(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛基材面にＣＶＤ法によりＳｉＣ被膜を成膜後基材を除去するＣＶＤ−ＳｉＣ成形体の製造方法において、少なくとも異なる２つのＣＶＤ反応温度でＳｉＣ被膜を成膜し、かつ、１番目のＣＶＤ反応温度より、２番目のＣＶＤ反応温度を下げることにより、１番目のＣＶＤ反応温度によって形成される層の平均粒子径よりも２番目のＣＶＤ反応温度によって形成される層の平均粒子径が小さい粒子性状を有するＳｉＣ層を、ＣＶＤ−ＳｉＣ成形体の表面部あるいは内部に少なくとも１層形成した後、黒鉛基材を除去することを特徴とするＳｉＣ成形体の製造方法。
【請求項２】
前記１番目のＣＶＤ反応温度と前記２番目のＣＶＤ反応温度との差、（前記１番目のＣＶＤ反応温度−前記２番目のＣＶＤ反応温度）が２００〜３００℃であることを特徴とする請求項1記載のＳｉＣ成形体の製造方法。
【請求項３】
黒鉛基材面にＣＶＤ法によりＳｉＣ被膜を成膜後基材を除去したＣＶＤ−ＳｉＣ成形体に、少なくとも異なる２つのＣＶＤ反応温度でＳｉＣ被膜を成膜し、かつ、１番目のＣＶＤ反応温度より、２番目のＣＶＤ反応温度を下げることにより、１番目のＣＶＤ反応温度によって形成される層の平均粒子径よりも２番目のＣＶＤ反応温度によって形成される層の平均粒子径が小さい粒子性状を有するＳｉＣ層を、ＣＶＤ−ＳｉＣ成形体の表面部あるいは内部に少なくとも１層形成することを特徴とするＳｉＣ成形体の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のＳｉＣ成形体の製造方法で形成された、３００〜２５００ｎｍの波長域における光透過率が０．４％以下、２５００ｎｍを超える波長域における光透過率が２．５％以下であることを特徴とするＳｉＣ成形体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高純度で耐熱性や強度特性に優れ、特に光不透過性に優れ、例えば半導体製造用装置の熱処理装置用遮蔽体、均熱リング等の各種耐熱部材など、あるいは半導体製造用装置の拡散炉装置、エッチング装置、ＣＶＤ装置などに用いられるダミーウエハや各種部材として好適に用いることのできるＳｉＣ成形体及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、強度特性等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。特に、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）は、緻密で高純度であるため半導体製造用の各種部材をはじめ高純度が要求される用途分野において好適に用いられている。
【０００３】
このＣＶＤ−ＳｉＣ成形体は、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たのち基材を除去することにより得られるもので、材質的に緻密、高純度で組織の均質性が高いという特徴がある。
【０００４】
ＣＶＤ法によるＳｉＣ成形体として、例えば特開昭６−２３９６０９号公報には０．６３２８ミクロンにおいて約２０cm-1以下の減衰定数を有する化学蒸着で堆積した自立β−ＳｉＣ。３ミクロンにおいて約２０cm-1以下の減衰定数を有する化学蒸着で堆積した自立β−ＳｉＣが提案されている。このＣＶＤ法によるＳｉＣ成形体は、純度の高い程得られるＳｉＣの光透過性が高いことが知られており、１００％の理論密度であり、高純度、すなわち５ppm 以下の金属不純物、好ましくは約３．５ppm 以下の金属不純物であることが開示されている。
【０００５】
