JP2016204237A - セラミック構造体およびセラミック構造体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】切削や研磨などの加工を施しても広い範囲で表面特性を均一に保持するとともに基材に含まれる不純物が漏れ出るのを防止できるセラミック構造体およびセラミック構造体の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】SiCからなる本体20の表面21に形成されたCVD−SiC層30の表層31には、SiC粒子からなる表面層40が形成されている。表面層40は、SiC結晶41がランダム配向されている。そして、空隙や亀裂等の中空部22を有する場合に、中空部22がCVD−SiC層30と表面層40との境界42よりもCVD−SiC層30側に形成されている。このため、ある程度の発生確率で表面露呈の中空部22が存在していても、中空部22は表面層40の内側に存在するので、基材に含まれる不純物が中空部22を通って漏れ出すのを防止することができ、セラミック構造体10の使用に支障が生じない。
【選択図】図1
【解決手段】SiCからなる本体20の表面21に形成されたCVD−SiC層30の表層31には、SiC粒子からなる表面層40が形成されている。表面層40は、SiC結晶41がランダム配向されている。そして、空隙や亀裂等の中空部22を有する場合に、中空部22がCVD−SiC層30と表面層40との境界42よりもCVD−SiC層30側に形成されている。このため、ある程度の発生確率で表面露呈の中空部22が存在していても、中空部22は表面層40の内側に存在するので、基材に含まれる不純物が中空部22を通って漏れ出すのを防止することができ、セラミック構造体10の使用に支障が生じない。
【選択図】図1
Description
本発明は、セラミック構造体およびセラミック構造体の製造方法に関する。
従来、セラミック部材の表面にCVD法(化学気相蒸着法)によりSiCを析出させてCVD−SiC層を形成してセラミック構造体を製造する技術が知られている。
このようなセラミック構造体は、焼結法で製造されたSiC成形体に比較して緻密で高純度であり、耐食性、耐熱性、強度特性にも優れているため、半導体製造装置用の加熱ヒータやエッチング装置(エッチャー)、CVD装置等に用いられるダミーウエハ、サセプター、炉芯管等の各種部材として提案されている(例えば、特許文献1参照)。
このようなセラミック構造体は、焼結法で製造されたSiC成形体に比較して緻密で高純度であり、耐食性、耐熱性、強度特性にも優れているため、半導体製造装置用の加熱ヒータやエッチング装置(エッチャー)、CVD装置等に用いられるダミーウエハ、サセプター、炉芯管等の各種部材として提案されている(例えば、特許文献1参照)。
ところで、CVD−SiC層は基礎となる部材の表面形状に従って成長するが、CVDによるSiC結晶の成長を完璧に制御することはできないため、基礎となる部材の表面が平坦であっても、CVD−SiC層が平坦にならない場合があり、CVD−SiC層の表面が波打った形状となっている場合もある。
更に、基礎となる部材の表面に凹凸が存在する場合には、その凹凸に従ってSiC層が成長し、CVD−SiC層の表面が波打った形状となり易い。表面の平坦さが要求される部材は、CVD−SiC層を形成した後で、表面の平滑化のために若干の表面研磨が必要となる場合がある。
更に、基礎となる部材の表面に凹凸が存在する場合には、その凹凸に従ってSiC層が成長し、CVD−SiC層の表面が波打った形状となり易い。表面の平坦さが要求される部材は、CVD−SiC層を形成した後で、表面の平滑化のために若干の表面研磨が必要となる場合がある。
この様に、CVD−SiC層に対して切削や研磨などの加工を施すと、セラミック構造体の表面には、例えば、CVD−SiC層の表面の方向に対してSiC結晶の成長方向が加工面に対して垂直である領域、CVD−SiC層の表面の方向に対してSiC結晶の成長方向が加工面に対して45度程度傾斜している領域など、SiC結晶の成長方向が様々な領域が混在することになる。
この様な場合には、CVD−SiC層の表面の物理的強度や熱伝導率などの諸特性が領域毎に不均一になるという問題がある。
この様な場合には、CVD−SiC層の表面の物理的強度や熱伝導率などの諸特性が領域毎に不均一になるという問題がある。
また、CVD−SiC層の表面には、マイクロパイプと呼ばれる直径1〜2μmの中空パイプ状の縦穴が形成される場合がある。サセプターなどとして適用する場合、もしCVD−SiC層を完全に貫通するマイクロパイプが形成されてしまうと、CVD−SiC層の内部に存在する基材に含まれる不純物が、マイクロパイプを通ってCVD−SiC層の表面に漏れ出してしまい、半導体部品を汚染する可能性があるという問題がある。
本発明では、前記課題を鑑み、切削や研磨などの加工を施しても広い範囲で表面特性を均一に保持するとともに基材に含まれる不純物が漏れ出るのを防止できるセラミック構造体およびセラミック構造体の製造方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための本発明のセラミック構造体は、SiCからなる本体と、前記本体の表面に形成されたCVD−SiC層と、を備え、前記CVD−SiC層の中に中空部が形成されたセラミック構造体において、前記CVD−SiC層の表層にSiC結晶がランダムに配向してなる表面層が形成されている。
本発明のセラミック構造体によれば、SiCからなる本体の表面に形成されたCVD−SiC層の表層には表面層が形成されており、表面層は、SiC結晶がランダム配向されている。切削や研磨などによってCVD−SiC層の表面に位置するSiCの結晶方向に偏りが生じていたとしても、CVD−SiC層を覆う表面層が存在するので、表面層の特性が支配的となり、CVD−SiC層の結晶方向の影響は顕在化し難い。
そして、セラミック構造体の表面の特性として顕在化するのは表面層の特性であり、表面層を構成するSiC結晶の配向がランダムであるため、セラミック構造体全体としての表面特性はSiC結晶がランダムに配向した均一なものとなる。このため、切削や研磨などの加工を施しても、広い範囲で表面特性を均一に保持することができる。
そして、セラミック構造体の表面の特性として顕在化するのは表面層の特性であり、表面層を構成するSiC結晶の配向がランダムであるため、セラミック構造体全体としての表面特性はSiC結晶がランダムに配向した均一なものとなる。このため、切削や研磨などの加工を施しても、広い範囲で表面特性を均一に保持することができる。
また、CVD−SiC層の中にマイクロパイプや空隙などの中空部が形成されているが、CVD−SiC層の表層に表面層が形成されているので、本体の内部からCVD−SiC層の表面まで中空部が連続していたとしても、表層部がCVD−SiC層の表面を被覆することにより、中空部の出口部分を覆い隠してしまうので、マイクロパイプや空隙などの中空部が表面層により修復された状態となり、SiCからなる本体などに含まれる不純物がセラミック構造体の外部に漏れ出るのを防止できる。また、外観上も欠陥の無い均一な表面形状のセラミック構造体が得られる。
