(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面および下面が曲率半径２０００〜１２０００ｍｍの凸形状の曲面からなり、側面部に円周方向に沿って溝を形成した円盤形状の黒鉛材を基体とし、該基体表面にＣＶＤ法により炭化珪素を析出被着させた後、基体を除去することを特徴とする炭化珪素成形体の製造方法。
【請求項２】
熱膨張係数が３〜５×１０−６／℃（室温〜４５０℃）、曲面の曲率半径が４０００〜１００００ｍｍの円盤形状の黒鉛材を基体とする請求項１記載の炭化珪素成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高純度で緻密性、耐蝕性等に優れ、反りや亀裂のない炭化珪素成形体、例えばダミーウエハやサセプター等の半導体製造に用いられる各種部材として有用な炭化珪素成形体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭化珪素は耐熱性、高温強度、耐熱衝撃性、耐摩耗性、耐蝕性等の材質特性に優れており、半導体製造用の部材をはじめ各種工業用の部材として有用されている。炭化珪素成形体の製造方法としては古くから炭化珪素粉末を焼結する方法があるが、炭化珪素は難焼結性材料であり、緻密で表面平滑な成形体を得ることが困難である。そのため、焼結法で製造される炭化珪素成形体は、特に高純度が要求される半導体分野での使用には適さない欠点がある。
【０００３】
この点、ＣＶＤ法（化学的気相蒸着法）を利用する炭化珪素成形体の製造方法は、原料ガスを気相反応させて基体面上に炭化珪素生成物を析出させて被膜を生成したのち基体を除去するもので、緻密で高純度の炭化珪素成形体を得ることができる。また、基体は切削や研磨等により除去されるが、基体に炭素材を用いると空気中で熱処理することにより容易に除去できるのでプロセスを簡易化できる利点がある。
【０００４】
ＣＶＤ法による炭化珪素成形体として、例えば特開平７−１８８９２７号公報にはＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 等の耐熱セラミック材料からなるＣＶＤ自立膜構造体において、結晶粒の配向がランダムになっていることを特徴とするＣＶＤ自立膜構造体が開示されている。この発明は、ＣＶＤ自立膜構造体を再結晶温度以上の温度で更に熱処理して結晶粒の配向をランダムにするもので、機械的強度の異方性の減少を図るものである。
【０００５】
また、ＣＶＤ法による炭化珪素成形体の製造方法として、基体の表面に化学蒸着法により炭化珪素膜を形成し、前記基体を除去して得られた炭化珪素基板の両面に、更に炭化珪素膜を形成することを特徴とする化学蒸着法による炭化珪素成形体の製造方法（特開平８−188408号公報）、基体の表面に化学蒸着法により炭化珪素膜を形成し、前記基体を除去することにより、炭化珪素成形体を製造する方法において、化学蒸着法により炭化珪素層を形成し、次いで該炭化珪素層の表面を平坦化する工程を複数回繰り返すことにより、各層の厚みが１００μm 以下の炭化珪素層を所望厚み以上に積層した後、基体を除去することを特徴とする化学蒸着法による炭化珪素成形体の製造方法（特開平８−188468号公報）が提案されている。
【０００６】
上記の特開平８−１８８４０８号公報および特開平８−１８８４６８号公報の発明は、炭化珪素成形体に発生する亀裂や反りの抑制を目的として、ＳｉＣ膜を所望厚みまで一気に形成せずに途中で止め、ＳｉＣ膜に蓄積される内部応力を最小限に抑えることにより結晶粒の大きさがそろい、膜表面の凹凸度合いを減少させたＳｉＣ膜を基板として、その上面と下面の両面にＳｉＣ膜を形成する、あるいはＳｉＣ層形成を初期段階で止めて、層表面を平坦化する工程を複数回繰り返すものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この特開平８−１８８４０８号公報、同８−１８８４６８号公報の製造方法は、ＣＶＤ法で形成するＳｉＣ膜を所望の膜厚にまで一気に形成することなく途中で止め、また平坦化処理するなど工程が煩雑化し、製造効率が低下する問題点がある。
