JP2001089270A

JP2001089270A - シリコン含浸炭化珪素セラミックス部材の製造方法

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Publication number: JP2001089270A
Application number: JP26234399A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Ichijima; 雅彦市島
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1999-09-16
Filing date: 1999-09-16
Publication date: 2001-04-03
Anticipated expiration: 2019-09-16
Also published as: JP4382919B2

Abstract

(57)【要約】【課題】シリコン含浸工程における変形や歪みまたは
未含浸を低減し、従来より加工性を向上させたシリコン
含浸炭化珪素セラミックス部材の製造方法を提供する。【解決手段】最大粒径が１１５μｍ以下で平均粒径が
１０μｍ以上２５μｍ以下である炭化珪素粉末に、粒径
が０．１μｍ以上１μｍ以下である炭素粉末を２重量％
以上７重量％以下添加混合し、混合物を所定形状の成形
体に成形する工程と、前記成形体を非酸化性雰囲気中１
５００℃以上２３００℃以下で焼成し、気孔径が１０³
ｎｍ以上１０⁴ ｎｍ以下である多孔焼成体を得る工程
と、得られた多孔焼成体を高純度シリコンを用いてシリ
コン含浸処理し、該含浸時における焼成体の体積膨張が
０．０５％以上０．１５％以下となるように炭素と反応
焼結させる工程と、前記シリコン含浸処理後の焼結体表
面を、ＣＶＤ気相成長法により炭化珪素膜コートする工
程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造工程に
おいてシリコンウエハ等を熱処理する際のウエハボー
ト、チューブ等熱処理用器具に用いられるシリコン含浸
炭化珪素セラミックス部材の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造においては、不純物金属等の
不純物による汚染およびいわゆるパーティクル汚染等の
微粒子による汚染を回避することが最も重要な問題であ
る。すなわち、これらによる汚染は、製品ウエハの結晶
欠陥の発生、結晶の異常成長、抵抗値の変化、耐圧の変
化等、製品ウエハの歩留まりを著しく低下させる原因と
なる。これらの問題の発生を回避し半導体製品の歩留ま
り向上と安定操業を確保するため、半導体製造装置用の
部材には、従来よりパーティクル発生が可及的に少ない
石英ガラスやＣＶＤコートシリコン含浸炭化珪素セラミ
ックス等の高純度品が使用されてきた。

【０００３】石英ガラス部材は、比較的安価で容易に高
純度品が得られるため、従来から半導体製造装置用の熱
処理部材として多用されている。しかし、熱処理温度が
１１００℃以上になると軟化して変形するため、高温領
域での使用に制限がある。また、曲げ強度が１００ＭＰ
ａ程度と低いため、破損の心配がある。さらに、半導体
製造プロセスでしばしば使用されるフッ酸やフッ酸と硝
酸の混酸溶液等の洗浄液に対して耐性がなく、容易に腐
食され、消耗してしまうことから、繰り返し使用に限界
があり、結果として耐用性に劣るという欠点を有してい
る。

【０００４】これに対し、ＣＶＤコートシリコン含浸炭
化珪素セラミックス部材は、１２００℃以上の高温にお
いても安定して使用することができる。また、前記フッ
酸、混酸等にも耐久性を有するため、耐用期間も長いと
いう長所を有している。しかし、ＣＶＤコートシリコン
含浸炭化珪素セラミックス部材は、石英ガラス部材と比
較するとコストが数倍も高く、特に、大口径シリコンウ
エハの処理に対応できる大型の部材については、そのコ
スト差がさらに広がる傾向にある。

【０００５】さらに、近年、半導体の高集積化が急速に
進み、このため低温プロセスにおいても、ＣＶＤコート
シリコン含浸炭化珪素セラミックス部材を使用する必要
性が生じてきた。これは、半導体を形成する工程におい
て、シリコンウエハにポリシリコン膜、酸化膜および窒
化膜等を堆積（デポジション）する熱工程があり、この
処理時に部材等にもシリコンウエハ同様に膜がデポジシ
ョンし、使用を繰り返す度に追加堆積することに起因す
る。これらの堆積したデポジション膜（デポ膜）は、部
材の使用中に、部材との熱膨張率の違いから、剥離し
て、パーティクルとなり製品ウエハを汚染するため、定
期的に洗浄を行い、該部材等に堆積したデポ膜を除去し
なければならない。また、半導体の集積度が増すと、よ
り細かいパーティクルをも十分に管理除去することが必
要となり、堆積したデポ膜を除去するための洗浄サイク
ルも短くなる。よって、たとえイニシャルコストが高く
ても、前記混酸等の洗浄液に耐性のあるＣＶＤコートシ
リコン含浸炭化珪素セラミックス部材を使用する場合が
増しており、このことからも、ＣＶＤコートシリコン含
浸炭化珪素セラミックス部材の低コストおよび高品質に
対する要求が益々強まっている。