サンプル片から集束イオンビーム装置(FIB,株式会社日立ハイテクノロジーズ製FB2200)を用いて膜厚100nm断面薄膜試料を作製し、透過型電子顕微鏡(TEM,株式会社日立ハイテクノロジーズ製HF−2000)により断面方向から“表面層”における制限視野電子線回折図形を測定した。直径300nmの制限視野絞りにて“表面層”5視野を選択して制限視野電子線回折図形を5枚測定し、得られた5枚の回折図形を画像処理により加算して1枚の回折図形を合成した。
この合成された回折図形は“表面層”中のπ×150nm×150nm×100nm×5(nm3)の体積から得られた回折図形となる。この合成された回折図形が“リング状の回折パターンを示す”か、あるいは“一方向に強度分布を持つ回折パターンを示す”か、によって、それぞれ、“SiC結晶の配向がランダムである”、あるいは“SiC結晶は特定の方向に配向している”、と判断することができる。本件では、回折図形を中心角45度で8分割し、8分割した全ての領域に回折点が存在する場合に“SiC結晶の配向がランダムである”と定義する。
この合成された回折図形は“表面層”中のπ×150nm×150nm×100nm×5(nm3)の体積から得られた回折図形となる。この合成された回折図形が“リング状の回折パターンを示す”か、あるいは“一方向に強度分布を持つ回折パターンを示す”か、によって、それぞれ、“SiC結晶の配向がランダムである”、あるいは“SiC結晶は特定の方向に配向している”、と判断することができる。本件では、回折図形を中心角45度で8分割し、8分割した全ての領域に回折点が存在する場合に“SiC結晶の配向がランダムである”と定義する。
さらに、本発明のセラミック構造体は、以下の態様であることが望ましい。
(1)前記表面層の層厚が0.2〜0.5μmである。
CVD−SiC層は、5〜20μm程度の大きさの単結晶SiCが積層された構造となることが多い。ある程度の大きさを有する単結晶SiCが一定の方向に配向していると、前述した様に物理的特性や熱的特性の偏りが大きく現れ易い。
CVD−SiC層の表面特性の偏りが顕在化しない様にすることが本発明の趣旨であり、その一面からは表面層は厚ければ厚いほど好ましい。0.05μm程度の薄い表面層では効果が限定的であり、また、薄くて強度が得られ難くなり、表面層自体の形態安定性も好ましくない。一方で、表面層が1μm以上の厚さになれば、CVD−SiC層のメリットである気密性、熱伝導性、化学安定性などが得られなくなってしまう。
表面層を0.2〜0.5μmとすると、CVD−SiC層のメリットを活かしつつ、本発明の効果を発現させることができる。
(1)前記表面層の層厚が0.2〜0.5μmである。
CVD−SiC層は、5〜20μm程度の大きさの単結晶SiCが積層された構造となることが多い。ある程度の大きさを有する単結晶SiCが一定の方向に配向していると、前述した様に物理的特性や熱的特性の偏りが大きく現れ易い。
CVD−SiC層の表面特性の偏りが顕在化しない様にすることが本発明の趣旨であり、その一面からは表面層は厚ければ厚いほど好ましい。0.05μm程度の薄い表面層では効果が限定的であり、また、薄くて強度が得られ難くなり、表面層自体の形態安定性も好ましくない。一方で、表面層が1μm以上の厚さになれば、CVD−SiC層のメリットである気密性、熱伝導性、化学安定性などが得られなくなってしまう。
表面層を0.2〜0.5μmとすると、CVD−SiC層のメリットを活かしつつ、本発明の効果を発現させることができる。
(2)前記表面層の平均結晶粒径は、前記CVD−SiC層の平均結晶粒径よりも小さい。
前述した様に、CVD−SiC層は、5〜20μm程度の大きさのSiC結晶が積層された構造となることが多いが、ある程度の大きさを有するSiC結晶が一定の方向に配向していると、物理的特性や熱的特性の偏りが大きく現れ易い。
表面層を構成するSiC結晶は配向がランダムであるが、個々のSiC結晶のサイズが大きければ、特性は均一とならず、却って偏りを生じさせてしまう。
表面層を構成するSiC結晶のサイズをCVD−SiC層を構成するSiC結晶のサイズよりも小さくすることで、表面特性の均一化を図ることができる。
前述した様に、CVD−SiC層は、5〜20μm程度の大きさのSiC結晶が積層された構造となることが多いが、ある程度の大きさを有するSiC結晶が一定の方向に配向していると、物理的特性や熱的特性の偏りが大きく現れ易い。
表面層を構成するSiC結晶は配向がランダムであるが、個々のSiC結晶のサイズが大きければ、特性は均一とならず、却って偏りを生じさせてしまう。
表面層を構成するSiC結晶のサイズをCVD−SiC層を構成するSiC結晶のサイズよりも小さくすることで、表面特性の均一化を図ることができる。
(3)前記表面層の平均結晶粒径は、0.01〜0.1μmである。
前述した様に、CVD−SiC層を構成するSiC結晶のサイズは5〜20μm程度であることが多いので、表面層を構成するSiC結晶のサイズを0.01〜0.1μmとすることで、CVD−SiC層において生じる特性の偏りに対して、10%未満に抑えることができる。このため、表面特性の均一化をより一層図ることができる。
なお、前述した(1)の好適範囲と組み合わせ、表面層の厚さは、構成するSiC結晶のサイズ(平均結晶粒径)の10〜50倍程度が好ましい。
前述した様に、CVD−SiC層を構成するSiC結晶のサイズは5〜20μm程度であることが多いので、表面層を構成するSiC結晶のサイズを0.01〜0.1μmとすることで、CVD−SiC層において生じる特性の偏りに対して、10%未満に抑えることができる。このため、表面特性の均一化をより一層図ることができる。
なお、前述した(1)の好適範囲と組み合わせ、表面層の厚さは、構成するSiC結晶のサイズ(平均結晶粒径)の10〜50倍程度が好ましい。
表面層を構成するSiCの平均結晶粒径は次の様に求める。
上記と同じ方法により制限視野電子線回折図形を測定した試料位置において、同様に透過型電子顕微鏡(TEM,株式会社日立ハイテクノロジーズ製HF−2000)を用いて断面TEM像を5視野撮影する(撮影倍率80,000倍、表示倍率500,000倍)。この際、微結晶の輪郭が明瞭になるように対物絞りを選択(40μm)し、試料傾斜ホルダを用いて適切な電子線入射角度を調整する。各視野のTEM像中で最も輪郭が明瞭な結晶粒を3個ずつ選び、そのTEM像面内における各結晶粒に外接する円の直径を測長して結晶サイズとする。得られた合計15個の結晶サイズから、最大値と最小値とを除いた13個の結晶サイズについて、平均値を算出し、これを表面層の結晶サイズとする。
上記と同じ方法により制限視野電子線回折図形を測定した試料位置において、同様に透過型電子顕微鏡(TEM,株式会社日立ハイテクノロジーズ製HF−2000)を用いて断面TEM像を5視野撮影する(撮影倍率80,000倍、表示倍率500,000倍)。この際、微結晶の輪郭が明瞭になるように対物絞りを選択(40μm)し、試料傾斜ホルダを用いて適切な電子線入射角度を調整する。各視野のTEM像中で最も輪郭が明瞭な結晶粒を3個ずつ選び、そのTEM像面内における各結晶粒に外接する円の直径を測長して結晶サイズとする。得られた合計15個の結晶サイズから、最大値と最小値とを除いた13個の結晶サイズについて、平均値を算出し、これを表面層の結晶サイズとする。
(4)前記表面層は、前記CVD−SiC層の表面を加熱して昇華、その後冷却して再結晶したものである。