しかしながら、このように高純度なＣＶＤ法によるＳｉＣ成形体が光透過性を有しているためＳｉＣ成形体を半導体製造装置や熱処理装置等の各種部材として使用する場合には、用途分野によってはＳｉＣの物理的性質が問題となることがある。例えば、半導体の製造プロセスには急速熱アニーリング（rapid thermal annealing)、急速熱クリーニング（rapid thermal cleaning）、急速熱化学気相堆積（rapid thermal chemical vapor deposition)、急速熱酸化(rapid thermal oxidation）、急速熱窒化(rapid thermal nitridation）などの急速に熱処理する工程（ＲＴＰと呼ばれる）があり、特開平９−２３７７８９号公報ではウエハ基板が高速加熱によっても面内均一性に優れた性状を呈するように遮蔽体としてＳｉＣにより構成することが提案されて、輻射熱に対して不透明な材質性状が要求されている。
【０００６】
また、このＲＴＰではウエハ基板に精確な温度管理が必要となるが、パイロメーターにより測温する場合にはウエハ基板の処理面とは反対の面に黒体キャビティを形成するときにウエハ基板を支持する部材などの光の透過率が高いと外乱光となって精確な温度管理が困難となる問題がある。そのため、特開平８−２５５８００号公報ではウエハ基板を支持する支持リングをシリコンや酸化珪素とし、支持リングを保持するシリンダはパイロメーターの周波数の範囲で不透明となるようシリコンをコートした石英製とすることが提案されている。
【０００７】
更に、特開平６−３４１９０５号公報では、加熱要素からもれた光が、反射キャビティに入るのを防止するために、隔壁やウエハを支持するガードリングがウエハに沿って配置されて、加熱要素からもれた光を吸収する黒色または灰色を有し、このガードリングはシリコンから作られることが提案されている。しかし、特開平６−３４１９０５号公報や特開平８−２５５８００号公報のシリコンやシリコンをコートしたものでは繰り返し使用するための酸洗浄に対する耐蝕性に劣り、コートしたシリコンの厚みが減少して光不透過性が減少する問題がある。
【０００８】
また、プラズマエッチング処理においてウエハのエッチング条件を安定化させるために用いるダミーウエハには光透過性が小さいことが要求される。ダミーウエハは搬送用ロボットで支持ボートに装着されるが、ダミーウエハの認識はレーザー光を照射することにより行われるので、ダミーウエハの光透過性が高いとロボットがウエハの位置を的確に認識することができず、反応装置内の所定の位置にダミーウエハを装着することが困難となる。
【０００９】
従来、ＣＶＤ−ＳｉＣ成形体の結晶形態はβ型であるため黄色を呈して光透過性を有するため、光透過性を低下させることが困難であった。例えば、光を表面で散乱して光透過性を低下させる手段として、表面を粗面化する方法があるが、波長９００nmの光を照射した場合、表面粗さＲａを１０nm以下の鏡面性状としたものは４０〜６０％の透過率を呈し、表面粗さＲａを３００〜５００nmとしたものでは０．３〜０．８％の透過率を呈して光透過度が低下するが、幅広い波長域において満足すべき光不透過性を有してるとはいえない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者らはＣＶＤ−ＳｉＣ成形体の性状と光特性との関係について研究した結果、ＳｉＣ成形体の材質組織として光を散乱・反射させる層が存在すると光透過性を低くできることを見出した。本発明はこの知見に基づいて開発されたものであり、その目的は高純度で耐熱性や強度特性に優れ、特に光不透過性に優れ、例えば遮蔽体やダミーウエハ等の半導体製造用の各種部材、あるいは熱処理装置用の各種耐熱部材等として好適に用いることのできる高純度なβ型結晶からなるＣＶＤ−ＳｉＣ成形体及びその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための請求項１によるＳｉＣ成形体の製造方法は、黒鉛基材面にＣＶＤ法によりＳｉＣ被膜を成膜後基材を除去するＣＶＤ−ＳｉＣ成形体の製造方法において、少なくとも異なる２つのＣＶＤ反応温度でＳｉＣ被膜を成膜し、かつ、１番目のＣＶＤ反応温度より、２番目のＣＶＤ反応温度を下げることにより、１番目のＣＶＤ反応温度によって形成される層の平均粒子径よりも２番目のＣＶＤ反応温度によって形成される層の平均粒子径が小さい粒子性状を有するＳｉＣ層を、ＣＶＤ−ＳｉＣ成形体の表面部あるいは内部に少なくとも１層形成した後、黒鉛基材を除去することを特徴とする。