【０００８】
本発明者らは、基体となる黒鉛材を特殊な形状とすることにより、ＣＶＤ法により形成するＳｉＣ膜に発生する亀裂や反りを抑制することが可能であることを見い出した。
【０００９】
本発明は上記の知見に基づいて開発されたものであり、その目的は煩雑な工程を必要とすることなく、ＣＶＤ法により亀裂および反りが少なく、表面平滑な炭化珪素成形体を能率よく製造する方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するたの本発明による炭化珪素成形体の製造方法は、上面および下面が曲率半径２０００〜１２０００ｍｍの凸形状の曲面からなり、側面部に円周方向に沿って溝を形成した円盤形状の黒鉛材を基体とし、該基体表面にＣＶＤ法により炭化珪素を析出被着させた後、基体を除去することを構成上の特徴とする。また、基体となる黒鉛材は熱膨張係数が３〜５×１０−６／℃（室温〜４５０℃）、曲面の曲率半径が４０００〜１００００ｍｍの円盤形状であることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明においては基体の材質として空気中で熱処理することにより容易に除去することのできる炭素系、特に黒鉛材が好適に用いられる。ＣＶＤ法により黒鉛材表面に炭化珪素を気相析出させてＳｉＣ膜を被着する場合、黒鉛材とＳｉＣ膜の熱膨張係数の相違から黒鉛材部およびＳｉＣ膜部には押し広げようとする引っ張り応力や押し縮めようとする圧縮応力が働き、これらの内部応力が蓄積されていく。したがって、ＳｉＣ膜形成時の加熱時やＳｉＣ膜形成後の冷却時に、これら内部応力によってＳｉＣ膜に亀裂が生じたり、反りが発生することとなる。
【００１２】
例えば、基体として平板形状の黒鉛材を用い、黒鉛材の熱膨張係数をα1 、ＣＶＤ法で析出したＳｉＣ膜の熱膨張係数をα2 として、α1 ＞α2 の場合は、ＳｉＣ膜形成時には黒鉛材には引っ張り応力が働き、一方ＳｉＣ膜には圧縮応力が作用するので、全体として凸形状に反りが発生する。
【００１３】
また、ＣＶＤ法により析出するＳｉＣ膜の形成過程は、基体上でまずＳｉＣの核が生成してアモルファス質あるいは微粒多結晶に成長し、更に柱状組織の結晶組織に成長を続けてＳｉＣ膜が析出被着する。この基体と接するアモルファス質あるいは微粒多結晶のＳｉＣ膜の熱膨張係数は柱状組織の結晶組織の熱膨張係数に比べて小さいために、基体である黒鉛材を空気中で加熱して燃焼除去する場合にはアモルファス質あるいは微粒多結晶部では圧縮応力が、柱状組織の結晶組織部では引っ張り応力がそれぞれ作用するので、ＳｉＣ膜形成時とは逆に全体として凹形状に反りが発生することとなる。
【００１４】
逆に、α1 ＜α2 の場合には内部応力は反対方向に作用することになるので、ＳｉＣ膜形成時には全体として凹形状に反りが発生し、更に黒鉛材の基体を燃焼除去する際に、凹形状の反りは一層増大することになる。このように黒鉛材を基体としてＣＶＤ法によりＳｉＣ膜を形成し、次いで黒鉛基体を燃焼除去すると熱膨張係数の値に係わらず蓄積された内部応力により全体として凹方向の力が作用することとなる。更に、この内部応力の作用により基体の表面上に一体的に析出被着したＳｉＣ膜には亀裂が生じ易くなる。
【００１５】
本発明は、黒鉛基体の形状を図１に示すように上面および下面を凸形状の曲面状とすることにより、内部応力によりＳｉＣ膜に凹方向の力が作用しても凹形状の反りの程度を緩和することができる。図１において、１は円盤形状の黒鉛基体で、その上面２および下面３は曲率半径ｒの凸形状の曲面に形成されている。４は黒鉛基体の側面部で、側面部には円周方向に沿って幅ｗ、深さｄの溝５が形成されている。
【００１６】