すなわち、CVD−SiC層の表面を加熱して昇華、その後冷却して再結晶して表面層を形成する。このため、CVD−SiC層を形成する以前の状態で、本体の内部から表面に連続していた中空部を表面層により修復することができる。
すなわち、CVD−SiC層の表面を加熱して昇華、その後冷却して再結晶して表面層を形成する。このため、CVD−SiC層を形成する以前の状態で、本体の内部から表面に連続していた中空部を表面層により修復することができる。
前記課題を解決するための本発明のセラミック構造体の製造方法は、SiCからなる本体の表面にCVD処理を施してCVD−SiC層を形成した後、前記CVD−SiC層の表面に水が存在する状態でレーザー照射を行うことにより、前記CVD−SiC層の表層を加熱して昇華、その後冷却して再結晶化させることにより、表面層を形成し、前記CVD−SiC層を形成する以前の状態で、前記本体の内部から表面に連続していた中空部を前記表面層により修復する。
すなわち、SiCからなる本体の表面にCVD処理を施して形成したCVD−SiC層の表層に、レーザー照射して表面層を加熱して昇華させる。その後、冷却するとCVD−SiC層を構成するSiCが再結晶化するので、CVD−SiC層を形成する以前の状態で、本体の内部から表面に連続していた空隙や亀裂等の中空部を表面層により修復することができる。
このため、CVD−SiC層を形成した際にCVD−SiC層を完全に貫通するマイクロパイプのような空隙や亀裂が生じた場合でも、マイクロパイプの出口付近を埋めることができる。これにより、基材に含まれる不純物がマイクロパイプを通って漏れ出して半導体部品を汚染するのを防止することができ、ある程度の発生確率で表面露呈の空隙や亀裂が存在していても、使用に支障が生じないセラミック構造体を製造することができる。また、空隙や亀裂等の発生の基点が無くなるので、耐破壊強度が向上する。さらに、加熱して昇華、その後冷却して再結晶されるので、配向等がリセットされてランダムなSiC層となるので、表面特性が連続・均一となる。
このため、CVD−SiC層を形成した際にCVD−SiC層を完全に貫通するマイクロパイプのような空隙や亀裂が生じた場合でも、マイクロパイプの出口付近を埋めることができる。これにより、基材に含まれる不純物がマイクロパイプを通って漏れ出して半導体部品を汚染するのを防止することができ、ある程度の発生確率で表面露呈の空隙や亀裂が存在していても、使用に支障が生じないセラミック構造体を製造することができる。また、空隙や亀裂等の発生の基点が無くなるので、耐破壊強度が向上する。さらに、加熱して昇華、その後冷却して再結晶されるので、配向等がリセットされてランダムなSiC層となるので、表面特性が連続・均一となる。
さらに、本発明のセラミック構造体の製造方法は、以下の態様であることが望ましい。
(1)前記表面層は、SiC結晶がランダム配向となる。
CVD−SiC層の表面層がレーザー照射によりランダム配向となるため、一層均一化される。
(1)前記表面層は、SiC結晶がランダム配向となる。
CVD−SiC層の表面層がレーザー照射によりランダム配向となるため、一層均一化される。
(2)前記レーザー照射に用いるレーザー光は、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)レーザーの第2高調波または第3高調波を用いる。
YAGレーザー光(基本波)の波長は1064nmであり、第2高調波の波長は532nm、第3高調波の波長は355nmである。YAGレーザー光の波長が300〜900nmであると、水の光吸収率が10%未満であるので、水が存在する状況下でのレーザー照射に好適である。
YAGレーザー光(基本波)の波長は1064nmであり、第2高調波の波長は532nm、第3高調波の波長は355nmである。YAGレーザー光の波長が300〜900nmであると、水の光吸収率が10%未満であるので、水が存在する状況下でのレーザー照射に好適である。
(3)前記レーザー照射は、前記CVD−SiC層の表面を少なくとも2545℃まで加熱する。
CVD−SiC層は、2545℃まで加熱すると、SiCが昇華を開始する。
CVD−SiC層は、2545℃まで加熱すると、SiCが昇華を開始する。
本発明によれば、空隙や亀裂等の中空部を有する場合に、中空部がCVD−SiC層と表面層との境界よりもCVD−SiC層側に形成されている。このため、中空部は表面層の内側に存在するので、ある程度の発生確率で表面露呈の空隙や亀裂が存在していても、基材に含まれる不純物が漏れ出るのを防止でき、セラミック構造体の使用に支障が生じない。また、CVD−SiC層の表面がランダムな配向のSiC結晶によって被覆されるので、切削や研磨などの加工を施した場合であっても、セラミック構造体の表面特性を均一に保持することができる。
本発明のセラミック構造体およびセラミック構造体の製造方法について説明する。
前記課題を解決するための本発明のセラミック構造体は、SiCからなる本体と、前記本体の表面に形成されたCVD−SiC層と、を備え、前記CVD−SiC層の中に中空部が形成されたセラミック構造体において、前記CVD−SiC層の表層にSiC結晶がランダムに配向してなる表面層が形成されている。
本発明のセラミック構造体によれば、SiCからなる本体の表面に形成されたCVD−SiC層の表層には表面層が形成されており、表面層は、SiC結晶がランダム配向されている。切削や研磨などによってCVD−SiC層の表面に位置するSiCの結晶方向に偏りが生じていたとしても、CVD−SiC層を覆う表面層が存在するので、表面層の特性が支配的となり、CVD−SiC層の結晶方向の影響は顕在化し難い。
そして、セラミック構造体の表面の特性として顕在化するのは表面層の特性であり、表面層を構成するSiC結晶の配向がランダムであるため、セラミック構造体全体としての表面特性はSiC結晶がランダムに配向した均一なものとなる。このため、切削や研磨などの加工を施しても、広い範囲で表面特性を均一に保持することができる。
また、CVD−SiC層と表面層との境界よりもCVD−SiC層側に中空部が形成されているので、本体の内部から表面に連続していた中空部を、CVD−SiC層を形成する以前の状態で表面層により修復することができ、基材に含まれる不純物が漏れ出るのを防止できる。
そして、セラミック構造体の表面の特性として顕在化するのは表面層の特性であり、表面層を構成するSiC結晶の配向がランダムであるため、セラミック構造体全体としての表面特性はSiC結晶がランダムに配向した均一なものとなる。このため、切削や研磨などの加工を施しても、広い範囲で表面特性を均一に保持することができる。
また、CVD−SiC層と表面層との境界よりもCVD−SiC層側に中空部が形成されているので、本体の内部から表面に連続していた中空部を、CVD−SiC層を形成する以前の状態で表面層により修復することができ、基材に含まれる不純物が漏れ出るのを防止できる。
なお、表面層のSiC結晶がランダム配向であるとは、表面層を構成するSiC結晶の結晶方位が特定の方向に揃っておらず、バラツキを有することを意味する。