請求項２によるＳｉＣ成形体の製造方法は、請求項１において、前記１番目のＣＶＤ反応温度と前記２番目のＣＶＤ反応温度との差、（前記１番目のＣＶＤ反応温度−前記２番目のＣＶＤ反応温度）が２００〜３００℃であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３によるＳｉＣ成形体の製造方法は、黒鉛基材面にＣＶＤ法によりＳｉＣ被膜を成膜後基材を除去したＣＶＤ−ＳｉＣ成形体に、少なくとも異なる２つのＣＶＤ反応温度でＳｉＣ被膜を成膜し、かつ、１番目のＣＶＤ反応温度より、２番目のＣＶＤ反応温度を下げることにより、１番目のＣＶＤ反応温度によって形成される層の平均粒子径よりも２番目のＣＶＤ反応温度によって形成される層の平均粒子径が小さい粒子性状を有するＳｉＣ層を、ＣＶＤ−ＳｉＣ成形体の表面部あるいは内部に少なくとも１層形成することを特徴とする。
【００１３】
請求項４によるＳｉＣ成形体は、請求項１〜３のいずれかに記載のＳｉＣ成形体の製造方法で形成された、３００〜２５００ｎｍの波長域における光透過率が０．４％以下、２５００ｎｍを超える波長域における光透過率が２．５％以下であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明のＳｉＣ成形体は、ＣＶＤ法によって基材面に析出されたＳｉＣの被膜を成膜後基材を除去して得られるＣＶＤ−ＳｉＣ成形体であり、ＳｉＣ成形体の表面部あるいは内部に少なくとも１層の粒子性状の異なるＳｉＣ層を有しているものである。
【００１５】
ＣＶＤ法によりＳｉＣが析出し基材面にＳｉＣ被膜が形成される過程は、まず原料ガスが気相反応して基材面上にＳｉＣの核が生成し、このＳｉＣ核が成長してアモルファス質ＳｉＣになり、更に微細な多結晶質ＳｉＣ粒を経て柱状組織の結晶組織へ成長を続けてＳｉＣ被膜が形成される。したがって、ＣＶＤ−ＳｉＣ成形体の強度特性、熱的特性、光特性等の性状は基材面上に析出して形成されたＳｉＣ被膜の粒子性状により異なったものとなる。
【００１６】
例えば、平均粒子径が大きいＳｉＣ層から平均粒子径が小さいＳｉＣ層へ光が通過する場合、界面において複雑な光の散乱、屈折、反射等が起こって光透過性が低下する。また、平均粒子径が小さいＳｉＣ層から平均粒子径が大きいＳｉＣ層へ光が通過する場合も同様に光透過性が低下する。本発明のＳｉＣ成形体は、この粒子性状の異なるＳｉＣ層を成形体の内部あるいは表面部に少なくとも１層設けることにより光の散乱、屈折、反射等の光特性を変化させて低透過率としたものである。すなわち、異なる粒子性状のＳｉＣ層を設けることにより結晶組織に乱れが生じ、光透過率が低下する。
【００１７】
そして具体的には、３００〜２５００nmの波長域における光透過率が０．４％以下、２５００nmを超える波長域における光透過率が２．５％以下という、可視光領域から赤外光領域における光透過率が小さいＳｉＣ成形体を提供するものである。
【００１８】
本発明のＳｉＣ成形体を製造する際にＣＶＤ法によりＳｉＣを気相析出させてＳｉＣ被膜を成膜する基材には、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、黒鉛基材は可及的に不純物が少ない高純度の平坦性の高いものが好ましい。ＳｉＣ被膜を成膜後黒鉛基材を除去する方法は、黒鉛材を切削除去、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が、燃焼除去の操作が簡便であり好ましい。
【００１９】
