JP2020141073A - ＳｉＣ膜単体構造体 - Google Patents

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Abstract

【課題】ＳｉＣ膜単体構造体の機能面が膜厚の影響を受けることがなく、かつ膜厚の増加による強度の向上を図ることを可能とするＳｉＣ膜単体構造体を提供する。
【解決手段】気相成長型の成膜法によりＳｉＣ層を積層して構成された膜単体構造体であって、ＳｉＣ層は、ＳｉＣ膜単体構造体１０における機能面１２となる第１ＳｉＣ層２０を基準として積層されていることを特徴とする。また、任意の特定部位の表裏に位置する機能面１２と非機能面１４において、機能面１２の平滑度が非機能面１４の平滑度よりも高くなるように構成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＳｉＣ成膜技術に係り、特にＳｉＣ膜単体で構成された構造物に関する。
耐環境性に優れ、化学的安定性が高いことより、特に半導体素子製造の分野において、半導体製造時におけるウェハボートやチューブ、およびダミーウェハといった超高温下で利用される治具として、ＳｉＣにより構成されている膜単体構造体が需要を高めている。
従来、こうしたＳｉＣ膜単体構造体は、特許文献１に開示されているような成膜工程と、基材除去工程により形成されていた。具体的には次の通りである。まず、成膜工程では、カーボン（グラファイト）等により構成された基材の表面に、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）法によりＳｉＣ膜を形成するというものであり、成膜時間や、成膜の積層回数等により、その厚みを制御する。
次に、基材除去工程は、成膜された素材を高温酸化雰囲気中で加熱することで、基材を焼き抜きするというものである。このような処理を行うことで、基材の外形に沿った形状を持つＳｉＣ膜単体構造体が完成する。
特開２００１−１５８６６６号公報
上記のようにして形成されるＳｉＣ膜単体構造体は、機能面がＣＶＤ法による気相成長面となる。気相成長による膜の厚みは、基材の部位や、基材を配置する位置によっても異なる。このため、基材に凹凸がある場合には特に、気相成長時における膜の付き方、すなわち完成後のＳｉＣ膜単体構造体の膜の状態を予測して基材形状を定める必要があり、所望する形状と完成形状との間にズレが生じることとなる。また、複雑な表面形状を有する基材を用いた場合には、狭隘部分において、深部の膜厚が薄くなるといった傾向がある。こうした製品精度や膜厚の分布差は、製品用途によりその機能に大きく影響を及ぼす場合がある。
さらに、狭隘部においては、膜厚を厚くすることにより所望する隙間を得られなくなる危険性があり、膜厚の増加による強度の向上を得ることが難しいといった問題もある。
そこで本発明では、上記問題を解決し、ＳｉＣ膜単体構造体における機能面の形状を基材形状に精度良く合わせると共に、膜厚の増加による強度の向上を図ることを可能とするＳｉＣ膜単体構造体を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明に係るＳｉＣ膜単体構造体は、気相成長型の成膜法によりＳｉＣ層を積層して構成された膜単体構造体であって、前記ＳｉＣ層は、前記膜単体構造体における機能面となる第１ＳｉＣ層を基準として積層されていることを特徴とする。
また、上記のような特徴を有するＳｉＣ膜単体構造体では、任意の特定部位の表裏に位置する前記機能面と非機能面において、前記機能面の平滑度が前記非機能面の平滑度よりも高くなるように構成されている。このような特徴を有することによれば、ＳｉＣ膜単体構造体を形成後に、研磨等の表面処理が不要となる。このため、複雑な形状、微細な形状の構造体であっても、高品質な製品を提供することが可能となる。
さらに、上記のような特徴を有するＳｉＣ膜単体構造体では、形成面に角部を有する場合に、前記非機能面に比べて前記機能面の方が、前記角部の稜線が鋭くなっている。このような特徴を有することによれば、治具等として求められる精度を確実に得ることができるようになる。
上記のような特徴を有するＳｉＣ膜単体構造体によれば、ＳｉＣ膜単体構造体の機能面が膜厚の影響を受けることが無い。また、機能面が膜厚の影響を受けることが無いことにより、膜厚の増加による強度の向上を図ることが可能となる。