【０００６】半導体製造装置用ＣＶＤコートシリコン含
浸炭化珪素セラミックス部材（ＣＶＤコートＳｉ−Ｓｉ
Ｃセラミックス部材）の一般的な製造方法は、まず、炭
化珪素粉末に炭素粉末とバインダーを加えて、静水圧プ
レス成形（ＣＩＰ成形）、押出成形、排泥鋳込み成形
（スリップ成形）等の方法により成形体を得た後、これ
を１５００℃以上２３００℃以下で焼成する。そして、
この焼成体にシリコンを含浸させるが、このシリコン含
浸後のセラミックス部材は非常に硬いため、通常は前記
焼成後におおよその所定形状に生加工を行い、これに高
純度シリコンを溶融含浸させる。そして、最終形状に仕
上げ加工した後、その表面にＣＶＤ法（化学気相成長
法）により炭化珪素（ＳｉＣ）薄膜を形成させて製作し
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記ＣＶＤコートＳｉ
−ＳｉＣセラミックス部材の製造方法における問題点
は、シリコン（Ｓｉ）含浸工程における変形や歪みまた
は未含浸部分の発生等による歩留まり低下と加工コスト
が高いことがその主なものであり、これがコストアップ
の大きな原因となっている。すなわち、原料に混合した
カーボン粉末は、シリコン含浸により、Ｓｉ＋Ｃ →
ＳｉＣの反応を起こし、焼成体を構成する炭化珪素（通
常α−ＳｉＣ）粒子間に新たにβ−ＳｉＣを生成させて
粒子間接合強度をさらに上げる働きをする。その一方
で、体積が約２倍に膨張するため、この膨張が均一でな
いと応力歪みが発生し、変形、歪みまたは反り等を生じ
る。さらにそれがひどい場合には、クラックを生じて歩
留まり低下を引き起こす。この弊害の影響は、部材の大
型化に伴いより顕著となり、このため、上記問題の解決
は当業界において早急に解決されるべき課題となってい
た。

【０００８】本発明は上記技術的課題を解決さするため
になされたものであり、多孔炭化珪素焼成体へのシリコ
ン含浸処理工程での変形、歪みまたは反り等の発生が回
避されるとともに、シリコンの未含浸部分の発生がな
く、該工程での不良品発生率が少ないため、全体として
の製品歩留まりが向上したシリコン含浸炭化珪素セラミ
ックス部材の製造方法を提供することを目的とするもの
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、最大粒
径が１１５μｍ以下で平均粒径が１０μｍ以上２５μｍ
以下である炭化珪素粉末に、粒径が０．１μｍ以上１μ
ｍ以下である炭素粉末を２重量％以上７重量％以下添加
混合し、混合物を所定形状の成形体に成形する工程と、
前記成形体を非酸化性雰囲気中１５００℃以上２３００
℃以下で焼成し、気孔径が１０³ ｎｍ以上１０⁴ ｎｍ以
下である多孔焼成体を得る工程と、得られた多孔焼成体
を高純度シリコンを用いてシリコン含浸処理し、該含浸
時における焼成体の体積膨張が０．０５％以上０．１５
％以下となるように炭素と反応焼結させる工程と、前記
シリコン含浸処理後の焼結体表面をＣＶＤ気相成長法に
より炭化珪素膜コートする工程とを含むことを特徴とす
るシリコン含浸炭化珪素セラミックス部材の製造方法が
提供される。

【００１０】また、本発明によれば、上記製造方法の一
好適態様として、前記炭素粉末が、カーボンブラック、
天然黒鉛及び人造黒鉛から選ばれた少なくとも１種から
なることを特徴とするシリコン含浸炭化珪素セラミック
ス部材の製造方法、および、前記炭化珪素粉末がα−Ｓ
ｉＣ粉末からなることを特徴とするシリコン含浸炭化珪
素セラミックス部材の製造方法がそれぞれ提供される。

【００１１】さらに、本発明によれば、上記シリコン含
浸炭化珪素セラミックス部材の製造方法の他の好適態様
として、前記炭化珪素粉末と炭素粉末の混合物に、さら
にバインダーとしてフェノール樹脂、ポリビニルアルコ
ール樹脂、ポリ酢酸ビニルエマルジョン、アクリル樹脂
エマルジョンから選ばれた少なくとも１種を配合したこ
とを特徴とするシリコン含浸炭化珪素セラミックス部材
の製造方法が提供される。

【００１２】また、さらに、本発明によれば、前記混合
物が、静水圧プレス成形法により成形されることを特徴
とするシリコン含浸炭化珪素セラミックス部材の製造方
法、前記混合物が、押出成形法により成形されることを
特徴とする製造方法、および、前記混合物が、排泥鋳込
み成形法により成形されることを特徴とする製造方法が
それぞれ提供される。

【００１３】また、本発明によれば、前記成形体の焼成
工程における焼成進行程度が、該焼成工程で焼成された
成形体を酸化性雰囲気中６００℃以上１０００℃以下で
加熱処理することにより、焼成前に成形体に添加配合さ
れた炭素成分を焼き抜き除去したものの３点曲げ強度が
１ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下となる進行程度まで焼成す
ることを特徴とするシリコン含浸炭化珪素セラミックス
部材の製造方法が提供される。

【００１４】本発明に係る製造方法は、粗大粒子が存在
せず、粒径分布の狭い、特定粒径の炭化珪素粉末を主原
料とし、これに特定量の微粒炭素粉末を配合して成形
後、非酸化性雰囲気中、特定の進行程度に焼成すること
により、続いて実施される生加工処理に十分耐え得る程
度の焼結強度を有し、かつ、気孔径が１０³ ｎｍ以上１
０⁴ ｎｍ以下と、適度でほぼ揃った多孔質の焼成体を得
る点を第１の構成上の特徴とするものである。さらに、
該焼成体をシリコン含浸処理する際、処理後の焼成体が
特定範囲の体膨張率でほぼ均等に膨張するように、焼成
体中に分散存在する前記微粒炭素とシリコンを十分に反
応焼結させ、反応で生成したβ−ＳｉＣにより、焼成体
を構成する炭化珪素焼成粒（通常α−ＳｉＣからなる）
をさらに強固に結合させる点を第２の構成上の特徴とす
るものである。このように、特定の均質気孔径を有する
本発明に係る炭化珪素多孔焼成体は、それをシリコン含
浸処理した場合、シリコンの該気孔内含浸速度が適度な
速さとなり、かつ、含浸が焼成体内全体に均質に行き渡
り、未含浸部分を生じることがない。