ＣＶＤ−ＳｉＣ成形体は、黒鉛基材面にＣＶＤ法によりＳｉＣを気相析出させてＳｉＣ膜を被着し、ＳｉＣ被膜を成膜した後黒鉛基材を除去することにより製造される。ＣＶＤ法によるＳｉＣ被膜の成膜は、ＣＶＤ反応装置内に黒鉛基材をセットし、系内の空気を脱気したのち所定の温度に加熱し、水素ガスを送入して常圧水素ガス雰囲気に置換し、次いで水素ガスをキャリアガスとして、トリクロロメチルシラン、トリクロロフェニルシラン、ジクロロメチルシラン、ジクロロジメチルシラン等のハロゲン化有機珪素化合物を原料ガスとして送入し、気相熱分解反応させることによりＳｉＣを析出させて黒鉛基材面にＳｉＣ被膜を被着する方法で行われる。
【００２０】
ＳｉＣ被膜の成膜過程は、まず原料ガスが気相熱分解反応して黒鉛基材面にＳｉＣの核が生成し、このＳｉＣの核は成長してアモルファス質ＳｉＣとなり、次第に微細な多結晶質ＳｉＣ粒に成長する。更にＣＶＤ反応を継続すると微細多結晶質ＳｉＣ粒は柱状組織の結晶組織へと成長を続けてＳｉＣ膜が形成される。このようにＳｉＣ被膜は柱状組織の結晶組織からなるＳｉＣ粒子により形成されているので、ＳｉＣ粒子の粒子性状によりＣＶＤ−ＳｉＣ成形体の強度特性、熱的特性、光特性等の性状は異なったものとなる。
【００２１】
このＳｉＣ被膜を形成するＳｉＣ粒子の粒子性状はＣＶＤ反応条件を設定変更することにより変化させることができる。具体的には、例えば、原料ガスであるハロゲン化有機珪素化合物と還元剤である水素ガスとの混合割合、混合ガスの流量、ＣＶＤ反応温度や反応時間、ＣＶＤ反応装置の圧力等の条件を適宜に設定変更することにより粒子性状の異なるＳｉＣ粒子からなるＳｉＣ被膜を析出させることができる。
【００２２】
ＣＶＤ−ＳｉＣ成形体の表面部あるいは内部に粒子性状の異なるＳｉＣ層を少なくとも１層形成するためには、ＣＶＤ法によりＳｉＣ被膜を成膜する過程において、上記のＣＶＤ反応条件を適宜設定変更することにより形成することが可能である。例えば、図１に例示したようにＣＶＤ−ＳｉＣ成形体を構成するＳｉＣ被膜を成膜するＣＶＤ反応条件で所定時間ＣＶＤ反応を行ったのち、反応温度を下げて一定時間ＣＶＤ反応を行い、次いで反応温度を前の条件に戻してＣＶＤ反応を行うことにより、内部に平均粒子径の小さな粒子性状を有するＳｉＣ層を１層形成した後、黒鉛基材を除去することによりＳｉＣ成形体を製造することができる。同様にして、表面部や内部に２層以上の粒子性状の異なるＳｉＣ層を形成したＳｉＣ成形体を製造することも可能である。なお、ＳｉＣ層の厚さは目的に応じて適宜に設定される。
【００２３】
あるいは、図２に例示したように、先ずＣＶＤ−ＳｉＣ成形体を構成するＳｉＣ被膜を成膜するＣＶＤ反応条件で所定時間ＣＶＤ反応を行ったのち黒鉛基材を除去し、得られたＣＶＤ−ＳｉＣ成形体を基材としてその上にＣＶＤ反応温度を変えて平均粒子径の異なるＳｉＣ層を形成することにより本発明のＳｉＣ成形体を製造することができる。
【００２４】
このようにして製造したＳｉＣ成形体は、例えば、密度が3.2g/cm3以上、熱伝導率が220W/mK 以上、熱膨張係数が3.5 〜4.2 ×10-6/K（室温〜1000℃）等の性状を示し、高エネルギーの照射光を受けても安定であり、また金属不純物の含有量も極めて少なく、全反射蛍光Ｘ線による分析値でも 1×1010atom/cm2以下である。したがって、高純度で耐熱性や強度特性に優れるとともに光透過性が小さいＳｉＣ成形体を得ることができる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して具体的に説明する。
【００２６】
比較例