サンプル片から集束イオンビーム装置(FIB,株式会社日立ハイテクノロジーズ製FB2200)を用いて膜厚100nm断面薄膜試料を作製し、透過型電子顕微鏡(TEM,株式会社日立ハイテクノロジーズ製HF−2000)により断面方向から“表面層”における制限視野電子線回折図形を測定した。直径300nmの制限視野絞りにて“表面層”5視野を選択して制限視野電子線回折図形を5枚測定し、得られた5枚の回折図形を画像処理により加算して1枚の回折図形を合成した。
この合成された回折図形は“表面層”中のπ×150nm×150nm×100nm×5(nm3)の体積から得られた回折図形となる。この合成された回折図形が“リング状の回折パターンを示す”か、あるいは“一方向に強度分布を持つ回折パターンを示す”か、によって、それぞれ、“SiC結晶の配向がランダムである”、あるいは“SiC結晶は特定の方向に配向している”、と判断することができる。本件では、回折図形を中心角45度で8分割し、8分割した全ての領域に回折点が存在する場合に“SiC結晶の配向がランダムである”と定義する。
サンプル片から集束イオンビーム装置(FIB,株式会社日立ハイテクノロジーズ製FB2200)を用いて膜厚100nm断面薄膜試料を作製し、透過型電子顕微鏡(TEM,株式会社日立ハイテクノロジーズ製HF−2000)により断面方向から“表面層”における制限視野電子線回折図形を測定した。直径300nmの制限視野絞りにて“表面層”5視野を選択して制限視野電子線回折図形を5枚測定し、得られた5枚の回折図形を画像処理により加算して1枚の回折図形を合成した。
この合成された回折図形は“表面層”中のπ×150nm×150nm×100nm×5(nm3)の体積から得られた回折図形となる。この合成された回折図形が“リング状の回折パターンを示す”か、あるいは“一方向に強度分布を持つ回折パターンを示す”か、によって、それぞれ、“SiC結晶の配向がランダムである”、あるいは“SiC結晶は特定の方向に配向している”、と判断することができる。本件では、回折図形を中心角45度で8分割し、8分割した全ての領域に回折点が存在する場合に“SiC結晶の配向がランダムである”と定義する。
さらに、本発明のセラミック構造体は、以下の態様であることが望ましい。
(1)前記表面層の層厚が0.2〜0.5μmである。
CVD−SiC層は、5〜20μm程度の大きさの単結晶SiCが積層された構造となることが多い。ある程度の大きさを有する単結晶SiCが一定の方向に配向していると、前述した様に物理的特性や熱的特性の偏りが大きく現れ易い。
CVD−SiC層の表面特性の偏りが顕在化しない様にすることが本発明の趣旨であり、その一面からは表面層は厚ければ厚いほど好ましい。0.05μm程度の薄い表面層では効果が限定的であり、また、薄くて強度が得られ難くなり、表面層自体の形態安定性も好ましくない。一方で、表面層40が1μm以上の厚さになれば、CVD−SiC層のメリットである気密性、熱伝導性、化学安定性などが得られなくなってしまう。
表面層を0.2〜0.5μmとすると、CVD−SiC層のメリットを活かしつつ、本発明の効果を発現させることができる。
(1)前記表面層の層厚が0.2〜0.5μmである。
CVD−SiC層は、5〜20μm程度の大きさの単結晶SiCが積層された構造となることが多い。ある程度の大きさを有する単結晶SiCが一定の方向に配向していると、前述した様に物理的特性や熱的特性の偏りが大きく現れ易い。
CVD−SiC層の表面特性の偏りが顕在化しない様にすることが本発明の趣旨であり、その一面からは表面層は厚ければ厚いほど好ましい。0.05μm程度の薄い表面層では効果が限定的であり、また、薄くて強度が得られ難くなり、表面層自体の形態安定性も好ましくない。一方で、表面層40が1μm以上の厚さになれば、CVD−SiC層のメリットである気密性、熱伝導性、化学安定性などが得られなくなってしまう。
表面層を0.2〜0.5μmとすると、CVD−SiC層のメリットを活かしつつ、本発明の効果を発現させることができる。
(2)前記表面層の平均結晶粒径は、前記CVD−SiC層の平均結晶粒径よりも小さい。
前述した様に、CVD−SiC層は、5〜20μm程度の大きさのSiC結晶が積層された構造となることが多いが、ある程度の大きさを有するSiC結晶が一定の方向に配向していると、物理的特性や熱的特性の偏りが大きく現れ易い。
表面層を構成するSiC結晶は配向がランダムであるが、個々のSiC結晶のサイズが大きければ、特性は均一とならず、却って偏りを生じさせてしまう。
表面層を構成するSiC結晶のサイズをCVD−SiC層を構成するSiC結晶のサイズよりも小さくすることで、表面特性の均一化を図ることができる。
前述した様に、CVD−SiC層は、5〜20μm程度の大きさのSiC結晶が積層された構造となることが多いが、ある程度の大きさを有するSiC結晶が一定の方向に配向していると、物理的特性や熱的特性の偏りが大きく現れ易い。
表面層を構成するSiC結晶は配向がランダムであるが、個々のSiC結晶のサイズが大きければ、特性は均一とならず、却って偏りを生じさせてしまう。
表面層を構成するSiC結晶のサイズをCVD−SiC層を構成するSiC結晶のサイズよりも小さくすることで、表面特性の均一化を図ることができる。
(3)前記表面層の平均結晶粒径は、0.01〜0.1μmである。
前述した様に、CVD−SiC層を構成するSiC結晶のサイズは5〜20μm程度であることが多いので、表面層を構成するSiC結晶のサイズを0.01〜0.1μmとすることで、CVD−SiC層において生じる特性の偏りに対して、10%未満に抑えることができる。このため、表面特性の均一化をより一層図ることができる。
なお、前述した(1)の好適範囲と組み合わせ、表面層の厚さは、構成するSiC結晶のサイズ(平均結晶粒径)の10〜50倍程度が好ましい。
前述した様に、CVD−SiC層を構成するSiC結晶のサイズは5〜20μm程度であることが多いので、表面層を構成するSiC結晶のサイズを0.01〜0.1μmとすることで、CVD−SiC層において生じる特性の偏りに対して、10%未満に抑えることができる。このため、表面特性の均一化をより一層図ることができる。
なお、前述した(1)の好適範囲と組み合わせ、表面層の厚さは、構成するSiC結晶のサイズ(平均結晶粒径)の10〜50倍程度が好ましい。
SiC結晶の平均結晶粒径の測定方法としては、2次元画像として得られるTEM画像を基にして寸法を測定する。TEM画像におけるコントラストの境界をSiC結晶粒子の境界とみなす。TEM画像では、輪郭が明瞭な状態でSiC結晶粒子を確認することはできないので、10nm未満のSiC結晶粒子については除外する。SiC粒子径としては、SiC粒子が円であれば直径とし、円でなければ外接円の直径とする。なお、膜の表面から膜の厚さ5%分は除き、また、CVD−SiC層との境界面から膜の厚さ5%分は除き、膜の中間部の厚さ90%分の領域について、幅500nmの範囲で測定し、平均値を算出する。
(4)前記表面層は、前記CVD−SiC層の表面を加熱して昇華、その後冷却して再結晶したものである。
なお、昇華と並行して、一部のSiCについては焼結が進むこともある。
すなわち、CVD−SiC層の表面を加熱して昇華、その後冷却して再結晶して表面層を形成する。このため、CVD−SiC層を形成する以前の状態で、本体の内部から表面に連続していた中空部を表面層により修復することができる。
なお、昇華と並行して、一部のSiCについては焼結が進むこともある。
