。
【００１９】
ＣＶＤ反応は、反応温度や原料ガス供給量などを調節して、原料ガスの滞留時間を制御することにより成膜速度を調整して行われる。成膜速度は４０〜４００μm/hr程度に調整することが好ましく、成膜速度が４０μm/hr未満では非能率であり、４００μm/hrを超えると析出するＳｉＣの密度が低下する。
【００２０】
成膜速度の調整を容易に行うために、例えば図１に模式的に示したようにＣＶＤ反応室内にマッフル１を設け、マッフル１の中には複数個の芯材保持板２を備えた回転軸３を設置し、芯材保持板２上に芯材４を載置する。マッフル１には原料ガスを送入するための数本から十数本のノズル５が設置されている。なお、ノズル５は原料ガスが芯材４に直接当たらないように、例えばノズル先端がマッフル１の壁面に向くように設置し、原料ガスを間接的に芯材４に接触させることが好ましい。ノズル５から送入された原料ガスが直接芯材４に当たると、形成されたＳｉＣ膜に膜厚斑や組織斑が生じ易くなるためである。また、ＣＶＤ反応時に蒸着したＳｉＣによりノズル５が閉塞したような場合には、ノズル５を適宜に切替え使用することによりＣＶＤ反応を中断することなく連続して行うことも可能となる。
【００２１】
原料ガスの滞留時間とは、ＣＶＤ反応を行う際に原料ガスがＣＶＤ反応室（マッフル１）内に滞留してＣＶＤ反応に関与する時間を表すパラメータとなるものであり、下記式によって算出される値である。
0003942158.tif 000002
【００２２】
芯材保持板２は、例えば黒鉛製の円板に芯材４を載置するための多数の孔が設けられており、芯材４は芯材保持板２の孔中に挿入してセットされる。なお、孔間の間隔は２０mm以上あることが好ましい。
【００２３】
このようにして、ＣＶＤ−ＳｉＣからなる断面が略円形状の棒状ＳｉＣの芯材の外周面に、ＣＶＤ法で析出したＳｉＣ膜が一様に積層され一体化したものであるから芯材と相似形の棒状を示し、円柱状に加工することが容易であり、加工ロスも大幅に低減することができる。更に、芯材に加工する際に、より円形に近く切削加工すれば後加工を必要とすることなく円柱状ＳｉＣ成形体を得ることも可能である。このようにして、径太の、例えば直径５mm以上の高純度、高密度の円柱状ＳｉＣ成形体を能率よく製造することができる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
【００２５】
実施例１
図１に模式的に示した装置により円柱状ＳｉＣ成形体を製造した。先ず、ＣＶＤ−ＳｉＣ成形体から試料を切り出して、直径がほぼ３mm、長さが１５０mmの断面が略円形状の棒状に切削加工して芯材を作製した。ＣＶＤ反応装置内に容積約２６リットルのマッフルを設置し、マッフル内に直径２００mm、厚さ５mmの黒鉛製円板を芯材保持板として３枚取り付けた回転軸を設け、作製した芯材１８６本を等間隔に芯材保持板上の孔に挿入してセットした。また、マッフルには原料ガス送入用のノズル１２本を芯材保持板に直接当たらない方向に装着した。
【００２６】
系内を水素ガスで置換後、原料ガスとしてＣＨ3 ＳｉＣｌ3 ／Ｈ2 が７．５
Vol ％の混合ガスを用い、原料ガス滞留時間を４秒に設定して、原料ガス供給量を６８．３l/min 、反応温度１４００℃の条件で２７時間ＣＶＤ反応を行った。その後、芯材保持板から取り外し、切削して真円に加工して直径１９．１mm、長さ１４０mmの円柱状ＳｉＣ成形体を作製した。なお、芯材保持板から取り外した状態でほぼ円柱状であったから切削加工は極めて容易であった。
【００２７】
実施例２
ＣＶＤ反応条件として原料ガス滞留時間を３０秒に設定し、原料ガス供給量を９．１l/min 、反応温度１４００℃の条件で１００時間ＣＶＤ反応を行った他は実施例１と同じ条件で行い、直径１９．０mm、長さ１４０mmの円柱状ＳｉＣ成形体を製造した。なお、芯材保持板から取り外した状態でほぼ円柱状であったから切削加工は極めて容易であった。
【００２８】
実施例３
