(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＶＤ法により作製され、結晶面(111) に対する(200) 、(220) 、(311) 面のＸ線回折による回折ピークの強度比が１００：４５〜５５：１５〜２５：３５〜４５の結晶性状を備えたＣＶＤ−ＳｉＣ成形体を母材とし、その表面部あるいは内部に結晶面(111) に対する(200) 、(220) 、(311) 面のＸ線回折による回折ピークの強度比が１００：１〜１０：１〜５：１〜６の結晶性状を有するＣＶＤ−ＳｉＣ層が少なくとも１層形成されてなり、ＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さがＣＶＤ−ＳｉＣ成形体の厚さの１０〜５０％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、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サセプター等の各種部材として好適に用いることのできるＳｉＣ成形体に関する。
【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。ＣＶＤ法による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作製されるもので、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。
【０００３】
このＣＶＤ−ＳｉＣ成形体は純度の高い程、光の透過性が高いことが知られており、半導体製造装置や熱処理装置などの部材として使用する場合に用途分野によっては光透過性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）がある。
【０００４】
このＲＴＰではウエハ基板の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がある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おり、また特開平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。
【０００５】
しかしながら、特開平６−３４１９０５号公報や特開平８−２５５８００号公報に開示されている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るため、コートしたシリコンの厚みが次第に減少して光不透過性が低下する問題点がある。
【０００６】
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やＣＶＤ処理においてウエハの条件を安定化させるために用いられ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。すなわち、ウエハは搬送用ロボットで支持ボートに装着されるが、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、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ウエハを装着することが困難となる問題点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の問題点を排除するために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、光透過性の低いＳｉＣ成形体として本出願人はＣＶＤ法により得られるＣＶＤ−ＳｉＣ成形体であって、そ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、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（特願平10−42906 号）やＣＶＤ法により得られるβ型結晶からなるＣＶＤ−ＳｉＣ成形体であって、その表面部あるいは内部に厚さ2 〜20μm の可視光不透過性ＣＶＤ−ＳｉＣ層が少なくとも１層形成されてなり、300 〜2500nmの波長域における光透過率が0.4 ％以下であることを特徴とするＳｉＣ成形体（特願平10−294959号）を開発、提案した。
【０００８】
