JPS6345188A - ガラス状炭素被覆体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体の製造工程に於て使用されるサセプター
、黒鉛ヒーター等の半導体処理治具の構成材料として用
いられるガラス状炭素被覆体に関する。

〔従来の技術〕

サセプター、黒鉛ヒーターなどはシリコンなどの半導体
を製造する際に欠くことのできないものである。

例えば、サセプターは高純度のシリコン基板等の製品に
接触するため、その製品を汚染しないと云う特性が要求
される。又、高温に於ける塩化水素雰囲気での耐エツチ
ング性、はぼ１２００°Ｃまでの繰返し使用に耐える耐
熱衝撃性も要求される。

更に、チョクラルスキー法などで使用される黒鉛ヒータ
ーは、その加熱温度が１６００’Ｃを越えるので、黒鉛
中に含まれる金属などの不純物が揮散し易く、シリコン
などの半導体製品を汚染すると云う欠点があった。

この欠点を補うものとして、従来から炭素成形品、着し
くはセラミックス成形品の上に化学気相蒸着（ＣＶＤ　
）法による炭化ケイ素を被覆した被覆体が使用されてい
る（参考文献；特開昭５６−１０９２１号公報）。

しかし、炭化ケイ素被僅体は、炭化ケイ素皮膜と、炭素
若しくはセラミックスとの熱膨張係数が異なっているた
め、繰返し使用による熱サイクルにより皮膜にクラック
が発生し、そのクラックを通して炭素若しくはセラミッ
クス成型品から不椋物が浸み出し、製品を汚染すると云
う欠点を有していた。

これ等の欠点を克服する手段として、炭素又）１セラミ
ック成形品にガラス状炭素を被覆する提案がある（特公
昭５２−３９６８４号公報）。

この方法で得られるガラス状炭素被覆体は、上記炭化ケ
イ素被覆体と比較して皮膜の均一性が優れており、更に
皮膜の厚味が１０μｍと、炭化ケイ素皮獲の約１００μ
ｍと比較して薄いため、熱サイクルによるクラック、剥
離が生じ難いという数々の利点を有している。

しかしながら、上記のガラス状炭素被覆体は、膜厚が薄
いが故に、例えば、サセプターとして使用する場合、水
素雰囲気中で１０００°Ｃ以上の高温に加熱されるので
該ガラス状炭素と水素が叉応して炭化水素ガスが発生す
る。

従って、長時間使用すると、該ガラス状炭素皮膜が消耗
し、基材の黒鉛が露出してしまい、黒鉛基材からの不純
物が放出されて、半導体製品を汚染することになる。

又、上記黒鉛の露出を防ぐために、該ガラス状炭素皮膜
の厚さを厚くすると、これを急熱急冷等の苛酷な条件で
、使用した場合、ガラス状炭素皮膜に、剥離およびクラ
ックが発生すると云５欠点があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上記欠点を解消し、長時間の使用に討え、かつ
、急熱急冷の条件で使用しても剥離またはクラックが生
じないガラス状炭素被覆体を提供することを目的として
いる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは説意研究を重ねた結果、上記のガラス状炭
素皮膜を厚くした場合に剥離およびクラックが発生する
のは、ガラス状炭素と黒鉛基材との熱膨張係数の差が１
．５　Ｘ　１０″″６／°Ｃを越える場合であることを
究明した。さらに、本発明者らはガラス状炭素皮膜の厚
みについて検討の結果、第１に皮膜の厚みが２００μｍ
以下で、かつ、前記熱膨張係数の差が１．５　Ｘ　１０
−６／℃以下であると前記はく離およびクラックの発生
が皆無になること、第２に前記被膜は最小１５μｍの厚
さがないと、摩耗による黒鉛基材露出のおそれがあるこ
とを見出した。

すなわち、本発明は有機重合体の熱分解生成物からなる
厚さ１５μｍ〜２００μｍのガラス状炭素の被膜を、前
記ガラス状炭素との熱膨張係数の差が１．５　Ｘ　１０
−６／’Ｏ以下の熱膨張係数の黒鉛基体上に設げたこと
を特徴とするガラス状炭素被覆体である。