すなわち、CVD−SiC層の表面を加熱して昇華、その後冷却して再結晶して表面層を形成する。このため、CVD−SiC層を形成する以前の状態で、本体の内部から表面に連続していた中空部を表面層により修復することができる。
前記課題を解決するための本発明のセラミック構造体の製造方法は、SiCからなる本体の表面にCVD処理を施してCVD−SiC層を形成した後、前記CVD−SiC層の表面に水が存在する状態でレーザー照射を行うことにより、前記CVD−SiC層の表層を加熱して昇華、その後冷却して再結晶化させることにより、SiC結晶がランダム配向となる表面層を形成し、前記CVD−SiC層を形成する以前の状態で、前記本体の内部から表面に連続していた中空部を前記表面層により修復する。
すなわち、SiCからなる本体の表面にCVD処理を施して形成したCVD−SiC層の表層に、レーザー照射して表面層を加熱して昇華させる。CVD−SiC層を構成するSiCを再結晶化するので、CVD−SiC層を形成する以前の状態で、本体の内部から表面に連続していた空隙や亀裂等の中空部を表面層により修復することができる。
このため、CVD−SiC層を形成した際にCVD−SiC層を完全に貫通するマイクロパイプのような空隙や亀裂が生じた場合でも、マイクロパイプの出口付近を埋めることができる。これにより、基材に含まれる不純物がマイクロパイプを通って漏れ出して半導体部品を汚染するのを防止することができ、ある程度の発生確率で表面露呈の空隙や亀裂が存在していても、使用に支障が生じないセラミック構造体を製造することができる。また、空隙や亀裂等の発生の基点が無くなるので、耐破壊強度が向上する。さらに、加熱して昇華、その後冷却して再結晶化されるので、配向等がリセットされてランダムなSiC層となるので、表面特性が連続・均一となる。
このため、CVD−SiC層を形成した際にCVD−SiC層を完全に貫通するマイクロパイプのような空隙や亀裂が生じた場合でも、マイクロパイプの出口付近を埋めることができる。これにより、基材に含まれる不純物がマイクロパイプを通って漏れ出して半導体部品を汚染するのを防止することができ、ある程度の発生確率で表面露呈の空隙や亀裂が存在していても、使用に支障が生じないセラミック構造体を製造することができる。また、空隙や亀裂等の発生の基点が無くなるので、耐破壊強度が向上する。さらに、加熱して昇華、その後冷却して再結晶化されるので、配向等がリセットされてランダムなSiC層となるので、表面特性が連続・均一となる。
さらに、本発明のセラミック構造体の製造方法は、以下の態様であることが望ましい。
(1)前記表面層は、SiC結晶がランダム配向となる。
CVD−SiC層の表面層がレーザー照射によりランダム配向となるため、一層均一化される。
(1)前記表面層は、SiC結晶がランダム配向となる。
CVD−SiC層の表面層がレーザー照射によりランダム配向となるため、一層均一化される。
(2)前記レーザー照射に用いるレーザー光は、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)レーザーの第2高調波または第3高調波を用いる。
YAGレーザー光(基本波)の波長は1064nmであり、第2高調波の波長は532nm、第3高調波の波長は355nmである。YAGレーザー光の波長が300〜900nmであると、水の光吸収率が10%未満であるので、水が存在する状況下でのレーザー照射に好適である。
YAGレーザー光(基本波)の波長は1064nmであり、第2高調波の波長は532nm、第3高調波の波長は355nmである。YAGレーザー光の波長が300〜900nmであると、水の光吸収率が10%未満であるので、水が存在する状況下でのレーザー照射に好適である。
(3)前記レーザー照射は、前記CVD−SiC層の表面を少なくとも2545℃まで加熱する。
CVD−SiC層は、2545℃まで加熱すると、SiCが昇華を開始する。
CVD−SiC層は、2545℃まで加熱すると、SiCが昇華を開始する。
図1(A)〜図1(C)に基づいて、セラミック構造体10の製造方法について説明する。
まず、SiCからなる本体20の表面21に(図1(A)参照)、CVD処理を施してSiC結晶32を蒸着させてCVD−SiC層を形成する(図1(B)参照)。
その後、図1(C)に示すように、CVD−SiC層30の表面にレーザー照射を行うことにより、CVD−SiC層30の表層31を加熱して昇華、その後冷却して再結晶化させることにより、SiC結晶41がランダム配向となる表面層40を形成する。このとき、CVD−SiC層30を形成する以前の状態で、本体20の内部から表面21に連続していた空隙や亀裂等の中空部22(図1(A)参照)を、表面層40により修復する。
まず、SiCからなる本体20の表面21に(図1(A)参照)、CVD処理を施してSiC結晶32を蒸着させてCVD−SiC層を形成する(図1(B)参照)。
その後、図1(C)に示すように、CVD−SiC層30の表面にレーザー照射を行うことにより、CVD−SiC層30の表層31を加熱して昇華、その後冷却して再結晶化させることにより、SiC結晶41がランダム配向となる表面層40を形成する。このとき、CVD−SiC層30を形成する以前の状態で、本体20の内部から表面21に連続していた空隙や亀裂等の中空部22(図1(A)参照)を、表面層40により修復する。
次に、セラミック構造体10について説明する。
図1(A)〜図1(C)に示すように、セラミック構造体10は、SiCからなる本体20と、本体20の表面21に形成されたCVD−SiC層30と、CVD−SiC層30の表層31に形成された表面層40とを有する。
セラミック構造体10は、種々の物に用いることができるため、種々の形状を呈することができる。ここでは、セラミック構造体10として板状のものを例示している。従って、本体20も板状となっている。
図1(A)〜図1(C)に示すように、セラミック構造体10は、SiCからなる本体20と、本体20の表面21に形成されたCVD−SiC層30と、CVD−SiC層30の表層31に形成された表面層40とを有する。
セラミック構造体10は、種々の物に用いることができるため、種々の形状を呈することができる。ここでは、セラミック構造体10として板状のものを例示している。従って、本体20も板状となっている。
図1(A)に示すように、SiCで本体20を形成する際に、空隙や亀裂等の中空部22が生じることがある。
図1(B)に示すように、本体20の表面21には、CVD法によりSiC結晶32を層状に蒸着させてCVD−SiC層30を形成しているが、SiC結晶32の堆積方向の制御は難しい。このため、表面21に対して傾斜してSiC結晶32が堆積される場合がある。
このとき、本体20に生じていた中空部22が、CVD−SiC層30の表面まで残る場合がある。あるいは、CVD−SiC層30は非常に緻密なミクロ構造となっているが、CVD処理の条件によっては、ナノオーダーの微細な空隙や亀裂等の中空部22が生じることがある。
図1(B)に示すように、本体20の表面21には、CVD法によりSiC結晶32を層状に蒸着させてCVD−SiC層30を形成しているが、SiC結晶32の堆積方向の制御は難しい。このため、表面21に対して傾斜してSiC結晶32が堆積される場合がある。