直径をほぼ１mm、長さを１５０mmの断面が略円形状の棒状に切削加工した芯材を用いて、原料ガス滞留時間を３０秒に設定し、原料ガス供給量を９．１l/min 、反応温度１４００℃の条件で１００時間ＣＶＤ反応を行った他は実施例１と同じ条件で行い、直径１７．１mm、長さ１４０mmの円柱状ＳｉＣ成形体を製造した。なお、芯材保持板から取り外した状態でほぼ円柱状であったから切削加工は極めて容易であった。
【００２９】
実施例４
直径をほぼ１mm、長さを１５０mmの断面が略円形状の棒状に切削加工した芯材を用いて、原料ガス滞留時間を４秒に設定し、原料ガス供給量を６８．３l/min 、反応温度１４００℃の条件で２７時間ＣＶＤ反応を行った他は実施例１と同じ条件で行い、直径１７．０mm、長さ１４０mmの円柱状ＳｉＣ成形体を製造した。なお、芯材保持板から取り外した状態でほぼ円柱状であったから切削加工は極めて容易であった。
【００３０】
このようにして作製した円柱状ＳｉＣ成形体からテストピースを切り出し、下記の方法により試験を行った。
▲１▼耐熱衝撃試験；
大気中、５００←→１２００℃に加熱、冷却する熱サイクル試験２０回行い、テストピースに発生するクラックの状態を観察した。
▲２▼耐蝕試験；
１２００℃の塩化水素１００％の雰囲気中に１５時間保持したときの重量減少率を求めた。
▲３▼外観；
目視観察により、外観の異常有無をチェックした。
【００３１】
また、嵩密度、金属不純物含有量、比抵抗を測定し、得られた結果を製造条件を表１に、試験結果を表２に示した。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
【表２】
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【００３４】
表１、２の結果から、本発明の円柱状ＳｉＣ成形体によれば、ＣＶＤ−ＳｉＣからなる芯材とその外周面に積層されたＣＶＤ−ＳｉＣとが均一に一体化し、径太の円柱状ＳｉＣ成形体が提供される。また、嵩密度が大きく、金属不純物も少なく、高密度、高純度であるため、半導体製造装置用の耐熱部材として好適に使用することができる。
【００３５】
また、その製造方法によれば、ＣＶＤ−ＳｉＣを切削加工して作製した断面が略円形状の成形体を芯材とし、その外周面にＣＶＤ法によりＳｉＣを析出させ、所定の厚さに積層するものであるから、芯材と相似関係にある略円形断面を有する円柱が得られ、後加工も極めて容易であり、加工ロスも極めて少ない。更に、芯材の外周面の全体に、均一にＣＶＤ−ＳｉＣを積層し、一体化するものであるから、大きな直径の円柱状ＳｉＣ成形体を能率よく製造することができる。
【００３６】
なお、厚さ７ mm の板状ＣＶＤ−ＳｉＣ成形体を円柱状に切削加工しようとしたが加工性が悪いため、クラックが発生したり割れが生じ易く、直径６ mm 以上の円柱状ＳｉＣ成形体を作製することができなかった。
【００３７】
これに対し、本発明においては芯材を円柱状に精密加工して用いれば、その外周面にＣＶＤ法により析出させたＳｉＣと一体化したのち軽微な加工により実用性に問題のない円柱形状の高密度、高純度のＳｉＣ成形体を得ることが可能となる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の円柱状ＳｉＣ成形体によれば、ＣＶＤ法により作製された高純度、高密度であって、径太の円柱状のＳｉＣ成形体が提供され、半導体製造装置用の各種熱処理部材、例えばウエハ支持板上にウエハを支持するピンやプラズマ装置内の部材を固定するための各種部材などとして好適に用いることができる。また、その製造方法によれば、この円柱状ＳｉＣ成形体を能率よく製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の円柱状ＳｉＣ成形体を製造する方法を実施するために用いられる装置を例示した模式図である。
【符号の説明】
１  マッフル
２  芯材保持板
３  回転軸
４  芯材
５  ノズル
【図１】
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