上記の発明は、ＣＶＤ−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結果に基づくものであり、本発明者はこれらの知見を基に更に研究を進めた結果、ＣＶＤ−ＳｉＣ成形体中に結晶構造の乱れを形成すると、効果的に光透過率を低下させ得ることを見出した。本発明はこの知見に基づいて開発されたものであって、その目的は光不透過性に優れ、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、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サセプター等の各種部材として好適に用いることのできるＳｉＣ成形体を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明によるＳｉＣ成形体は、ＣＶＤ法により作製され、結晶面(111) に対する(200) 、(220) 、(311) 面のＸ線回折による回折ピークの強度比が１００：４５〜５５：１５〜２５：３５〜４５の結晶性状を備えたＣＶＤ−ＳｉＣ成形体を母材とし、その表面部あるいは内部に結晶面(111) に対する(200) 、(220) 、(311) 面のＸ線回折による回折ピークの強度比が１００：１〜１０：１〜５：１〜６の結晶性状を有するＣＶＤ−ＳｉＣ層が少なくとも１層形成されてなり、ＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さがＣＶＤ−ＳｉＣ成形体の厚さの１０〜５０％であることを構成上の特徴とする。
【００１０】
【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ＳｉＣを析出させ、析出したＳｉＣの被膜を形成したのち基材を除去することにより作製されるＣＶＤ−ＳｉＣ成形体を母材として、この母材の表面部あるいは内部に母材とは結晶性状の異なる、すなわち結晶構造の乱れたＣＶＤ−ＳｉＣ層を少なくとも１層形成した組織性状からなるものである。
【００１１】
ＣＶＤ法によるＳｉＣ被膜の形成は１分子中にＳｉ原子とＣ原子とを含む、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 などの炭素化合物とを加熱反応させる方法、などにより基材面上にＳｉＣを析出させることにより行われる。
【００１２】
基材面にＳｉＣ被膜が形成されるプロセスは、原料ガスが気相反応によりＳｉＣを析出して基材面上にＳｉＣの核が生成し、このＳｉＣ核が成長してアモルファス質ＳｉＣに変化し、更に微細な多結晶質ＳｉＣ粒を経て柱状組織の結晶組織へと成長を続けてＳｉＣ被膜が形成されるものである。したがって、ＣＶＤ−ＳｉＣ成形体の強度特性、熱的特性、光特性などの性状は基材面上に析出して形成されたＳｉＣ被膜の結晶性状により異なったものとなる。
【００１３】
例えば、ＣＶＤ−ＳｉＣ成形体の組織中に結晶構造の異なる層、すなわち結晶構造の乱れたＳｉＣ層が存在すると結晶組織が変化する界面において光特性が変化して複雑な光の屈折、散乱、反射などの現象が生じて光の一部が閉じ込められることとなり、光の透過能の減少、すなわち光不透過性の増大が図られることとなる。
【００１４】
本発明のＳｉＣ成形体は、母材であるＣＶＤ−ＳｉＣ成形体の結晶構造をＸ線回折による結晶面(111) に対する(200) 、(220) 、(311) 面の回折ピークの強度比を１００：４５〜５５：１５〜２５：３５〜４５の結晶性状とし、結晶構造の異なるＣＶＤ−ＳｉＣ層としてＸ線回折による結晶面(111) に対する(200) 、(220) 、(311) 面の回折ピークの強度比を１００：１〜１０：１〜５：１〜６の結晶性状に特定することにより光透過性の減少、すなわち光不透過性の増大を図るものである。なお、Ｘ線回折により求める回折ピーク値はＣｕのＫαで測定した値である。
【００１５】
この結晶性状の異なるＣＶＤ−ＳｉＣ層は母材の表層部あるいは内部に少なくとも１層形成することにより光透過性を減少させることができるが、ＣＶＤ−ＳｉＣ層を２〜３層に分散させて形成すると光透過性をより減少させることができるので好ましい。また、形成するＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さはＳｉＣ成形体の厚さの１０〜５０％の範囲に設定される。ＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さが１０〜５０％の範囲であると、光の屈折、散乱、反射などの光特性の変化がより効果的に起こるため光透過性を低下することができる。
【００１６】
ＳｉＣ成形体は、除去可能な基材面にＣＶＤ反応によってＳｉＣを析出させてＳｉＣ被膜を被着形成したのち、基材を除去することにより作製される。除去可能な基材としては、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い。ＳｉＣ被膜を形成後、基材を除去する方法は、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。
【００１７】
ＣＶＤ反応は、反応炉内に例えば黒鉛基材をセットして系内の空気を排気したのち加熱して所定の温度に保持し、次いで水素ガスを送入して常圧水素ガス雰囲気に置換した後、水素ガスをキャリアガスとしてＣＨ3 ＳｉＣｌ3 、（ＣＨ3 ）3 ＳｉＣｌ、ＣＨ3 ＳｉＨＣｌ2 などのハロゲン化有機珪素化合物を原料ガスとして送入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 などの炭素化合物とを送入して加熱反応させる方法、などにより黒鉛基材面上にＳｉＣ被膜を被着形成する。ＳｉＣ被膜を形成したのち黒鉛基材を除去することにより母材となるＣＶＤ−ＳｉＣ成形体が作製される。