このとき、本体20に生じていた中空部22が、CVD−SiC層30の表面まで残る場合がある。あるいは、CVD−SiC層30は非常に緻密なミクロ構造となっているが、CVD処理の条件によっては、ナノオーダーの微細な空隙や亀裂等の中空部22が生じることがある。
CVD−SiC層30を形成する以前の状態で、本体20の表面21に露出する中空部22は、使用時にクラック発生の基点となる可能性が大きい。また、このような中空部22が存在すると、表面特性が不連続・不均一となる。
このような中空部22は、図1(B)に示すように、CVD−SiC層30を形成した際にも残っている場合がある。
このような中空部22は、図1(B)に示すように、CVD−SiC層30を形成した際にも残っている場合がある。
このため、図1(C)に示すように、CVD−SiC層30の表層31に、中空部22を覆うように表面層40が形成されている。すなわち、表面層40はCVD−SiC層30の表層31を加熱して昇華、その後冷却して再結晶化させることにより、SiC結晶41がランダム配向となる表面層40を形成して、表層31に露出する中空部22を塞いでいる。
これにより、中空部22は、CVD−SiC層30と表面層40との境界42よりもCVD−SiC層30側に形成されることになる。
これにより、中空部22は、CVD−SiC層30と表面層40との境界42よりもCVD−SiC層30側に形成されることになる。
なお、表面層40の層厚T1(図1(C)参照)は、0.2〜0.5μmが望ましい。また、表面層40の平均結晶粒径は、CVD−SiC層30の平均結晶粒径よりも小さいのが望ましい。さらに、表面層40の平均結晶粒径は、0.01〜0.1μmであることが望ましい。ここで、粒径とは、二次元画像における粒子の外形に接する円の直径として定義することができる。
次に、本実施形態のセラミック構造体およびセラミック構造体の製造方法の作用・効果について説明する。
本実施形態のセラミック構造体10によれば、SiCからなる本体20の表面21に形成されたCVD−SiC層30の表層31には表面層40が形成されており、表面層40は、SiC結晶がランダム配向されている。切削や研磨などによってCVD−SiC層30の表面に位置するSiCの結晶方向に偏りが生じていたとしても、CVD−SiC層30を覆う表面層40が存在するので、表面層40の特性が支配的となり、CVD−SiC層30の結晶方向の影響は顕在化し難い。
そして、セラミック構造体10の表面の特性として顕在化するのは表面層40の特性であり、表面層40を構成するSiC結晶の配向がランダムであるため、セラミック構造体10全体としての表面特性はSiC結晶がランダムに配向した均一なものとなる。このため、切削や研磨などの加工を施しても、広い範囲で表面特性を均一に保持することができる。
本実施形態のセラミック構造体10によれば、SiCからなる本体20の表面21に形成されたCVD−SiC層30の表層31には表面層40が形成されており、表面層40は、SiC結晶がランダム配向されている。切削や研磨などによってCVD−SiC層30の表面に位置するSiCの結晶方向に偏りが生じていたとしても、CVD−SiC層30を覆う表面層40が存在するので、表面層40の特性が支配的となり、CVD−SiC層30の結晶方向の影響は顕在化し難い。
そして、セラミック構造体10の表面の特性として顕在化するのは表面層40の特性であり、表面層40を構成するSiC結晶の配向がランダムであるため、セラミック構造体10全体としての表面特性はSiC結晶がランダムに配向した均一なものとなる。このため、切削や研磨などの加工を施しても、広い範囲で表面特性を均一に保持することができる。
また、CVD−SiC層30と表面層40との境界よりもCVD−SiC層30側に中空部22が形成されているので、本体20の内部から表面に連続していた中空部22を、CVD−SiC層30を形成する以前の状態で表面層40により修復することができ、基材に含まれる不純物が漏れ出るのを防止できる。
本実施形態のセラミック構造体10によれば、表面層40の層厚T1が0.2〜0.5μmである。
CVD−SiC層30は、5〜20μm程度の大きさの単結晶SiCが積層された構造となることが多い。ある程度の大きさを有する単結晶SiCが一定の方向に配向していると、前述した様に物理的特性や熱的特性の偏りが大きく現れ易い。
CVD−SiC層30の表面特性の偏りが顕在化しない様にすることが本発明の趣旨であり、その一面からは表面層40は厚ければ厚いほど好ましい。0.05μm程度の薄い表面層40では効果が限定的であり、また、薄くて強度が得られ難くなり、表面層40自体の形態安定性も好ましくない。一方で、表面層が1μm以上の厚さになれば、CVD−SiC層30のメリットである気密性、熱伝導性、化学安定性などが得られなくなってしまう。
表面層40を0.2〜0.5μmとすると、CVD−SiC層30のメリットを活かしつつ、本発明の効果を発現させることができる。
CVD−SiC層30は、5〜20μm程度の大きさの単結晶SiCが積層された構造となることが多い。ある程度の大きさを有する単結晶SiCが一定の方向に配向していると、前述した様に物理的特性や熱的特性の偏りが大きく現れ易い。
CVD−SiC層30の表面特性の偏りが顕在化しない様にすることが本発明の趣旨であり、その一面からは表面層40は厚ければ厚いほど好ましい。0.05μm程度の薄い表面層40では効果が限定的であり、また、薄くて強度が得られ難くなり、表面層40自体の形態安定性も好ましくない。一方で、表面層が1μm以上の厚さになれば、CVD−SiC層30のメリットである気密性、熱伝導性、化学安定性などが得られなくなってしまう。
表面層40を0.2〜0.5μmとすると、CVD−SiC層30のメリットを活かしつつ、本発明の効果を発現させることができる。
本実施形態のセラミック構造体10によれば、表面層40の平均結晶粒径は、CVD−SiC層30の平均結晶粒径よりも小さい。
前述した様に、CVD−SiC層30は、5〜20μm程度の大きさのSiC結晶が積層された構造となることが多いが、ある程度の大きさを有するSiC結晶が一定の方向に配向していると、物理的特性や熱的特性の偏りが大きく現れ易い。
表面層40を構成するSiC結晶は配向がランダムであるが、個々のSiC結晶のサイズが大きければ、特性は均一とならず、却って偏りを生じさせてしまう。
表面層40を構成するSiC結晶のサイズをCVD−SiC層30を構成するSiC結晶のサイズよりも小さくすることで、表面特性の均一化を図ることができる。
前述した様に、CVD−SiC層30は、5〜20μm程度の大きさのSiC結晶が積層された構造となることが多いが、ある程度の大きさを有するSiC結晶が一定の方向に配向していると、物理的特性や熱的特性の偏りが大きく現れ易い。
表面層40を構成するSiC結晶は配向がランダムであるが、個々のSiC結晶のサイズが大きければ、特性は均一とならず、却って偏りを生じさせてしまう。
表面層40を構成するSiC結晶のサイズをCVD−SiC層30を構成するSiC結晶のサイズよりも小さくすることで、表面特性の均一化を図ることができる。
本実施形態のセラミック構造体10によれば、表面層40の平均結晶粒径は、0.01〜0.1μmである。