【００１５】上記シリコン含浸処理により焼成体の気孔
内に滲入したシリコンは該焼成体組織内に存在する炭素
と反応し、β−ＳｉＣとなり、焼成体組織を構成するα
−ＳｉＣ粒をより強固に接合する作用を奏する。その一
方で、該β−ＳｉＣの生成時には体積が約２倍になるた
め、均一に膨張しないと該多孔焼成体の組織内に局部応
力歪みを発生させ、変形もしくは歪み、反り等を生じ、
極端な場合には焼結体にひび割れ（クラック）を生じさ
せて製品の歩留まりを低下させる。したがって、上記多
孔焼成体のシリコン含浸処理が好適に実施されるには、
シリコンが適度な速度で、かつ、組織内を万遍なく滲入
でき、しかも該組織内に適量の炭素微粒子が均質に分散
していることが重要となる。

【００１６】例えば、主原料として配合する炭化珪素
（ＳｉＣ）粉末の粒径が大きいと、得られる焼成体の加
工性は向上するが、気孔径が大きくなり、また、その分
布幅も広がり、シリコン含浸速度にもより大きなバラツ
キが生ずる。シリコン含浸時に焼成体は周囲から加熱さ
れるため、焼成体の内部と表面部では多少の温度差が生
じ、表面部が幾分高く、シリコン含浸速度も内部に比べ
て速くなる。したがって、気孔径が大きく、含浸速度が
速すぎると、表面部の含浸が先に進行してしまい、内部
に未含浸部分を発生させる傾向を助長させる。このよう
に、焼成体表面部と内部でシリコンの含浸速度の差が大
きくなったり、未含浸部分の発生頻度が高まると、炭素
（Ｃ）とシリコン（Ｓｉ）の反応にバラツキが生じ、焼
成体の変形量や歪みが増加する。

【００１７】一方、配合する炭化珪素（ＳｉＣ）粉末の
粒径が小さすぎると、得られる焼成体の加工性が低下
し、かつ、シリコン含浸時に歪みが発生し易くなり、後
の加工工程時等においてクラックの発生頻度を増加させ
る。すなわち、ＳｉＣの粒径が小さくなると、それだけ
比表面積が増大し、必要以上にＳｉＣ粒子間の焼結融着
が進み、焼成体の組織構造が強固になりすぎるため、こ
こにシリコンを含浸するとＳｉとＣとの反応により生成
したＳｉＣの膨張がうまく開放されず、内部応力歪みと
して蓄積される。このようにして蓄積された応力歪み
は、含浸処理後の加工工程時にクラックを発生させる誘
因となり、加工工程中のクラック発生頻度を増大させ
る。

【００１８】さらに、適度の大きさで揃った気孔径を有
し、かつ、少なくとも生加工等の加工処理に耐え得る程
度の結合強度を有する焼成体を得るためには、焼成温度
や焼成雰囲気等の焼成条件の適正化が重要であり、特
に、焼成進行程度の適正化を図ることが好ましい。すな
わち、該焼成工程で焼成された成形体を、酸化性雰囲気
中６００℃以上１０００℃以下で加熱処理し、成形体中
に添加配合された炭素成分を焼き抜き除去したものの３
点曲げ強度を測定した場合、その強度が１ＭＰａ以上１
５ＭＰａ以下となる程度に焼成を進行させることが特に
好ましい。この焼成進行程度が上記範囲を外れた場合、
たとえＳｉＣやＣ等の原料粉末が本発明で規定する範囲
のものであっても、上記特性を十分に備えた好適な焼結
体を得ることが困難となる。

【００１９】また、さらに、本発明に係る製造方法にお
いては、前記焼成体のシリコン含浸工程において、滲入
したシリコンが焼成体組織中に分散存在する炭素粒子と
十分に反応焼結することが重要であり、その場合、該処
理後の焼結体は、体積膨張が前記０．０５％以上０．１
５％以下となる。

【００２０】このように、シリコン含浸前の焼成体の気
孔径が１０³ ｎｍ以上１０⁴ ｎｍ以下となるように、ま
た、シリコンを含浸し、ＳｉＣを生成させたときの体積
膨張率が０．０５％以上０．１５％以下となるように条
件設定する本発明の特定構成によれば、たとえ大口径半
導体製造装置用の大型部材であっても、加工性が良好で
高品質のものを歩留まり良く製造することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るシリコン含
浸炭化珪素セラミックス部材の製造方法をより具体的に
説明する。本発明に係る製造方法において、主原料とし
て用いられる炭化珪素粉末は、最大粒径が１１５μｍ以
下で、平均粒径が１０μｍ以上２５μｍ以下のものを用
いる。炭化珪素粉末の粒径が上記規定範囲より大きい
と、加工性は向上するが、得られる焼成体の気孔径が大
きくなるとともに、その分布幅も広がり、シリコン含浸
速度にもより大きなバラツキが生じる。シリコン含浸時
に焼成体は周囲から加熱されるため、焼成体の内部と表
面部で温度差が生じ、表面部が高く、シリコン含浸速度
も内部に比べて速くなる。したがって、気孔径が大き
く、含浸速度が速すぎると、表面部の含浸が先に進行し
てしまい、内部に未含浸部分が残存しやすくなる。これ
により、炭素とシリコンの反応が均一に進行せず、焼成
体の各部分における体積膨張率の差が大きくなり、焼成
体が変形し、場合によってはクラックを生じることとな
る。

【００２２】一方、炭化珪素粉末の粒径が上記規定範囲
より小さい場合は、加工性が低下するとともに、得られ
る焼成体の気孔径が小さくなり、シリコン含浸工程にお
いて、含浸速度が小さくなる。また、炭化珪素粉末の粒
径が小さくなると、それだけ比表面積が増大し、ＳｉＣ
粒子間の焼結融着が進み、焼成体の組織構造が強固にな
り過ぎる。したがって、ここにシリコンを含浸すると、
ＳｉとＣとの反応により生成したＳｉＣの膨張がうまく
開放されず、内部応力歪みとして残留する。この残留応
力歪みは、後の加工工程時にクラックを発生させる誘因
となる。