本発明のガラス状炭素被覆体は有機１合体の不完全熱ｆ
＋解主生成物以下、ＰＣ物質という）を溶剤に溶かした
溶液に、必要ならば無機質粉末を配合してスラリーとし
、該スラリーを黒鉛基材の表面に塗布し焼成することに
より得られる。

以下、本発明の詳細な説明する。

この発明で用いる有機重合体は、塩化ビニル樹脂、ポリ
ビニルアルコール、油溶性フェノール樹脂、アルキルフ
ェノール樹脂、塩素化パラフィン、塩素化ポリプロピレ
ン、酢酸ぎニル樹脂またはポリカーボネート樹脂が好適
である。

とくに不浸透性炭素被覆を施した物品の使途が半導体製
造用サセプターの場合には、不純物の百から上記のうち
塩化ビニル樹脂がとりわけ好ましい。

これら有機重合体の熱分解はその種類を問わず粒状品又
は粉末を、不活性雰囲気例えばアルゴンガス中で２００
〜５００’Ｏで３０分以上加熱して行う。しかしながら
、完全に炭化させないほうが好ましい。この加熱の望ま
しい温度・時間は加熱装置および有機重合体の種類によ
って異なるが、分解生成物の炭素原子と水素原子の重ｌ
比（Ｃ／Ｈ比）が結果的に１０〜２５：１の範囲に入る
よう実験により定めればよい。

このようにして得られるピッチ状物質（以下、ｐｃ動物
質いう）に溶剤を加えて溶かし、５度２００〜５００．
９．＃の溶液を作る。溶剤は溶解性の点から脂肪族塩素
系の溶剤が好ましい。不溶解物が残ればろ過して不溶解
物を取除く。

上記溶液に配合する耐熱性無機質粉末（以下、骨材とい
う）とは黒鉛、炭化珪素、アルミナ功どの物質であり、
その形態は１径が５０μｍ以下の球形または不定形でよ
く、また、長１ｓｏｏμｍ以下の棒状または蝋維状でも
よい。骨材として前記有機憲合体金炭化したものを用い
ると、最、終的に被ｊ層内がほぼ均質となるため不浸透
性の点でと＜ｉ℃好ましい。その平均粒径は２０μｍ以
下になるよう出来るだけ細かく粉砕したほうが塗布層の
表面状態の点で好ましい。このよう；Ｃして得られた浴
ｆＩｙ、を黒鉛基材の表面に塗布する。

ここで特に留意すべき事柄としては、黒鉛基材はガラス
状炭素皮膜との熱膨張係数の差が１．５×１０−’／”
Ｃ以下のものを使用することである。上記限度を越える
とはく雌およびクラックの発生防止効果がない。

黒鉛はその品種により熱膨張係数が２Ｘ１０−’〜６Ｘ
１０−’／”Ｃｌ７）範囲で遣々のものがある。いっぽ
う、ガラス状炭素皮膜の熱膨張係数は通常３　Ｘ１０−
’〜４Ｘ１０−’／”Ｃであるが、皮膜の製造条件たと
えば原料の有機重合体の種類、焼成条件などにより、多
少変化する。そこで通常は皮膜の製造条件金まず定めて
、得られる被膜の熱膨張係数を測定したのち、これに近
い熱膨張係数の黒鉛を選定する方法が好ましい。

もしも、黒鉛基材の選定のみでは熱膨張係数の差がル１
節できない場合には、ガラス状炭素皮膜中に適当な骨材
（例、炭化珪素、熱よ張系数５．ＯＸ１Ｏ−６１００）
ｔ−適当量配合することによって、該ｌ膜の熱膨張係数
をシ’ｑ；ｆｉすることができる。このようにして選定
された黒鉛をサセプタ、黒鉛ヒーターなど所定の形状に
加工したものに前記溶液を塗布する。

塗布の方法は超音波含浸、はげ塗り、スプレー、浸漬な
どである。塗布後、比較的低温（５０〜１００’Ｃてい
ど）で乾燥する。ここで重要な点は被膜の厚さである。

被膜の厚さは１５μｍ〜２００μｍの範囲にしなければ
ならない。皮膜の厚さが２００μｍｆ、越えると、熱膨
張係数の差金１．５×１０−６／℃以下に抑えたとして
も、急熱急冷によりクラックが入ってしまう。また、１
５μｍ未満では、被覆体の使用時に被１嘆が摩耗して黒
鉛基材が露出するおそれがある。