実施形態に係るＳｉＣ膜単体構造体の構成を示す図である。 実施形態に係るＳｉＣ膜単体構造体の製造工程を説明するための図である。 ＳｉＣ膜単体構造体を構成する上での変形例を示す図である。
以下、本発明のＳｉＣ膜単体構造体に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明を実施する上での好適な形態の一部であり、発明特定事項を備える範囲において、構成の一部を変更したとしても、本発明の一部とみなすことができる。
［構成］
本実施形態では、ＳｉＣ膜に自立可能な強度を持たせることでＳｉＣ膜単体構造体１０を構成している。図１に示す形態は、半導体ウェハ製造に用いられる治具としてのボートであるが、これは、実施形態に係るＳｉＣ膜単体構造体１０が平面構造だけでなく、凹凸を有する形態にも適用可能であることを示すものであり、形態や用途を限定するものではない。
図１に示すＳｉＣ膜単体構造体１０は、ボートとしての機能、すなわちウェハ５０を支持するためのスリット１６を備えた一方の主面を機能面１２としている。図１中に丸で囲って部分拡大のイメージ図を示すように、実施形態に係るＳｉＣ膜単体構造体１０の機能面１２には、機械加工では得る事が難しい微小突起１２ｂが複数設けられている。機能面１２にこのような微小突起１２ｂを備えることで、支持素材（例えばウェハ５０）とＳｉＣ膜単体構造体１０との接触面積を小さくすることができる。このため、加熱や冷却処理を行う際、ウェハ５０がＳｉＣ膜単体構造体１０に貼り付いてしまうといった事態を生じ得ない。また、気体雰囲気中に晒される部分と、接触部分とにおける温度差の発生を抑制することができる。
また、角部１２ａ，１４ａに関しては、機能面１２における角部１２ａの稜線は角が立ち鋭いのに比べ、非機能面１４における対応箇所（角部１４ａ）は、機能面１２の対応箇所に比べて稜線が穏やかな状態となるように形成されている。
これは、詳細を後述するように、ＳｉＣ膜単体構造体１０の機能面１２が、基材３０（図２参照）に接して構成され、その素面形状に沿った形状を得ることによるものである。このため、機能面１２の形状を基材３０の形状に精度良く合わせることができる。
［製造工程］
このような構成の本実施形態に係るＳｉＣ膜単体構造体１０の製造工程について、図２を参照して説明する。まず、図２（Ａ）に示すように、所望する構造体の形態と逆の凹凸を持つ基材３０、すなわち雌型の基材３０を製作する。基材３０は、表面にも微小な気孔が形成されることとなる多孔質部材、例えばグラファイト等を構成材料として製作すれば良い。なお、基材３０の下端側には、マスキング３２を施し、基準面への設置が可能な状態とする。
次に、図２（Ｂ）に示すように、気相成長型の成膜法により、基材３０の表面に第１ＳｉＣ層２０を構成する。なお、気相成長型の成膜法とは、例えばＣＶＤ法によるもとすれば良い。ここで、基材３０を構成するグラファイトの表面には、無数の気孔が存在する。ＣＶＤ法により形成される第１ＳｉＣ層２０は、基材３０の表面に存在する気孔内にも形成される。こうして気孔内に形成された第１ＳｉＣ層２０が、機能面１２上に設けられる微小突起１２ｂを構成することとなる。
第１ＳｉＣ層２０を成膜後、図２（Ｃ）に示すように、第１ＳｉＣ層２０を基準として積層するように、積層型ＳｉＣ層２２の成膜を行う。ここで、第１ＳｉＣ層２０と、これに積層される積層型ＳｉＣ層２２との間に構成上の相違を設ける必要は無いが、第１ＳｉＣ層２０は、基材３０の表面に形成される。このため、第１ＳｉＣ層２０は、基材３０素面の性状、および形状に精度の高い形状を得ることとなる。
積層型ＳｉＣ層２２が所望する強度を得られる厚みに達した後、図２（Ｄ）に示すように、ＳｉＣ層（第１ＳｉＣ層２０と積層型ＳｉＣ層２２）を形成した基材３０を基準面から取り外し、不要部分（図２（Ｄ）中における破線部より上の部分）の切断除去を行う。図２（Ｅ）に示すようにして、不要部分の除去を行った後、基材３０の除去を行う。基材３０としてグラファイトを採用している場合、基材３０の除去は、ＳｉＣ層が成膜されている基材３０ごと高温酸化雰囲気で加熱を行うという方法で良い。
高温酸化雰囲気中で加熱されたグラファイトは、ＣＯ２として気体に変化し、焼失する。このため、機械加工による除去が困難な複雑な形状、微細な形状であっても、基材３０の除去を行うことが可能となる。