【００２３】炭化珪素粉末には、１５００℃程度で生成
する立方晶形のβ−ＳｉＣと２００℃以上で安定な六方
晶形のα−ＳｉＣが存在し、いずれも市販されている。
本発明に係る製造方法で用いる炭化珪素粉末原料として
は、特に限定されるものではない。本発明で規定した粒
度条件を満たす限り、いずれの粉末を用いてもよいが、
市販品として、高純度で金属不純物が少なく、粒度分布
が良く管理されて粗大粒の混入がなく、かつ、フッ酸、
混酸に対する耐食性に優れたα−ＳｉＣ粉末の使用がよ
り好ましい。

【００２４】次に、本発明において、上記炭化珪素粉末
と同時に用いられる炭素粉末原料としては、粒径が０．
１μｍ以上１μｍ以下である微粒粉末を用いる。上記炭
素粉末の粒径が、上記規定範囲より大きい場合は、組織
中での均一分散が困難となるだけでなく、シリコン含浸
工程での均質反応焼結が期待し難くなり、シリコン含浸
処理時の膨張にバラツキを生じやすくなる。また、上記
シリコン含浸工程中での反応の均一進行性を確保するた
めには、微粒の炭素がＳｉＣ粒子の周りに均一に分散し
ていることが重要である。したがって、粒径が微少なだ
けでなく、粒径分布が狭く、均一粒径に近いものが好ま
しく、粉末製造コスト上の観点も考慮して、本発明にお
いては、炭素粉末は粒径０．１μｍ以上１μｍ以下のも
のを使用する。

【００２５】本発明に係る製造方法においては、上記炭
素粉末を、前記炭化珪素粉末１００重量％に対し２重量
％以上７重量％以下、より好ましくは３重量％以上５重
量％以下配合する。炭素粉末の配合量が２重量％より少
ないと、ＳｉＣ粒子間の焼結が進むとともにシリコンの
含浸性が低下し、未含浸部分が増加して、その部材を使
用した際にクラックを生じる頻度が増す。また、シリコ
ン含浸工程におけるシリコンと炭素の反応が少なすぎて
焼成体の組織（α−ＳｉＣ粒子からなる）を強固に結合
するβ−ＳｉＣの生成が少なすぎ、α−ＳｉＣ粒子同士
およびα−ＳｉＣ粒子と含浸Ｓｉの接合が十分に向上し
ない。一方、配合量が７重量％より多いと、焼成後の強
度が得られず、該焼成体を十分にハンドリングできない
等の不都合を生ずる。

【００２６】この炭素粉末は、焼成工程においては、Ｓ
ｉＣ粒子間の過度の焼結を抑制する。また、シリコン含
浸工程においては、シリコンとの良好な親和性により含
浸性（濡れ性）を向上させるとともに、シリコンと反応
してＳｉＣ粒子間に新しくＳｉＣを形成し接合を強化す
る働きを奏する。該炭素粉末の製造原料としては、不純
物金属等を含まない所定純度を有する炭素源であれば特
に限定されるものではないが、カーボンブラック、天然
黒鉛もしくは人造黒鉛の粉末、または、これら粉末の１
種または２種以上の混合粉末を使用することが好まし
い。

【００２７】本発明に係る製造方法においては、上記炭
化珪素粉末と炭素粉末の混合物に、成形体および焼成体
の強度向上のため、有機高分子系のバインダー、例え
ば、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリ
酢酸ビニルエマルジョン、アクリルエマルジョン、メチ
ルカルボキシセルロース等から選ばれた１種または複数
種を配合することが好ましい。また、成形方法によって
は、分散剤や溶媒を添加しても良い。

【００２８】次いで、この混合物を所定の成形体形状に
成形する。成形方法としては、この種のセラミック部材
の成形に用いられる成形法、例えば、機械プレス成形
法、静水圧プレス成形法、押出成形法、泥漿鋳込み成形
法、射出成形法等を特に限定されることなく用いること
ができるが、これらのうちでも、比較的単純な形状の部
材の成形には、静水圧プレス法（ＣＩＰ成形法）や押出
法が、やや複雑な形状の部材には、排泥鋳込み成形法
（スリップ成形法）が好適である。

【００２９】本発明に係る製造方法において、上記成形
体の焼成は、非酸化性雰囲気下、例えば、ヘリウム、ア
ルゴン等の不活性ガスや窒素ガス、または、減圧下にお
いて、１５００℃以上２３００℃以下で焼成（熱処理）
する。焼成温度がシリコン含浸時の熱処理温度より低い
と、シリコン含浸工程において寸法収縮が発生するた
め、該焼成温度はシリコン含浸時の熱処理温度より高い
温度で行うことが好ましい。また、炭化珪素は、２１０
０℃を越えると徐々に分解や再結晶し始め、２３００℃
を越えるとそれらがさらに著しくなるため、焼成は１７
００℃以上２１００℃以下で行うのがより好ましい。

【００３０】本発明の焼成工程においては、成形体の焼
成進行程度を適正化することが特に好ましい。すなわ
ち、上記焼成工程で焼成されたサンプル成形体を、例え
ば、大気中等の酸化性雰囲気中６００℃以上１０００℃
以下で加熱処理して、該サンプル成形体中に添加配合さ
れた炭素成分を焼き抜き除去する。この炭素焼き抜きサ
ンプルの３点曲げ強度を測定した場合、その強度が１Ｍ
Ｐａ以上１５ＭＰａ以下となる程度に焼成を進行させる
ことが好ましく、焼成進行程度が上記範囲をはずれた場
合、たとえＳｉＣやＣ等の原料粉末が本発明の規定範囲
のものであっても、得られた焼成体の曲げ強度等が不足
し、本発明の特性を十分に備えた好適な焼結体を得るこ
とが困難となる。