【００１８】
このＳｉＣ被膜を形成する過程において、ＣＶＤ反応条件、例えばハロゲン化有機珪素化合物と水素ガス、あるいは珪素化合物と炭素化合物との混合比、送入量、反応温度、反応時間、反応炉内圧力などを適宜な値に設定制御することにより母材の表層部あるいは内部に結晶性状の異なるＣＶＤ−ＳｉＣ層を少なくとも１層形成することができる。例えば、母材を作製するＣＶＤ反応条件で所定時間反応させて基材面に所望膜厚のＳｉＣ被膜を被着形成したのち、ＣＶＤ反応条件を設定変更して所定時間ＣＶＤ反応を行って結晶性状の異なるＣＶＤ−ＳｉＣ層を形成し、次いで母材作製時のＣＶＤ反応条件に戻して所定時間ＳｉＣ被膜を被着形成した後、基材を除去することにより母材内部に結晶性状の異なるＣＶＤ−ＳｉＣ層が１層形成されたＣＶＤ−ＳｉＣ成形体を得ることができる。
【００１９】
【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。
【００２０】
実施例１
直径２０２mm、厚さ６mmの高純度等方性黒鉛材（灰分 10ppm以下）を基材として、この黒鉛基材をＣＶＤ反応装置のチャンバー内にセットして加熱した。チャンバー内を水素ガスで置換後、原料ガスにＣＨ3 ＳｉＣｌ3 、キャリアガスに水素ガスを用い、混合ガス中のＣＨ3 ＳｉＣｌ3 の濃度を７．５vol ％に設定して１９０ l/minの流量でチャンバー内に送入し、１４００℃の温度で１４時間、次いで１３００℃の温度で２時間、再び１４００℃の温度で１４時間ＣＶＤ反応を行って黒鉛基材面にＳｉＣ被膜を被着した。次いで、横断方向に切断したのち空気中で加熱して黒鉛基材を燃焼除去し、更に表面を研磨加工して直径２００mm、厚さ０．５mmのＳｉＣ成形体を作製した。このようにして、内部に結晶性状の異なるＣＶＤ−ＳｉＣ層を１層形成したＣＶＤ−ＳｉＣ成形体を作製した。
【００２１】
実施例２〜８、比較例４〜５
ＣＶＤ反応の反応温度及び時間を設定変更したほかは、実施例１と同じ方法によりＳｉＣ成形体を作製した。
【００２２】
比較例１〜３
ＣＶＤ反応の反応温度を一定とし、反応時間を設定変更したほかは、実施例１と同じ方法によりＳｉＣ成形体を作製した。
【００２３】
このようにして作製したＳｉＣ成形体のＣＶＤ反応条件を対比して表１に示した。また島津製作所製自記分光光度計を用いて波長０．５、２及び１０μm の光に対する光透過率の測定、及びＸ線回折により結晶面 (111) (200) (220) (311)面の回折強度の相対比率を測定した。なお、内部に形成したＣＶＤ−ＳｉＣ層のＸ線回折は表面を研磨加工して内部のＣＶＤ−ＳｉＣ層を露出させて測定した。得られた結果を表２に示した。
【００２４】
【表１】
0003857446.tif 000002
【００２５】
【表２】
0003857446.tif 000003
【００２６】
表１、２の結果から、反応温度１４００℃で形成したＣＶＤ−ＳｉＣ成形体の母材の中央部に反応温度１３００℃で形成したＣＶＤ−ＳｉＣ層を１層形成し、その厚さがＣＶＤ−ＳｉＣ成形体の２０％である実施例１では光透過率は０．３％以下と低い値を示し、ＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さが５０％である実施例２では光透過率は更に低下することが判る。なお、ＣＶＤ−ＳｉＣ層を形成する反応温度が１３５０℃とＣＶＤ−ＳｉＣ成形体の形成温度である１４００℃との差が小さい実施例３、４では結晶構造の乱れがやや少なくなるために実施例１、２に比べて光透過率の低下が少なくなる傾向が認められる。また、ＣＶＤ−ＳｉＣ層を２層形成した実施例５〜８では光透過率がより低下することが認められる。これに対して、ＣＶＤ−ＳｉＣ層を形成しない比較例１〜３では光透過率の低下は認められず、またＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さが小さい比較例４、５では光透過率を充分に低下させることができないことが判る。
【００２７】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明のＳｉＣ成形体によれば母材であるＣＶＤ−ＳｉＣ成形体の表面部あるいは内部に結晶構造が乱れた特定の結晶性状を有するＣＶＤ−ＳｉＣ層が少なくとも１層形成され、またその厚さを特定することにより、光透過率を効果的に低下させることができる。したがって、光不透過性に優れ、遮蔽体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各種耐熱部材等として好適に用いることが可能となる、