この黒鉛基体１をＣＶＤ反応装置にセットしてＳｉＣ膜を形成すると、図２に示すように上面２および下面３の曲面部および側面部４にはＳｉＣ膜６が均一に析出被着するが溝５にはＣＶＤ反応ガスの拡散が少ないので、溝の奥部にはＳｉＣ膜が析出され難い。図３、図４にＳｉＣ膜が析出被着した黒鉛基体１の側面部４の部分拡大図を示した。溝５のない黒鉛基体１には図３に示すように黒鉛基体１の表面には全面に均一にＳｉＣ膜６が析出するが、溝５を形成することにより図４に示すように溝５の奥部にはＳｉＣ膜６は析出され難くなる。すなわち、基体側面部に円周方向に沿って溝を設けることによりＳｉＣ膜を黒鉛基体の全表面に一体的に析出被着することが抑止され、その結果内部応力によるＳｉＣ膜の亀裂発生を抑制することができる。この場合、溝部への反応ガスの拡散を効果的に防止するためには、溝の幅ｗは０．５〜５mm、深さｄは５mm以上に設定することが好ましい。
【００１７】
黒鉛基体の上面および下面の凸形状の曲面は、凹方向の反りを効果的に緩和するために熱膨張係数との関係において適度の曲率半径に設定される。黒鉛材の熱膨張係数は原料コークスや製造条件等により異なるが、本発明においては基体として熱膨張係数が３〜５×１０-6／℃（室温〜４５０℃）の範囲にある汎用の黒鉛材が用いられ、黒鉛材は図１に示すように上面および下面が凸形状の曲面に加工される。この場合、炭化珪素成形体の凹形状の反りを小さく抑えるためには、曲面の曲率半径を４０００〜１００００mmの範囲に設定することが望ましい。
【００１８】
このように上面および下面が凸形状の曲面からなり、側面部に円周方向に沿って溝を形成した円盤形状の黒鉛材を基体として、ＣＶＤ法によりその表面に炭化珪素を析出被着させてＳｉＣ膜を形成する。ＣＶＤ法によるＳｉＣ膜の形成はＣＶＤ反応装置内に黒鉛基体をセットし、水素ガスをキャリアガスとし、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、クロロトリメチルシランなどの原料ガスを送入して反応させることにより行われる。ＣＶＤ反応は大気圧下に、原料ガスと水素ガスとの混合ガスを１２００〜１５００℃の温度に加熱し、適宜時間反応させることによって所定厚さのＳｉＣ膜が形成される。
【００１９】
ＳｉＣ膜を形成した黒鉛基体は、図５に示すように側面端部を切断して黒鉛基体を露出させたのち、横断方向に切断して上下に２つ割りにしたのち、黒鉛基体を除去することにより炭化珪素成形体を得ることができる。黒鉛基体の除去は黒鉛材を切削除去する方法、空気中で加熱して黒鉛材を燃焼除去する方法等適宜な方法で行われるが、燃焼除去の操作が簡便であり好ましい。なお、黒鉛基体を除去した後、研磨処理して面を平滑化することが望ましい。
【００２０】
本発明の炭化珪素成形体の製造方法によれば、上面および下面を凸形状の曲面とし、その側面部に円周方向に沿って溝を形成した円盤形状の黒鉛材を基体としてＣＶＤ反応により基体表面に炭化珪素を析出被着させた後、黒鉛基体を除去するものであるから、凹方向に作用する内部応力を巧みに緩和することができ、更に基体表面に析出被着するＳｉＣ膜が一体的に形成することを防止できるので、反りおよび亀裂の少ない炭化珪素成形体を製造することが可能となる。更に、窒化珪素などＣＶＤ法により形成可能な自立性の膜を製造する場合においても本発明の製造方法を適用することが有効である。
【００２１】
【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。
【００２２】
実施例１〜１４
熱膨張係数が異なる黒鉛材を用いて上下両面を凸形状の曲面状に加工し、直径２０２．０mm、側面部の厚さ６．０mmの円盤形状に作製した。また、側面部の中央部を切削加工して、円周方向に沿って幅２．０mm、深さ３０．０mmの溝を形成した。このようにして作製した曲面部の曲率半径の異なる円盤形状の黒鉛材を基体としてＣＶＤ反応を行った。ＣＶＤ反応は基体をＣＶＤ装置の石英反応管内にセットし、大気圧下に反応温度１４００℃で、トリクロロメチルシランと水素との混合ガス（トリクロロメチルシランの濃度７．５ vol％）を１９０l/min の流量で送入し、２５時間ＣＶＤ反応を行って炭化珪素を析出被着させて厚さ１．１mmのＳｉＣ膜を形成した。このＳｉＣ膜の熱膨張係数は３．５×１０-6／℃であった。次いで、基体の側面端部を切断して黒鉛材を露出させたのち、基体を横断方向に切断して２分割した。その後、空気中で加熱して黒鉛基体を燃焼除去し、更に両面を研磨加工して、直径２００  mm、厚さ０．５mmの平板状の炭化珪素成形体を製造した。