【００３１】本発明の焼成工程における焼成進行程度決
定のための上記炭素焼き抜き処理は、６００℃以上１０
００℃以下の温度範囲で実施することが必要である。該
処理温度が６００℃より低いと、炭素成分の除去が十分
ではなく、１０００℃より高いと、目的とする炭化珪素
焼成体そのものの焼成進行度がつかめない。

【００３２】上記で規定した炭素焼き抜きサンプルの３
点曲げ強度（１ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下）を達成する
焼成進行程度を得るには、本発明で規定する範囲の炭化
珪素、炭素混合粉末の成形体の焼成時間や焼成温度を適
宜調整することにより、炭素焼き抜きサンプルが上記強
度範囲となる条件を求め、該求めた条件に基づき焼成工
程での焼成進行度条件を設定する。このようにして得ら
れた焼成体は、次に述べる生加工が十分可能な程度の機
械強度を有し、かつ、次のシリコン含浸工程における適
正速度でのシリコンの均等滲入に好都合である１０³ ｎ
ｍ以上１０⁴ ｎｍ以下の気孔径を有する。

【００３３】シリコン含浸処理後の焼結体は非常に硬く
なるため、上記焼成後におおよその形状に生加工を行
い、純化処理した後、次の高純度シリコンの含浸処理に
付すことが好ましい。

【００３４】純化処理には、ＨＣｌやＣｌ₂ ガス雰囲気
下で熱処理する等の一般的方法を採用してよい。例え
ば、前記生加工した炭化珪素焼成体を不活性ガス及び／
又はＨＣｌやＣｌ₂ ガス雰囲気中で１２００℃以上１８
００℃以下で加熱純化処理する方法等を挙げることがで
きる。

【００３５】シリコン含浸工程は、例えば、真空または
減圧アルゴンガスもしくは減圧窒素ガス等減圧不活性ガ
ス雰囲気中１４３０℃以上１６００℃以下で該生加工お
よび純化処理した焼成体に高純度シリコンを含浸させ
る。高純度シリコンとしては、例えば、半導体単結晶の
原料として使用される高純度シリコン等を用いる。シリ
コン含浸工程においては、焼成体の気孔中に滲入した溶
融シリコンが該焼成体組織中に分散存在する炭素粒子と
十分に反応するまでの間、上記温度に保持する。これに
より、焼成体はシリコン含浸前に比べて０．０５％以上
０．１５％以下の範囲で体積膨張する。

【００３６】上記シリコン含浸工程の後、最終形状に仕
上加工し、該仕上加工後のシリコン含浸焼結体の表面に
ＣＶＤ法（化学気相成長法）により炭化珪素膜をコーテ
ィングし、製品である半導体製造装置用ＣＶＤコートシ
リコン含浸炭化珪素セラミックス部材を得る。

【００３７】

【実施例】以下、本発明に係る半導体熱処理用部材の製
造方法を実施例に基づきさらに詳細に説明する。ただ
し、本発明は下記実施例に何ら制限されるものでない。（実施例１）粒径が１１５μｍ以下であり、かつ、平均
粒径が２０μｍである炭化珪素粉末（ＳｉＣ）に、平均
粒径が０．５μｍ（粒径０．１μｍ以上１μｍ未満）の
カーボンブラックと天然黒鉛の混合炭素粉末（Ｃ）を５
重量％配合した。これに、バインダーとしてフェノール
樹脂（前記混合粉末１００重量部に対し３重量部）を加
え、これらの原料をヘンシェルミキサーで混合した後、
乾燥して造粒粉を得た。この造粒粉を成形型に充填し、
１０００ｋｇ／ｃｍ² の圧力でＣＩＰ成形により成形体
を作製した。この成形体をＮ₂ 雰囲気下、１８００℃で
熱処理（焼成）し、焼成体を得た。この焼成体の気孔径
を測定し、表１に示した。また、下記に示した３点曲げ
強度測定方法により、測定したこの焼成体の曲げ強度は
１１ＭＰａであった。

【００３８】また、得られた焼成体のうちから一部をサ
ンプルとして取り出し、これを炭素焼き抜き処理（電気
炉内、大気雰囲気中で、８００℃、４８時間熱処理し、
配合炭素粉末とバインダーによる炭素成分を焼抜き除去
する処理）し、得られた炭素焼き抜き処理サンプルの３
点曲げ強度を表１に示した。なお、上記炭素焼き抜き処
理サンプルの３点曲げ強度測定方法は下記の通りであ
る。すなわち、ＪＩＳＲ１６０１に準じ、試験片１０片
を、強度試験装置を用いてクロスヘッド降下速度０．５
ｍｍ／ｍｉｎで、それぞれの破壊荷重Ｐ（Ｎ）を測定
し、各々の３点曲げ強さσ_f （Ｐａ）を次式により算出
し、その平均値を強度値とした。 σ_f ＝３ＰＬ／２ｂｈ² ただし、Ｌは支点間距離（ｍ）、ｂは試験片幅（ｍ）、
ｈは試験片厚さ（ｍ）をそれぞれ表す。

【００３９】この焼成体を、図１に示すような半導体熱
処理装置用シリコンウエハ保持用ボートの各パーツ（ウ
エハ保持溝付き棒状部材２、頂部盤部材３、底部盤部材
４）に近い形状に生加工し、これらを原料と同じ処方の
接着ペーストを用いて、図１に示したウエハ保持用ボー
トに組み立てた。このウエハ保持用ボートは、ウエハ保
持用溝部１を備えた３本のウエハ保持溝付き棒状部材
２、該棒状部材２を上下で支える頂部盤部材３および底
部盤部材４の各パーツから基本的に構成される。このウ
エハ保持用ボートに組み立てた焼成体を常法で純化処理
し、減圧Ｎ₂ 雰囲気下、１６００℃で高純度シリコンを
含浸させた。シリコン含浸工程における体積膨張率は
０．１３％であり、変形も許容範囲内であり、未含浸部
分も見られなかった。