なお、前記厚さは後記焼成を行なった後の厚さである。

厚さは被覆体の被覆前後の重さの差から算出される。被
覆層を厚くするには■前記の塗布・乾燥の操作を繰り返
す、■骨材を添加したスラリーをより厚く塗布する、■
ＰＣ物質溶液の濃度を痛くする等により可能である。

前記の焼成とは、不活性雰囲気下または真空中で６０ロ
〜１６００℃ていどの温度で３０分以上の加熱を施すこ
とであり、これによりＰＣ物質は炭素化する。なお、前
記スラリーの塗布層おいて厚く塗布した場合、またはｐ
ｃ物質の溶解」度を高くした場合には泡の発生を防ぐた
めに焼成の際の昇温速度をやや遅くするほうがよい。

〔実施例〕

以下、実施例および比較例にて本発明を具体的に説明す
る。

実施例１〜６ 辰に示す係な各種の熱膨張係数を有する黒鉛を用意し、
それを２０ｍＸ　５０ｃ！ｒＬＸ　１−の板状に加工し
たものを黒鉛基体とした。

つぎに、塩化ビニルｆ封指（電気化学工業、！１０Ｊｓ
ｓ−１１０）を７　ｋ　：１’　：／雰囲気下４００°
Ｃで、３０分閘不完全熱分解して得たＰＣ物質を表に示
す割合でトリクレンに溶解させた。

実施例５の場合のみ、前記溶液中に１０μｍの平均粒径
を有する炭化珪素粉末をｉ人させた。

その時の、炭化珪素粉末の量は、１００１１／１（トリ
クレン）の割合であった。

このようにして得られた溶液をへケ塗りてより前記黒鉛
基体上に塗布した。塗布回数は１〜１０回の範囲であっ
た。

以上の工程で得られた基材ｔ−１１５０°Ｃにて、４０
ｆ＋間の焼成を行ない、ガラス状炭素抜覆木を得た。こ
れら被覆体の皮膜の厚味は表に示す通りであった。なお
、ガラス状炭素皮膜の熱膨張係数は、資化珪素粉末ｔ−
混入しない場合は３．５　Ｘ１０−６／℃であり、炭化
珪素粉末混入の場合（実施例５）は４．Ｉ　Ｘ　１０弓
／’Ｃであった。

得られた被覆体を室温〜１１５０’Ｏの真空中に於ける
、急熱急冷サイクルを最高２００回まで操り返し、表面
のクランク発生の有無を１００倍の光学顕微鏡で観察し
た。結果は表に示す様に２００回までのサイクルでクラ
ックの発生は認められなかった。

比較例１〜４ 表に示すとおり、比較例１，６および４では黒鉛基体と
ガラス状炭素被膜との熱膨張係数の差が１．５　Ｘ　１
０−６／℃を越えていた。なお、炭化珪素粉末混入の場
合（比較例１）のガラス状炭素被膜の熱膨張係数は４．
６　Ｘ　Ｉ　Ｑ−６／℃！であった。また、比較例２お
よび４ではガラス状炭素被膜の厚さが２００μｍを越え
ていた。

上記の外は実施例１〜４と同じ方法、同一条件でガラス
状炭素被覆体を裳遺し、同じ方法で評価を行なった。そ
の結果、表に示す様に比較的少ないサイクル数でクラッ
クが発生した。

〔発明の効果〕

本発明によれば、急熱急冷のサイクルをくり返しても、
クラックが発生することがなく、かつ寿命の長い浸れた
ガラス状炭素被覆体が提供され、実用上極めて利用価値
の高いものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 有機重合体の熱分解生成物からなる厚さ１５μｍ〜２０
   ０μｍのガラス状炭素の被膜を、前記ガラス状炭素との
   熱膨張係数の差が１．５×１０＾−＾６／℃以下の熱膨
   張係数の黒鉛基体上に設けたことを特徴とするガラス状
   炭素被覆体。