嵩密度１．８ g/cm3、熱膨張係数３．９×１０-6／Ｋ、灰分２０ ppm以下の等方性黒鉛材を直径２０２mm、厚さ５mmに加工して基材を作製した。この黒鉛基材をＣＶＤ反応装置の石英反応管内にセットして、系内を水素ガスで置換後、原料ガスにトリクロロメチルシランを、キャリアガスに水素ガスを用いて、混合ガス中のトリクロロメチルシランの濃度を７．５ vol％、混合ガスを１９０l/min の流量で反応管内に送入した。ＣＶＤ反応温度を１４００℃、反応時間を２５時間に設定してＣＶＤ反応を行って平均粒子径８μm のＳｉＣ被膜を黒鉛基材面に成膜した。次いで、空気中で加熱して黒鉛基材を燃焼除去したのち、研磨加工して平滑化し、直径２００mm、厚さ０．５mmの円板状のＳｉＣ成形体を製造した。
【００２７】
実施例１
ＣＶＤ反応条件として反応温度１４００℃で１２時間行ったのち、反応温度を１１００℃に下げて１時間ＣＶＤ反応を行って平均粒子径１．５μm のＳｉＣ被膜を成膜し、次いで再び反応温度を１４００℃に戻して１２時間ＣＶＤ反応を行ってＳｉＣ被膜を成膜したほかは、比較例と同一の方法でＳｉＣ成形体を製造した。
【００２８】
実施例２
ＣＶＤ反応を温度１４００℃で８時間行ったのち、反応温度を１２００℃に下げて１時間平均粒子径２．１μm のＳｉＣ被膜を成膜し、温度を１４００℃に戻して７時間、再び温度を１２００℃に下げて１時間、次いで温度を１４００℃に戻して８時間ＣＶＤ反応を行ってＳｉＣ被膜を成膜したほかは、比較例と同一の方法でＳｉＣ成形体を製造した。
【００２９】
実施例３
ＣＶＤ反応を温度１４００℃で２４時間行ったのち、反応温度を１１００℃に下げて１時間行ったほかは、比較例と同一の方法でＳｉＣ成形体を製造した。
【００３０】
このようにして製造したＳｉＣ成形体について、島津製作所製自記分光光度計を用いて光透過率を測定し、得られた結果をＣＶＤ法によるＳｉＣ被膜の成膜条件とともに表１及び図３〜５に示した。
【００３１】
【表１】
0004043003.tif 000002
【００３２】
表１の結果から、ＣＶＤ法により作製したＳｉＣ成形体の表面部あるいは内部に少なくとも１層の粒子性状の異なるＳｉＣ層を形成した実施例１〜３のＳｉＣ成形体は、３００〜２５００nmの波長域における光透過率が０．１〜０．４％、２５００〜３２００nmの波長域における光透過率が１．８〜２．０％であって、比較例に比べて可視光線から赤外線までの波長域における光透過率が低いことが判る。
【００３３】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によればＣＶＤ−ＳｉＣ成形体の表面部あるいは内部に少なくとも１層の粒子性状の異なるＳｉＣ層を有するので光の透過が抑制され、緻密、高純度で耐熱性や強度特性に優れるとともに光透過性が低いＳｉＣ成形体が提供される。また、その製造方法によればＣＶＤ反応条件を設定変更することにより、光透過性の低いＳｉＣ成形体を容易に製造することが可能である。したがって、均熱リングやダミーウエハ等の半導体製造用の各種部材をはじめ熱処理装置用の耐熱部材として好適に用いられるＳｉＣ成形体及びその製造方法として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＳｉＣ成形体の製造プロセスを示したフローチャートである。
【図２】本発明のＳｉＣ成形体の他の製造プロセスを示したフローチャートである。
【図３】実施例２のＳｉＣ成形体について光の波長と光透過率との関係を示したグラフである。
【図４】実施例３のＳｉＣ成形体について光の波長と光透過率との関係を示したグラフである。
【図５】比較例のＳｉＣ成形体について光の波長と光透過率との関係を示したグラフである。
【図１】
0004043003.tif 000003
【図２】
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【図３】
0004043003.tif 000005
【図４】
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【図５】
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