前述した様に、CVD−SiC層30を構成するSiC結晶のサイズは5〜20μm程度であることが多いので、表面層40を構成するSiC結晶のサイズを0.01〜0.1μmとすることで、CVD−SiC層30において生じる特性の偏りに対して、10%未満に抑えることができる。このため、表面特性の均一化をより一層図ることができる。
なお、前述した表面層40の層厚T1の好適範囲と組み合わせ、表面層40の厚さは、構成するSiC結晶のサイズ(平均結晶粒径)の10〜50倍程度が好ましい。
前述した様に、CVD−SiC層30を構成するSiC結晶のサイズは5〜20μm程度であることが多いので、表面層40を構成するSiC結晶のサイズを0.01〜0.1μmとすることで、CVD−SiC層30において生じる特性の偏りに対して、10%未満に抑えることができる。このため、表面特性の均一化をより一層図ることができる。
なお、前述した表面層40の層厚T1の好適範囲と組み合わせ、表面層40の厚さは、構成するSiC結晶のサイズ(平均結晶粒径)の10〜50倍程度が好ましい。
本実施形態のセラミック構造体10によれば、表面層40は、CVD−SiC層30の表面を加熱して昇華、その後冷却して再結晶化したものである。
すなわち、CVD−SiC層30の表面を加熱して昇華、その後冷却して再結晶化して表面層40を形成する。このため、CVD−SiC層30を形成する以前の状態で、本体20の内部から表面21に連続していた中空部22を表面層40により修復することができる。
すなわち、CVD−SiC層30の表面を加熱して昇華、その後冷却して再結晶化して表面層40を形成する。このため、CVD−SiC層30を形成する以前の状態で、本体20の内部から表面21に連続していた中空部22を表面層40により修復することができる。
前記課題を解決するための本発明のセラミック構造体の製造方法は、SiCからなる本体20の表面21にCVD処理を施して形成したCVD−SiC層30の表層31に水が存在する状態で、レーザー照射して表層31を加熱して昇華させる。その後、表層31を再結晶化、すなわち、CVD−SiC層30を構成するSiCを再結晶化するので、CVD−SiC層30を形成する以前の状態で、本体20の内部から表面に連続していた中空部22を表面層40により修復することができる。
このため、CVD−SiC層30を形成した際にCVD−SiC層30を完全に貫通するマイクロパイプのような中空部22が生じた場合でも、マイクロパイプの出口付近を埋めることができる。これにより、基材に含まれる不純物がマイクロパイプを通って漏れ出して半導体部品を汚染するのを防止することができ、ある程度の発生確率で表面露呈の中空部22が存在していても、使用に支障が生じないセラミック構造体10を製造することができる。また、クラックの発生の基点が無くなるので、耐破壊強度が向上する。さらに、表面層40は加熱して昇華、その後冷却して再結晶化されるので、配向等がリセットされてランダムなSiC層となり、表面特性が連続・均一となる。
このため、CVD−SiC層30を形成した際にCVD−SiC層30を完全に貫通するマイクロパイプのような中空部22が生じた場合でも、マイクロパイプの出口付近を埋めることができる。これにより、基材に含まれる不純物がマイクロパイプを通って漏れ出して半導体部品を汚染するのを防止することができ、ある程度の発生確率で表面露呈の中空部22が存在していても、使用に支障が生じないセラミック構造体10を製造することができる。また、クラックの発生の基点が無くなるので、耐破壊強度が向上する。さらに、表面層40は加熱して昇華、その後冷却して再結晶化されるので、配向等がリセットされてランダムなSiC層となり、表面特性が連続・均一となる。
(実施例)
20.0mm(縦)×20.0mm(横)×2.0mm(厚さ)のSiC基材の上に厚さ約150μmのCVD−SiC層を形成した試験片に対して、さらにCVD層の表面に水が存在する状態でYAGレーザーの第2高調波(波長532nm)を照射して加熱し、CVD層の表面に存在するSiCを昇華・再結晶させ、厚さ約250nmの表面層を形成した試験片を実施例1として用意した。
図2に実施例1の画像を示す。
20.0mm(縦)×20.0mm(横)×2.0mm(厚さ)のSiC基材の上に厚さ約150μmのCVD−SiC層を形成した試験片に対して、さらにCVD層の表面に水が存在する状態でYAGレーザーの第2高調波(波長532nm)を照射して加熱し、CVD層の表面に存在するSiCを昇華・再結晶させ、厚さ約250nmの表面層を形成した試験片を実施例1として用意した。
図2に実施例1の画像を示す。
まず、実施例1の表面層を構成する結晶粒子の配向を確認した。
具体的には、試験片から集束イオンビーム装置(FIB,株式会社日立ハイテクノロジーズ製FB2200)を用いて膜厚100nm断面薄膜試料を作製し、透過型電子顕微鏡(TEM,株式会社日立ハイテクノロジーズ製HF−2000)により断面方向から“表面層”における制限視野電子線回折図形を測定した。直径300nmの制限視野絞りにて“表面層”5視野を選択して制限視野電子線回折図形を5枚測定し、得られた5枚の回折図形を画像処理により加算して1枚の回折図形を合成した。
その結果を図3に示す。
具体的には、試験片から集束イオンビーム装置(FIB,株式会社日立ハイテクノロジーズ製FB2200)を用いて膜厚100nm断面薄膜試料を作製し、透過型電子顕微鏡(TEM,株式会社日立ハイテクノロジーズ製HF−2000)により断面方向から“表面層”における制限視野電子線回折図形を測定した。直径300nmの制限視野絞りにて“表面層”5視野を選択して制限視野電子線回折図形を5枚測定し、得られた5枚の回折図形を画像処理により加算して1枚の回折図形を合成した。
その結果を図3に示す。
図3に示す回折図形は“表面層”中のπ×150nm×150nm×100nm×5(nm3)の体積から得られた回折図形となる。この合成された回折図形が“リング状の回折パターンを示す”か、あるいは“一方向に強度分布を持つ回折パターンを示す”か、によって、それぞれ、“SiC結晶の配向がランダムである”、あるいは“SiC結晶は特定の方向に配向している”、と判断することができる。本件では、回折図形の上方を0度として中心角45度で8分割し(領域1〜領域8)、8分割した全ての領域に回折点が存在する場合に“SiC結晶の配向がランダムである”と定義する。
図3に示すように、実施例1の表面層については、領域1から領域8までの全てにおいて回折点が多数確認された。
一方、図4に示すように、比較・参考のために表面層を形成しない試験片のCVD−SiC層については、領域3、領域4、領域7、領域8についてのみ回折点が確認された。
この結果から、実施例1の表面層は、SiC結晶粒子の配向(結晶方位)が特定の方向に偏っておらずランダムであると言える。
一方、比較・参考のための試験片(図4)は、SiC結晶粒子の配向(結晶方位)が揃っていると言える。
一方、図4に示すように、比較・参考のために表面層を形成しない試験片のCVD−SiC層については、領域3、領域4、領域7、領域8についてのみ回折点が確認された。
この結果から、実施例1の表面層は、SiC結晶粒子の配向(結晶方位)が特定の方向に偏っておらずランダムであると言える。
一方、比較・参考のための試験片(図4)は、SiC結晶粒子の配向(結晶方位)が揃っていると言える。
次に、実施例1の表面層を構成する結晶粒子のサイズを確認した。