【００４０】なお、体積膨張率は、室温で、マイクロメ
ーターおよびレーザー３次元測定器を用いて焼成体のシ
リコン含浸前と含浸後の体積を測定して下記式により求
めた。体積膨張率＝（Ｓｉ含浸後焼成体の体積−Ｓｉ含浸前焼
成体の体積）／Ｓｉ含浸前焼成体の体積×１００（％）シリコン含浸処理後、ウエハ保持用ボートの形状に最終
仕上加工した。この工程では切削抵抗が後記の従来例１
より低く、加工性が良好であり、加工時間も従来例１の
約１／２に短縮され、破損もしなかった。最終加工後、
ＣＶＤ法により、表面を炭化珪素膜でコーティングし、
半導体熱処理装置用シリコンウエハ保持用ボート製品を
得た。この製品ウエハ保持用ボートを半導体製造の熱処
理工程で試用したところ、特に問題もなく、従来品と同
様に用いることができた。従来の製法（従来例１）で
は、シリコン含浸工程における歩留まりは７０％以下で
あったが、本発明の製法（実施例１）では、歩留まりを
９５％以上に向上させることができた。

【００４１】（実施例２）粒径が１１５μｍ以下であ
り、かつ、平均粒径が１０μｍである炭化珪素粉末に平
均粒径が０．５μｍ（粒径０．１μｍ以上１μｍ未満）
のカーボンブラック粉末を５重量％配合した。これに、
バインダーとしてフェノール樹脂（前記混合粉末１００
重量部に対し３重量部）、分散剤（同０．１重量部）お
よび溶媒として水（２０重量部）を加え、これらの原料
をポット混合してスラリーを得た。このスラリーを石膏
型に鋳込み、チューブ形状の成形体を得た。この成形体
をＮ₂ 雰囲気下、１８００℃で熱処理し、焼成体とし
た。この焼成体の気孔径を表１に示した。この焼成体の
３点曲げ強度は１５ＭＰａであった。

【００４２】実施例１と同様の方法で測定した炭素焼き
抜き処理サンプルの３点曲げ強度を表１に示した。焼成
体を純化処理し、減圧Ｎ₂ 雰囲気下、１６００℃で高純
度シリコンを含浸させた。シリコン含浸工程における体
積膨張率は０．０７％であり、変形も許容範囲内であ
り、未含浸部分もなかった。シリコン含浸後、半導体熱
処理装置用チューブの形状に最終加工した。この工程で
は切削抵抗が従来品より低く、加工性が良好であり、破
損もしなかった。最終加工後、ＣＶＤ法により、表面を
炭化珪素膜でコーティングし、半導体熱処理装置用チュ
ーブを得た。

【００４３】この半導体熱処理装置用チューブを半導体
製造の熱処理工程で試用したところ、特に問題もなく、
従来品と同様に用いることができた。従来の製法では、
変形や径方向のつぶれにより歩留まりが低く、その対策
として、肉厚に成形した後、最終加工で研削加工を行っ
ていたが、本発明に係る製法によれば、変形やつぶれ等
が小さいため、最終加工の加工時間を約１／３に短縮で
きるとともに、歩留まりも向上させることができた。

【００４４】（従来例１）粒径が１６０μｍ以下であ
り、かつ、平均粒径が３０μｍである炭化珪素粉末に平
均粒径が０．３μｍのカーボンブラックと天然黒鉛の混
合粉末を５重量％配合した。これに、バインダーとして
フェノール樹脂（前記混合粉末１００重量部に対し３重
量部）を加え、これらの原料をヘンシェルミキサーで混
合した後、乾燥して造粒粉を得た。この造粒粉を成形型
に充填し、１０００ｋｇ／ｃｍ² の圧力でＣＩＰ成形に
より成形体を得た。この成形体をＮ₂ 雰囲気下、１８０
０℃で熱処理し、焼成体を得た。この焼成体の気孔径を
表１に示した。また、この焼成体の３点曲げ強さは１０
ＭＰａであった。

【００４５】炭素焼き抜き処理（大気中８００℃で４８
時間熱処理）後の焼成体サンプルは、非常に脆く、ハン
ドリングが困難であり、３点曲げ強度の測定をすること
ができなかった。焼成体を、図１に示す半導体熱処理装
置用ウエハ保持用ボートの各パーツに近い形状に生加工
し、これを接着ペーストを用いて図１のように組み立て
た。このウエハ保持用ボートに組み立てた焼成体を純化
処理し、減圧Ｎ₂ 雰囲気下、１６００℃で高純度シリコ
ンを含浸させた。シリコン含浸工程における体積膨張率
は０．２０％であり、歩留まりは７０％以下であった。
不良の主な原因は、変形であった。

【００４６】（従来例２）粒径が４４μｍ以下であり、
かつ、平均粒径が５μｍである炭化珪素粉末に平均粒径
が０．５μｍのカーボンブラックを５重量％配合した。
これに、バインダーとしてフェノール樹脂（前記混合粉
末１００重量部に対し３重量部）、分散剤（同０．１重
量部）および溶媒として水（同２０重量部）を加え、こ
れらの原料をポット混合し、スラリーを得た。このスラ
リーを石膏型に鋳込み、チューブ形状の成形体を得た。
この成形体をＮ₂ 雰囲気下、１８００℃で熱処理し、焼
成体を得た。この焼成体の気孔径を表１に示した。ま
た、この焼成体の３点曲げ強さは３０ＭＰａであった。