【００２３】
比較例１〜８
実施例と同一の黒鉛材を用いて、上下両面を凸形状の曲面状に加工せずに平板状として側面部に実施例と同一の円周方向に沿って溝部を形成した黒鉛材、溝部を形成せずに上下両面を凸形状の曲面状に加工した黒鉛材、および上下両面を凸形状の曲面状に加工せずに平板状とし側面部に溝を形成しない黒鉛材、をそれぞれ基体として実施例と同一の方法ならびに同一の条件によりＣＶＤ反応により炭化珪素を析出被着した。形成されたＳｉＣ膜の厚さは１．１mm、熱膨張係数は３．５×１０-6／℃であった。次いで、実施例と同一の方法により平板状の炭化珪素成形体を製造した。
【００２４】
このようにして得られた炭化珪素成形体について、三次元形状測定機を用いて反り量を測定し、また顕微鏡により表面の亀裂発生状況を観察した。得られた結果を曲面の曲率半径、溝形成の有無などとともに表１に示した。
【００２５】
【表１】
0003811540.tif 000002
【００２６】
表１の結果から、上面および下面を凸形状の曲面状に加工し、また側面部に円周方向に沿って溝を形成した円盤形状の黒鉛材を基体として、ＣＶＤ法により基体上に炭化珪素を析出被着させた後、黒鉛基体を除去して製造された実施例の炭化珪素成形体は、いずれも反りが少なく、また亀裂の発生も認められない。更に、熱膨張係数と曲率半径を望ましい最適な条件に選択した実施例１、４、８では反り量が０．３mm以内の平坦な成形体を製造できる。これに対して、側面部に溝を形成しない基体を用いた比較例１〜４の方法で得られた炭化珪素成形体は亀裂が発生しており、また基体の上面および下面を凸形状の曲面状に加工しない比較例５〜７では炭化珪素成形体の反り量が大きいことが判る。更に、上下両面を凸形状の曲面に加工せず、側面部に溝を形成しない比較例８では反り量および亀裂の発生ともに大きいことが認められる。なお、実施例においても曲率半径が４０００〜１００００mmの範囲を外れる実施例９〜１４では反り量が若干増大する傾向が認められる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、反り量が少ない平坦性に優れ、かつ亀裂発生のない炭化珪素成形体を製造することが可能となる。したがって、ダミーウエハやサセプター等の半導体製造に用いられる各種部材をはじめ耐熱性、耐蝕性等が要求される工業用材料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】本発明の製造方法に用いる円盤形状の黒鉛基体の断面図である。
【図２】円盤形状の黒鉛基体の表面に析出被着したＳｉＣ膜の状態を模式的に示した断面図である。
【図３】円周方向に沿って溝を形成しない黒鉛基体にＳｉＣ膜を析出被着した基体側面部の部分拡大図である。
【図４】円周方向に沿って溝を形成した黒鉛基体にＳｉＣ膜を析出被着した基体側面部の部分拡大図である。
【図５】ＳｉＣ膜を形成した黒鉛基体を横断方向に切断して上下に２分割した状態を模式的に例示した断面図である。
【符号の説明】
１  円盤形状の黒鉛基体
２  黒鉛基体上面の凸形状の曲面
３  黒鉛基体下面の凸形状の曲面
４  黒鉛基体の側面部
５  黒鉛基体の側面部に円周方向に沿って形成した溝
６  ＳｉＣ膜
【図１】
0003811540.tif 000003
【図２】
0003811540.tif 000004
【図３】
0003811540.tif 000005
【図４】
0003811540.tif 000006
【図５】
0003811540.tif 000007