表面層を構成するSiCの平均結晶粒径は次の様に求める。
上記と同じ方法により制限視野電子線回折図形を測定した試料位置において、同様に透過型電子顕微鏡(TEM,株式会社日立ハイテクノロジーズ製HF−2000)を用いて断面TEM像を5視野撮影する(撮影倍率80,000倍、表示倍率500,000倍)。この際、微結晶の輪郭が明瞭になるように対物絞りを選択(40μm)し、試料傾斜ホルダを用いて適切な電子線入射角度を調整する。各視野のTEM像中で最も輪郭が明瞭な結晶粒を3個ずつ選び、そのTEM像面内における各結晶粒に外接する円の直径を測長して結晶サイズとする。得られた合計15個の結晶サイズから、最大値と最小値とを除いた13個の結晶サイズについて、平均値を算出し、これを表面層の結晶サイズとする。
実施例1の5視野撮影した結果を図5(A)、図6(A)、図7(A)、図8(A)、図9(A)に示す。
また、これらの5視野において輪郭が明確な結晶粒子を各3個ずつ選択し、合計15個について結晶粒子のサイズを測定した結果を図5(B)、図6(B)、図7(B)、図8(B)、図9(B)に示す。
表面層を構成するSiCの平均結晶粒径は次の様に求める。
上記と同じ方法により制限視野電子線回折図形を測定した試料位置において、同様に透過型電子顕微鏡(TEM,株式会社日立ハイテクノロジーズ製HF−2000)を用いて断面TEM像を5視野撮影する(撮影倍率80,000倍、表示倍率500,000倍)。この際、微結晶の輪郭が明瞭になるように対物絞りを選択(40μm)し、試料傾斜ホルダを用いて適切な電子線入射角度を調整する。各視野のTEM像中で最も輪郭が明瞭な結晶粒を3個ずつ選び、そのTEM像面内における各結晶粒に外接する円の直径を測長して結晶サイズとする。得られた合計15個の結晶サイズから、最大値と最小値とを除いた13個の結晶サイズについて、平均値を算出し、これを表面層の結晶サイズとする。
実施例1の5視野撮影した結果を図5(A)、図6(A)、図7(A)、図8(A)、図9(A)に示す。
また、これらの5視野において輪郭が明確な結晶粒子を各3個ずつ選択し、合計15個について結晶粒子のサイズを測定した結果を図5(B)、図6(B)、図7(B)、図8(B)、図9(B)に示す。
図5(B)における結晶粒子のサイズは64nm、68nm、56nmであった。
図6(B)における結晶粒子のサイズは82nm(最大値)、34nm、34nmであった。
図7(B)における結晶粒子のサイズは28nm、38nm、38nmであった。
図8(B)における結晶粒子のサイズは54nm、16nm、12nm(最小値)であった。
図9(B)における結晶粒子のサイズは20nm、14nm、24nmであった。
これらの測定値のうち、最大値である82nmと最小値である12nmとを除いた13個の結晶粒子のサイズは14nm〜68nmの範囲であり、平均値は37.5nmとなった。
図6(B)における結晶粒子のサイズは82nm(最大値)、34nm、34nmであった。
図7(B)における結晶粒子のサイズは28nm、38nm、38nmであった。
図8(B)における結晶粒子のサイズは54nm、16nm、12nm(最小値)であった。
図9(B)における結晶粒子のサイズは20nm、14nm、24nmであった。
これらの測定値のうち、最大値である82nmと最小値である12nmとを除いた13個の結晶粒子のサイズは14nm〜68nmの範囲であり、平均値は37.5nmとなった。
本発明のセラミック構造体およびセラミック構造体の製造方法は、前述した各実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形、改良等が可能である。
本発明のセラミック構造体およびセラミック構造体の製造方法は、例えば半導体製造工程に用いるセラミック構造体およびこのセラミック構造体の製造方法としてことができる。
10 セラミック構造体
20 本体
21 表面
22 中空部
30 CVD−SiC層
31 表層
40 表面層
41 SiC結晶
T1 層厚
20 本体
21 表面
22 中空部
30 CVD−SiC層
31 表層
40 表面層
41 SiC結晶
T1 層厚
Claims (9)
- SiCからなる本体と、
前記本体の表面に形成されたCVD−SiC層と、を備え、
前記CVD−SiC層の中に中空部が形成されたセラミック構造体において、
前記CVD−SiC層の表層にSiC結晶がランダムに配向してなる表面層が形成されていることを特徴とするセラミック構造体。 - 前記表面層の層厚が0.2〜0.5μmであることを特徴とする請求項1に記載のセラミック構造体。
- 前記表面層の平均結晶粒径は、前記CVD−SiC層の平均結晶粒径よりも小さいことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のセラミック構造体。
- 前記表面層の平均結晶粒径は、0.01〜0.1μmであることを特徴とする請求項1ないし請求項3のうちのいずれか1項に記載のセラミック構造体。
- 前記表面層は、前記CVD−SiC層の表面を加熱して昇華、その後冷却して再結晶化したものであることを特徴とする請求項1ないし請求項4のうちのいずれか1項に記載のセラミック構造体。
- SiCからなる本体の表面にCVD処理を施してCVD−SiC層を形成した後、
前記CVD−SiC層の表面に水が存在する状態でレーザー照射を行うことにより、前記CVD−SiC層の表層を加熱して昇華、その後冷却して再結晶化させることにより、表面層を形成し、
前記CVD−SiC層を形成する以前の状態で、前記本体の内部から表面に連続していた中空部を前記表面層により修復することを特徴とするセラミック構造体の製造方法。 - 前記表面層は、SiC結晶がランダム配向となることを特徴とする請求項6に記載のセラミック構造体の製造方法。
- 前記レーザー照射に用いるレーザー光は、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)レーザーの第2高調波または第3高調波を用いることを特徴とする請求項6または請求項7に記載のセラミック構造体の製造方法。
- 前記レーザー照射は、前記CVD−SiC層の表面を少なくとも2545℃まで加熱することを特徴とする請求項6ないし請求項8のうちのいずれか1項に記載のセラミック構造体の製造方法。
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JPS62246889A (ja) * | 1986-04-21 | 1987-10-28 | 株式会社東芝 | 鏡面部品の製造方法 |
JP2000073171A (ja) * | 1998-08-25 | 2000-03-07 | Toshiba Ceramics Co Ltd | 化学蒸着法多層SiC膜の製造方法 |
JP2006016662A (ja) * | 2004-07-01 | 2006-01-19 | Tokai Carbon Co Ltd | 光不透過性SiC成形体及びその製造方法 |
-
2015
- 2015-04-28 JP JP2015091862A patent/JP2016204237A/ja active Pending
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