【００４７】炭素焼き抜き処理（大気中８００℃で４８
時間熱処理）後のサンプルの３点曲げ強度を測定し表１
に示した。この焼成体を純化処理し、減圧Ｎ₂ 雰囲気
下、１６００℃で高純度シリコンを含浸させた。シリコ
ン含浸工程における体積膨張率は０．０４％であり、歩
留まりは５０％以下であった。不良の主な原因は、シリ
コン未含浸部分を有することおよびシリコン含浸中の割
れであり、また、シリコン未含浸に起因すると思われる
不均一な膨張による変形も見られた。

【００４８】（比較例１）粒径が１１５μｍ以下であ
り、かつ、平均粒径が３０μｍである炭化珪素粉末に平
均粒径が０．５μｍのカーボンブラックと天然黒鉛の混
合物を５重量％配合した。これに、バインダーとしてフ
ェノール樹脂（前記混合粉末１００重量部に対し３重量
部）を加え、これらの原料をヘンシェルミキサーで混合
した後、乾燥して造粒粉を得た。この造粒粉を成形型に
充填し、１０００ｋｇ／ｃｍ² の圧力でＣＩＰ成形によ
り成形体を得た。この成形体をＮ₂ 雰囲気下、１８００
℃で熱処理し、焼成体を得た。この焼成体の気孔径を表
１に示した。また、この焼成体の３点曲げ強さは５ＭＰ
ａであった。なお、炭素焼き抜き処理サンプルは、非常
に脆く、ハンドリングが困難であった。

【００４９】焼成体は、十分な生加工を施すには、やや
強度が不足していたが、時間をかけ、図１に示すような
半導体熱処理装置用ウエハ保持用ボートの各パーツに近
い形状に生加工し、これを接着ペーストを用いて図１の
ように組み立てた。このシリコンウエハ保持用ボートに
組み立てた焼成体を純化処理し、減圧Ｎ₂雰囲気下、１
６００℃で高純度シリコンを含浸させた。シリコン含浸
工程における体積膨張率は０．２０％であった。シリコ
ンウエハを保持するための溝棒が外側に膨張するように
変形し、寸法が許容範囲外であった。また、ウエハ保持
溝付き棒部材の内部には数カ所のシリコン未含浸部分が
観察された。

【００５０】（比較例２）粒径が１１５μｍ以下であ
り、かつ、平均粒径が２μｍである炭化珪素粉末に粒径
が０．５μｍのカーボンブラックと天然黒鉛の混合物を
５重量％配合した。これに、バインダーとしてフェノー
ル樹脂（前記混合粉末１００重量部に対し３重量部）を
加え、これらの原料をヘンシェルミキサーで混合した
後、乾燥して造粒粉を得た。この造粒粉を成形型に充填
し、１０００ｋｇ／ｃｍ² の圧力でＣＩＰ成形により成
形体を得た。この成形体をＮ₂ 雰囲気下、１８００℃で
熱処理し、焼成体を得た。この焼成体の気孔径を表１に
示した。この焼成体の３点曲げ強さは４０ＭＰａであっ
た。なお、炭素焼き抜き処理後のサンプルの３点曲げ強
度を測定し表１に示した。この焼成体は、非常に硬く、
従来の乾式加工ができなかった。また、湿式加工では、
焼成体中のカーボン分が冷却水とともに流れてしまうた
め、生加工を行うことはできなかった。

【００５１】よって、生加工を行わずに、図１に示すよ
うなウエハ保持用ボートの各パーツに加工し、これを接
着ペーストを用いて図１のように組み立てた。このウエ
ハ保持用ボートに組み立てた焼成体を純化処理し、減圧
Ｎ₂ 雰囲気下、１６００℃で高純度シリコンを含浸させ
た。シリコン含浸工程における体積膨張率は０．０１％
であり、変形は許容範囲内であった。シリコン含浸後、
シリコンウエハを保持するためのウエハ保持用溝付き棒
状部材の溝加工の際、該棒部材が破損した。

【００５２】（比較例３）粒径が１１５μｍ以下であ
り、かつ、平均粒径が２０μｍである炭化珪素粉末に粒
径が０．５μｍのカーボンブラックと天然黒鉛の混合物
を１０重量％配合した。これに、バインダーとしてフェ
ノール樹脂（前記混合粉末１００重量部に対し３重量
部）を加え、これらの原料をヘンシェルミキサーで混合
した後、乾燥して造粒粉を得た。この造粒粉を成形型に
充填し、１０００ｋｇ／ｃｍ² の圧力でＣＩＰ成形によ
り成形体を得た。この成形体をＮ₂ 雰囲気下、１８００
℃で熱処理し、焼成体を得た。この焼成体は、強度が非
常に低く、ハンドリングも困難であった。

【００５３】（比較例４）粒径が１１５μｍ以下であ
り、かつ、平均粒径が２０μｍである炭化珪素粉末に粒
径が０．５μｍのカーボンブラックと天然黒鉛の混合物
を１重量％配合した。これに、バインダーとしてフェノ
ール樹脂（前記混合粉末１００重量部に対し３重量部）
を加え、これらの原料をヘンシェルミキサーで混合した
後、乾燥して造粒粉を得た。この造粒粉を成形型に充填
し、１０００ｋｇ／ｃｍ² の圧力でＣＩＰ成形により成
形体を得た。この成形体をＮ₂ 雰囲気下、１８００℃で
熱処理し、焼成体を得た。この焼成体の気孔径を表１に
示した。この焼成体の３点曲げ強さは３５ＭＰａであっ
た。