上記のようにして基材３０の除去を行うことで、図２（Ｆ）に示すように、ＳｉＣ膜単体構造体１０が形成される。
［効果］
このように、実施形態に係るＳｉＣ膜単体構造体１０は、機能面１２を構成する第１ＳｉＣ層２０を基準として、順次積層型ＳｉＣ層２２を積層することで構成されている。このため、ＳｉＣ膜単体構造体１０の機能面１２は、精度良く基材３０の形状に沿ったものとなる。また、形状精度に膜厚の影響を受けることがないため、ＳｉＣ膜単体構造体１０は、膜厚の増加による強度の向上を図ることも可能となる。
［変形例］
上述したように、本実施形態に係るＳｉＣ膜単体構造体１０は、機能面１２が膜厚の影響を受けることが無い。このため、図３に示すように、ＳｉＣにより構成される膜の厚みを厚くすることで、非機能面１４に形成された溝の幅が狭められたとしても、機能面１２は所望する精度を保つことができる。よって、重量物を配置、あるいは保持する場合でも工作精度の高いＳｉＣ膜単体構造体１０を提供することが可能となる。
また、基材３０として、素面性状が平滑な金属などを採用する場合には、表面に微小な凹凸をつける表面処理（一例としてサンドブラストを挙げることができる）を施すことで、上記実施形態と同様な微小突起を有する機能面１２を構成することができる。なお、基材３０として金属を採用した場合には、薬液により基材３０を溶かすことで基材３０の除去を行えば良い。
上記実施形態では、気相成長型の成膜法として、ＣＶＤ法を挙げて説明した。ＣＶＤ法による気層成長は、真空蒸着型のＰＶＤ（ＰｈｙｓｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：物理気相成長）法や、ＭＢＥ（ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：分子線エピタキシー）法に比べて膜厚の均等化を図ることができる。このため、機能面を最終的な積層面により構成する従来のＳｉＣ膜単体構造体の製造方法としては有効な手段であった。しかし、実施形態に係るＳｉＣ膜単体構造体１０は、機能面１２を構成する第１ＳｉＣ層２０を基準として、積層型ＳｉＣ層２２を積層形成することで構成されている。このため、真空蒸着型の成膜法であるＰＶＤ法やＭＢＥ法による成膜技術を適用したとしても、精度の高い製品を製造することができる。
また、上記実施形態では、ＳｉＣ膜単体構造体１０の一例として、ボートを例に挙げて説明した。しかしながら、ＳｉＣ膜単体構造体１０の形態としては、ウェハホルダーやサセプタなど、種々の用途を担う形態のものに対応することができる。
１０………ＳｉＣ膜単体構造体、１２………機能面、１２ａ………角部、１２ｂ………微小突起、１４………非機能面、１４ａ………角部、１６………スリット、２０………第１ＳｉＣ層、２２………積層型ＳｉＣ層、３０………基材、３２………マスキング、５０………ウェハ。
上記目的を達成するための本発明に係るＳｉＣ膜単体構造体は、気相成長型の成膜法により凹凸のある基材の凹凸面にＳｉＣ層を積層して構成された膜単体構造体であって、前記基材には所望する構造体の形態と逆の凹凸を持つ雌型の基材を採用し、前記ＳｉＣ層は、前記雌型の基材の凹凸面に接して構成される第１ＳｉＣ層における前記雌型の基材との接触面に機能面を構成していることを特徴とする。

Claims (4)

  1. 気相成長型の成膜法により基材にＳｉＣ層を積層して構成された膜単体構造体であって、
    前記ＳｉＣ層は、前記基材表面に接して構成される第１ＳｉＣ層における前記基材との接触面に機能面を構成していることを特徴とするＳｉＣ膜単体構造。
  2. 前記第１ＳｉＣ層における前記機能面と反対側に、非機能面を構成するＳｉＣ層が積層されていることを特徴とする請求項１に記載のＳｉＣ膜単体構造。
  3. 形成面に角部を有する場合に、前記非機能面に比べて前記機能面の方が、前記角部の稜線が鋭いことを特徴とする請求項２に記載のＳｉＣ膜単体構造。
  4. 前記機能面には、前記基材の素材特性に起因した突起が備えられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＳｉＣ膜単体構造。
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