【００５４】なお、炭素焼き抜き処理後サンプルの３点
曲げ強度を測定し表１に示した。この焼成体を、図１に
示すような半導体熱処理装置用シリコンウエハ保持用ボ
ートの各パーツに近い形状に生加工し、これを接着ペー
ストを用いて図１のように組み立てた。この焼成体は、
比較例２ほどではないが、生加工するのには硬かった。
このウエハ保持用ボートに組み立てた焼成体を純化処理
し、減圧Ｎ₂ 雰囲気下、１６００℃で高純度シリコンを
含浸させた。シリコン含浸工程における体積膨張率は
０．０３％であり、変形も許容範囲内であった。シリコ
ン含浸後、ウエハ保持用溝付き棒状部材の溝加工の際、
数カ所にシリコン未含浸部分が観察された。また、切削
抵抗および最終加工時間は従来と同様であった。

【００５５】（比較例５）粒径が１１５μｍ以下であ
り、かつ、平均粒径が２０μｍである炭化珪素粉末に平
均粒径が２μｍのカーボンブラックと天然黒鉛の混合粉
末を５重量％配合した。これに、バインダーとしてフェ
ノール樹脂（前記混合粉末１００重量部に対し３重量
部）を加え、これらの原料をヘンシェルミキサーで混合
した後、乾燥して造粒粉を得た。この造粒粉を成形型に
充填し、１０００ｋｇ／ｃｍ² の圧力でＣＩＰ成形によ
り成形体を得た。この成形体をＮ₂ 雰囲気下、１８００
℃で熱処理し、焼成体を得た。この焼成体の気孔径を表
１に示した。この焼成体の３点曲げ強さは７ＭＰａであ
った。炭素焼き抜き処理（大気中８００℃で４８時間熱
処理）後のサンプルは非常に脆く、ハンドリングが困難
であった。

【００５６】この焼成体を、図１に示すような半導体熱
処理装置用シリコンウエハ保持用ボートの各パーツに近
い形状に生加工し、これを接着ペーストを用いて図１の
ように組み立てた。このウエハ保持用ボートに組み立て
た焼成体を純化処理し、減圧Ｎ₂ 雰囲気下、１６００℃
で高純度シリコンを含浸させた。シリコン含浸工程にお
ける体積膨張率は０．２０％であった。シリコン含浸
後、ウエハ保持用ボートの形状に最終加工した。加工性
に問題はなかったが、不均一な体積膨張により変形し
た。

【００５７】

【表１】

【００５８】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る半導体製造
装置用ＣＶＤコートシリコン含浸炭化珪素セラミックス
部材の製造方法によれば、従来の製法よりも焼成体の加
工性が向上し、かつ、シリコン含浸工程における変形、
歪みおよび未含浸等による不良を低減させることがで
き、歩留まりを向上させることができる。したがって、
本発明によれば、加工性および歩留まりが向上するた
め、シリコンウエハの熱処理工程で使用されるボート、
チューブ等の半導体製造装置用ＣＶＤコートシリコン含
浸炭化珪素セラミックス部材を、従来よりも安価に製造
することができる。さらに、大型の部材であっても、低
コストで製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体熱処理装置用のウエハ保持用ボートの側
面概略図である。

【符号の説明】

１ウエハ保持溝部２ウエハ保持溝付き棒状部材３頂部盤部材４底部盤部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】最大粒径が１１５μｍ以下で平均粒径が１
０μｍ以上２５μｍ以下である炭化珪素粉末に、粒径が
０．１μｍ以上１μｍ以下である炭素粉末を２重量％以
上７重量％以下添加混合し、混合物を所定形状の成形体
に成形する工程と、前記成形体を非酸化性雰囲気中１５００℃以上２３００
℃以下で焼成し、気孔径が１０³ ｎｍ以上１０⁴ ｎｍ以
下である多孔焼成体を得る工程と、得られた多孔焼成体を、高純度シリコンを用いてシリコ
ン含浸処理し、該含浸時における焼成体の体積膨張が
０．０５％以上０．１５％以下となるように炭素と反応
焼結させる工程と、前記シリコン含浸処理後の焼結体表面をＣＶＤ気相成長
法により炭化珪素膜コートする工程とを含むことを特徴
とするシリコン含浸炭化珪素セラミックス部材の製造方
法。
【請求項２】前記炭素粉末が、カーボンブラック、天然
黒鉛及び人造黒鉛から選ばれた少なくとも１種からなる
ことを特徴とする請求項１記載のシリコン含浸炭化珪素
セラミックス部材の製造方法。
【請求項３】前記炭化珪素粉末がαーＳｉＣ粉末からな
ることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか
に記載のシリコン含浸炭化珪素セラミックス部材の製造
方法。
【請求項４】前記炭化珪素粉末と炭素粉末の混合物に、
さらにバインダーとしてフェノール樹脂、ポリビニルア
ルコール樹脂、ポリ酢酸ビニルエマルジョン、アクリル
樹脂エマルジョンから選ばれた少なくとも１種を配合し
たことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれ
かに記載のシリコン含浸炭化珪素セラミックス部材の製
造方法。
【請求項５】前記混合物が、静水圧プレス成形法により
成形されることを特徴とする請求項１から請求項４まで
のいずれかに記載のシリコン含浸炭化珪素セラミックス
部材の製造方法。
【請求項６】前記混合物が、押出成形法により成形され
ることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれ
かに記載のシリコン含浸炭化珪素セラミックス部材の製
造方法。
【請求項７】前記混合物が、排泥鋳込み成形法により成
形されることを特徴とする請求項１から請求項４までの
いずれかに記載のシリコン含浸炭化珪素セラミックス部
材の製造方法。
【請求項８】前記成形体の焼成工程における焼成進行程
度が、該焼成工程で焼成された成形体を酸化性雰囲気中
６００℃以上１０００℃以下で加熱処理することによ
り、焼成前に成形体に添加配合された炭素成分を焼き抜
き除去したものの３点曲げ強度が１ＭＰａ以上１５ＭＰ
ａ以下となる進行程度まで焼成することを特徴とする請
求項１から請求項７までのいずれかに記載のシリコン含
浸炭化珪素セラミックス部材の製造方法。